Mã Gen của Foveon và SIGMA

Khai sinh ‘Màu sắc và Ánh sáng’

Việc phát minh ra Cảm biến Hình ảnh Trực tiếp Foveon X3 (Foveon X3 Direct Image Sensor) là kết quả từ nghiên cứu của Carver Mead, một giáo sư tại Viện Công nghệ California (Caltech). Là một chuyên gia uy tín trong lĩnh vực vật lý và công nghệ thông tin, từng xử lý rất nhiều nghiên cứu cơ bản trong các lĩnh vực đó, ông đã dồn năng lượng của mình vào việc nghiên cứu mô hình hóa các khả năng khác nhau của con người thông qua việc sử dụng chất bán dẫn. Chẳng bao lâu sau, ông đã phát triển một mạng lưới thần kinh nhân tạo để mô phỏng suy nghĩ và các mẫu cảm giác của con người, và một phần của nghiên cứu đó đã trở thành khởi đầu cho nghiên cứu của ông về cảm biến hình ảnh. Là một trong những thành viên sáng lập của Foveon, Rudy Guttosh nhìn lại toàn bộ câu chuyện phát triển và điều gì làm nên sự đặc biệt của cảm biến này.

“Nghiên cứu của Mead là một dự án mạo hiểm bắt đầu vào tháng 8 năm 1997 dựa trên sự hỗ trợ từ Synaptic và National Semiconductor, những công ty nổi bật tại khu vực Thung lũng Silicon của Hoa Kỳ. Foveon, Inc. được đặt tên theo thuật ngữ giải phẫu cho khu vực trung tâm bên trong võng mạc con người nơi thị lực và màu sắc nhạy bén nhất, ‘Foveon Centralis’ (hố trung tâm). Ngay từ đầu, rõ ràng đây là một đội ngũ có nhận thức mạnh mẽ về các chức năng thị giác tiên tiến với khát vọng phát triển một cảm biến hiệu suất cao đầy tính đổi mới.

Cảm biến Xứng tầm cho Nhiếp ảnh gia

Ngay từ những ngày đầu của Foveon, đã có sự quy tụ của những kỹ sư xuất sắc và giàu kinh nghiệm trong lĩnh vực hình ảnh, những người cũng tình cờ rất đam mê nhiếp ảnh.

“Vào thời điểm đó đã có cảm biến CCD. Đó là một cảm biến tinh vi về mặt kỹ thuật với độ nhiễu thấp và dải tương phản động (dynamic range) rộng, ra đời sau một thời gian dài phát triển. Nhưng có khá nhiều kỹ sư nhận thấy các vấn đề với hình ảnh được tạo ra bởi hệ thống thông thường này, chẳng hạn như cách bộ lọc thông thấp (low-pass filter) làm giảm mảng lọc màu đọc thông tin màu sắc, và các màu sai (false colors) xuất hiện từ chủ thể. Đối với đội ngũ kỹ sư tập hợp tại Foveon, mục tiêu lớn là phát triển loại cảm biến CMOS độc đáo có thể đọc được ánh sáng tốt và màu sắc trong nền cảnh và chuyển đổi chúng thành hình ảnh kỹ thuật số chất lượng.

“Nguyên mẫu đầu tiên xuất hiện, tôi tin là một năm rưỡi sau khi chúng tôi bắt đầu dự án này, với cái mà chúng tôi gọi là ‘hệ thống máy ảnh lăng kính 3 lớp’. Chúng tôi đặt ba cảm biến CMOS đơn sắc lớn của mình vào bên trong một máy ảnh, nơi một chùm sáng đi qua một lăng kính và phân tán ánh sáng qua 3 bộ lọc màu đỏ (R), xanh lục (G) và xanh lam (B) để tạo ra hình ảnh trên cảm biến. Tuy nhiên, việc sản xuất máy ảnh lăng kính 3 lớp rất tốn kém vì cần có 3 cảm biến hình ảnh, một lăng kính đắt tiền để tách màu và công nghệ tiên tiến để cố định chúng lại với nhau là mấu chốt. Để Foveon hiện thực hóa một cảm biến đáp ứng được chất lượng hình ảnh đích thực mà mọi người tìm kiếm, một công nghệ hoàn toàn mới đã phải được xây dựng.”

3 Màu Nguyên Bản trong 1 Điểm Ảnh.

“Tuy nhiên, ngay khi chúng tôi đạt đến giai đoạn phát triển này, chúng tôi biết ngay lập tức rằng với công nghệ độc đáo này, chúng tôi đã nhắm đến thị trường thiết bị chuyên nghiệp nhằm đáp ứng nhu cầu của các nhiếp ảnh gia”. Ngoài ra, sau khi từ bỏ máy ảnh lăng kính 3 lớp do những lo ngại về tính thực tiễn, đặc quyền trong giai đoạn đầu phát triển đối với Dick Merrill^*1, trưởng dự án, là tập trung vào việc đăng ký bằng sáng chế cho một thiết bị thu nhận tất cả RGB tại cùng một vị trí điểm ảnh.”

