Sự khác biệt Bin giữa ZWO và QHY, cùng nguyên lý gộp pixel bằng phần mềm

Bài trước đã bàn về cách thao tác gộp pixel (Bin) bằng phần mềm; bài này đi sâu vào nguyên lý: vì sao hành vi Bin của máy ảnh hai hãng ZWO và QHY lại khác nhau, và vì sao “làm Bin trên máy tính” ít mất dữ liệu hơn “làm Bin trên máy ảnh”.

Giá trị Bin mặc định của ZWO và QHY khác nhau

Lấy ZWO 6200mm và QHY600M làm ví dụ: thực ra cả hai đều dùng chung một cảm biến Sony IMX455 BSI, nhưng hành vi Bin mặc định lại không giống nhau:

1. Việc gộp pixel của ZWO chỉ thực hiện “lấy trung bình pixel”. Bạn có thể chụp cùng một tấm panel flat có độ sáng đồng đều và sẽ thấy độ sáng trước và sau khi Bin về cơ bản là như nhau — đó chính là đặc trưng của phép lấy trung bình.
2. Việc gộp pixel của QHY thì mặc định là “cộng tổng pixel” (tương tự hành vi của CCD truyền thống), tất nhiên cũng có thể chuyển sang lấy trung bình.

Cần lưu ý là nếu QHY được đặt ở chế độ cộng tổng, giá trị có thể vượt quá 16bit; khi đó cần điều chỉnh lệnh đọc và bật truyền 32 bit thì mới gửi được dữ liệu đầy đủ ra ngoài. Ngoài ra, cách làm của ZWO áp dụng được cho cả camera đơn sắc lẫn camera màu; còn Bin cộng tổng của QHY thì chỉ áp dụng cho camera đơn sắc.

Vì sao chuyện có nên Bin trên CMOS hay không lại theo logic khác với CCD

Trên máy ảnh CMOS, việc đặt Bin bằng phần mềm hay firmware ngay lúc chụp chủ yếu nhằm giảm dung lượng tệp hoặc nâng tốc độ khung hình. Nhưng cần chú ý tới hành vi của nhiễu đọc (read noise):

• CMOS: sau khi Bin, nhiễu đọc tăng gấp đôi;
• CCD: sau khi Bin, nhiễu đọc lại giảm xuống.

Đây là khác biệt căn bản giữa CMOS và CCD trong chuyện Bin, cũng là lý do vì sao ở thời CMOS, động lực “Bin ở phía máy ảnh” không mạnh như thời CCD. Việc gộp pixel trên CMOS thực ra hợp hơn với việc để dành lại, làm trong phần mềm khi xử lý hậu kỳ, và hiệu quả cũng tốt hơn.

Ưu điểm và nhược điểm của việc làm Bin trong phần mềm trên máy tính

Đưa Bin vào phần mềm trên máy tính có mấy lợi thế rất thiết thực:

1. Vẫn nâng được tỷ số tín hiệu trên nhiễu, mà tính toán lại linh hoạt hơn

Bin bằng phần mềm cũng đem lại mức cải thiện SNR gấp 2 lần, trong khi hiệu suất tính toán của máy tính tốt hơn và số thuật toán có thể chọn cũng nhiều hơn.

2. Không vứt bỏ bất kỳ dữ liệu nào

Đây mới là điểm mấu chốt. Cái gọi là phép lấy trung bình trong hệ nhị phân thực ra không phải là “cộng lại rồi chia cho 4” (lấy Bin 2 làm ví dụ). Cộng bốn số nhị phân 16 bit sẽ cần tới 18 bit (sinh ra tràn số, vì vượt quá 16 bit), còn phép chia cho 4 trong hệ nhị phân thực chất là cộng lại rồi bỏ đi hai bit thấp nhất (tương đương với dịch dấu phẩy thập phân sang trái hai chữ số).

Vì thế, nếu người dùng ZWO đặt Bin trực tiếp trên máy ảnh thì sẽ mất phần dữ liệu này; người dùng QHY thì cần bật truyền 32 bit để gửi dữ liệu đầy đủ về máy tính, nếu không thì phần bị tràn cũng sẽ bị bỏ đi y như vậy. Ngược lại, làm Bin trên máy tính thì phép tính chạy ở 32 bit, không mất dữ liệu nào, giữ được trọn vẹn độ sâu giếng (full well) và độ sâu bit.

3. Cái giá phải trả là truyền và lưu trữ nhiều dữ liệu hơn

Gộp pixel sẽ hy sinh độ phân giải, độ nét giảm xuống, nhưng dung lượng tệp co lại rất mạnh. Nói ngược lại, nếu không Bin ở phía máy ảnh thì phải truyền nhiều dữ liệu hơn, và cũng phải tốn nhiều dung lượng hơn để lưu các tệp gốc. Đây chính là cái giá phải trả khi chọn “Bin ở phía máy tính” — gánh trước những tệp gốc lớn hơn để đổi lấy sự linh hoạt trọn vẹn, không mất mát gì khi xử lý hậu kỳ.

Bổ sung

Phần giải thích về việc bật truyền 32 bit trên QHY, bạn có thể tham khảo sách hướng dẫn sử dụng chính thức. Cần lưu ý rằng tính năng này chỉ được hỗ trợ trên vài mẫu máy mới hơn (như QHY600, QHY268, QHY411, QHY461 v.v.).