“Sau khi tốt nghiệp đại học, ông tham gia vào nghiên cứu tiên tiến trong lĩnh vực bán dẫn tại cơ sở nghiên cứu Thomas J. Watson của IBM và tại National Semiconductor. Ông là một kỹ sư với bề dày kinh nghiệm phong phú. Đồng thời, là một người có năng khiếu nghệ thuật và là một nhiếp ảnh gia đam mê, ông đã dồn hết tâm huyết để phát triển một cảm biến hình ảnh nhằm theo đuổi hiệu suất phù hợp cho biểu đạt nghệ thuật sau khi gia nhập Foveon, và thường xuyên đi khắp phía tây nước Mỹ để thực hiện các bài kiểm tra thực địa.

Merrill là một người đàn ông với lai lịch độc đáo và được ban tặng vô số tài năng. Hãy hỏi bất kỳ ai tham gia vào quá trình phát triển chưa từng có này nhằm tích hợp công nghệ tiên tiến hàng đầu với nghệ thuật, và họ sẽ nói rằng những ý tưởng và thái độ của Merrill là thiết yếu để xây dựng nên công nghệ cảm biến hình ảnh toàn diện đầy tính đổi mới này. “Với một chiếc xe tải nhỏ chất đầy thiết bị thử nghiệm, Merrill đi khắp các xa lộ để theo đuổi ‘ánh sáng hoàn hảo’ của hoàng hôn và bình minh. Ông ấy đúng nghĩa đen là một ‘kỹ sư đặc biệt’ mà chúng tôi nhớ đến ngày nay như là hiện thân của ‘chiếc máy ảnh dành cho nghệ sĩ’”.

Sự ra đời của Cảm biến Hình ảnh Trực tiếp Foveon X3.

“Thiết bị” mà Merrill phát minh chắc chắn đã đọc được tất cả RGB tại một vị trí điểm ảnh, nhưng thách thức công nghệ về việc làm thế nào để tạo ra hình ảnh chất lượng từ thông tin ánh sáng đó vẫn chưa được giải quyết.

“Người đưa ra giải pháp cho vấn đề này là trưởng bộ phận phát triển của chúng tôi tại Foveon, Dick Lyon, hay còn được gọi là ‘Dick kia’ ^*2. Ngoài việc là một chuyên gia về công nghệ tín hiệu, là một người hâm mộ nhiếp ảnh nhiệt thành, ông rất quan tâm đến công nghệ mà Merrill đã nghiên cứu. Đặc tính vật lý của silicon cho phép các bước sóng ánh sáng được hấp thụ quanh bề mặt. Mặc dù là một thực tế đã biết giữa các nhà sản xuất bán dẫn rằng các bước sóng ánh sáng càng dài thì sẽ được hấp thụ càng sâu, nhưng để chuyển đổi các tín hiệu hình ảnh phù hợp nhằm tạo ra những bức ảnh thì cần có thêm những đổi mới công nghệ.”

“Dick Lyon đã tiến hành nghiên cứu về khả năng hấp thụ của silicon và đặc tính của các bước sóng RGB trong quang phổ, cuối cùng đi đến lý thuyết về một phương pháp mà thông qua 3 diode quang; màu sắc được thu nhận trong các độ sâu cụ thể của từng vị trí điểm ảnh. Ông tin rằng nếu phương pháp phân tách màu theo chiều dọc có thể được đảm bảo, thì kỳ vọng cao của nhiếp ảnh gia về khả năng tái tạo màu sắc có thể được đáp ứng. Với việc tận dụng các đặc tính vật lý theo chiều dọc của silicon và áp dụng chúng vào cảm biến hình ảnh, cấu trúc RGB 3 lớp (2048 x 2048 pixel x 3 lớp), thứ đã trở thành ‘cảm biến hình ảnh CMOS 3 lớp đầu tiên trên thế giới’ đã được đưa vào thử nghiệm.” Tôi nhớ rõ sự căng thẳng và lo lắng bao trùm mọi người vào thời điểm thử nghiệm chụp một bức ảnh.

“Khi Lyon đưa dữ liệu hình ảnh RAW qua một quy trình xử lý hình ảnh, tất cả mọi người trong phòng đều phải nín thở. Cuối cùng đã đạt được chất lượng màu sắc tương tự như chiếc máy ảnh lăng kính với 3 cảm biến chỉ bằng một con chip 3 lớp nhỏ bé duy nhất, đó là khoảnh khắc ‘Cảm biến hình ảnh trực tiếp Foveon X3’ ra đời.

Cuộc gặp gỡ giữa Foveon và SIGMA.

“Đội ngũ phát triển đã sớm tạo ra một số nguyên mẫu. Merrill không bao giờ rời tay khỏi chiếc máy ảnh, ngay cả trong giờ nghỉ, và liên tục tiến hành thử nghiệm tại nhiều địa điểm khác nhau. Hiệu suất của chiếc máy ảnh thử nghiệm đã làm ông hài lòng và sự tự tin ngày càng tăng về khả năng tái tạo màu sắc cũng như dải tương phản động của nó. Tuy nhiên, để đưa nó vào ứng dụng thực tế, điều cốt yếu là phải có một đối tác chia sẻ cùng triết lý và tầm nhìn với chúng tôi và có khả năng sản xuất với những nguyên tắc đó trong tâm trí.”

“Mead đã tìm kiếm một công ty sẽ mua công nghệ này từ rất lâu trước khi xây dựng công nghệ cảm biến. Họ đã xuất hiện tại triển lãm ‘photokina’ diễn ra hai năm một lần ở Cologne, Đức vào tháng 9 năm 2009, nơi họ trưng bày ‘nguyên mẫu’ (máy ảnh lăng kính). Chính tại đây, chúng tôi đã gặp người sáng lập SIGMA và là chủ tịch vào thời điểm đó, cố ông Michihiro Yamaki.”

“Mặc dù SIGMA đã sản xuất máy ảnh phim muối bạc vào thời điểm đó, ông Yamaki muốn mang công nghệ thu nhận kỹ thuật số được sử dụng trong các máy ảnh kỹ thuật số cao cấp của giới phóng viên ảnh đến với thị trường đại chúng. Ông chắc chắn rằng sớm hay muộn sẽ có sự chuyển dịch trong việc sử dụng phim. Ngoài ra, cuộc đua phát triển cảm biến và hiệu suất quang học của ống kính đã trở nên khốc liệt. Ông dự đoán sự thành bại của các nhà sản xuất quang học sẽ được quyết định bởi điều này và phải tìm ra con đường mà SIGMA sẽ đi từ đây về sau.”

“Mặc dù Foveon không trưng bày mô hình trình diễn tại Photokina năm đó, ông Yamaki cảm thấy mạnh mẽ rằng với công nghệ này, sự độc đáo và những khả năng tuôn trào từ chất lượng hình ảnh vượt trội sẽ đánh dấu một khởi đầu mới khác biệt so với các công ty khác. Ông đã đến thăm Foveon ngay sau đó và dùng thử nguyên mẫu cảm biến hình ảnh Foveon X3 bằng cách tự mình chụp một số bức ảnh. Ngay khi nhìn thấy kết quả, ông đã quyết định sản xuất những chiếc máy ảnh được trang bị công nghệ Foveon.”

Quyết định biến Foveon thành công ty con 100%

Năm đó là 2008. SIGMA cuối cùng đã biến Foveon Inc. và cùng với đó là cảm biến hình ảnh trực tiếp Foveon X3 thành công ty con của mình. Đối với SIGMA, nhà sản xuất thiết bị quang học tổng hợp tự sản xuất gần như toàn bộ nội bộ và quyết tâm tiếp tục cung cấp các sản phẩm chất lượng theo tiêu chuẩn cao nhất của ngành, việc phát triển cảm biến riêng ngay trong công ty là một dấu hiệu rõ ràng của lòng quyết tâm không lay chuyển. Hơn bất cứ điều gì, trong những thách thức phải đối mặt với triết lý kinh doanh và nhiếp ảnh chung của họ, có thể nói rằng con đường tất yếu mà SIGMA và Foveon đã chọn đã hòa quyện vào nhau.

Với cảm giác về độ phân giải, sự chuyển tông màu và độ ấm của màu sắc chưa từng biết đến nhưng vô cùng xuất sắc, một cảm giác về chất liệu nhất định mà Foveon có được và một ‘thể chất’ vững chắc, cảm nhận được trong chất lượng hình ảnh. Đó là chất lượng hình ảnh đích thực bắt nguồn từ ánh sáng tự nhiên trên Trái đất. Đã 20 năm kể từ khi Foveon được thành lập và 15 năm kể từ khi làm việc cùng SIGMA. Kích thước APS-C và chất lượng hình ảnh đẳng cấp trung bình (medium class) mà Foveon cung cấp đã khắc sâu ấn tượng mạnh mẽ vào trái tim và tâm trí của những người yêu nhiếp ảnh.