Cảm biến ảnh

Cảm biến ảnh là phần tử cảm biến thực hiện chuyển đổi tín hiệu hình ảnh thành tín hiệu điện.

Trong phần lớn các trường hợp sử dụng, tín hiệu điện được số hóa bằng chip ADC nhanh rồi chuyển tới các chip xử lý số khác trong thiết bị số. Chip ADC thường đặt cùng đế với cảm biến ảnh, cho ra dẫn xuất là cảm biến ảnh kỹ thuật số.

Các loại cảm biến ở vùng ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử ngoại được sử dụng phổ biến hiện nay là cảm biến CCD (semiconductor charge-coupled devices), CMOS (complementary metal–oxide–semiconductor). Ngoài ra còn có cảm biến ảnh ở vùng phổ tia X, tia gamma.

Cảm biến ảnh được chế ở hai dạng: 
 Dạng ma trận hay mảng (Array), thu nhận trực tiếp ảnh hai chiều, sử dụng trong camera, webcam, máy ảnh kỹ thuật số, kính nhìn đêm (Night vision), kính thiên văn, camera trên vệ tinh viễn thám,...
 Dạng dòng đơn (Line) thu nhận từng dòng và thực hiện quét để thu được toàn ảnh, sử dụng trong máy fax, máy scan các kiểu, và máy đo quang phổ.

Cảm biến dòng đơn còn có biến thể dạng vòng, thu dòng ảnh 360 °, khi dịch chuyển sẽ cho đường ảnh quét toàn cảnh bao quanh đường quét. Sử dụng phần mềm phù hợp và có xác định vị trí thích hợp thì thu được ảnh 360 ° bao quanh, và gọi là 360 Digital Camera. Thiết bị dạng này thường sử dụng trong kiểm tra lỗ khoan địa chất hoăc công trình xây dựng.

CCD và CMOS 
Ngày nay, hầu hết các máy ảnh đều sử dụng một trong hai loại cảm biến là CCD và CMOS. Cả CCD và CMOS đều thực hiện một nhiệm vụ giống nhau: biến các tín hiệu ánh sáng thành các tín hiệu điện.

CCD là một trong những công nghệ lâu đời nhất trên máy ảnh số, với chất lượng ảnh chụp vượt trội so với CMOS nhờ có dải tần nhạy sáng và kiểm soát nhiễu tốt hơn. Hiện nay, CCD vẫn được sử dụng nhiều trong các mẫu máy ảnh du lịch giá rẻ, song quá trình lắp ráp khó khăn và điện năng tiêu thụ quá nhiều của CCD đã dẫn tới sự thống trị của CMOS.

Trong lịch sử, cảm biến CMOS luôn được cho là có chất lượng ảnh chụp thấp hơn so với CCD, nhưng các đột phá về công nghệ mới đã khiến cho chất lượng của CMOS hiện đại trở nên ngang bằng hoặc thậm chí là vượt qua cả tiêu chuẩn của CCD. Với nhiều tính năng được tích hợp sẵn hơn là CCD, cảm biến CMOS hoạt động hiệu quả hơn, cần ít điện năng hơn và chụp ảnh tốc độ cao tốt hơn CCD.

Cảm biến ảnh của các máy ảnh kỹ thuật số 
{| class="wikitable sortable"
|-
! Width (px)
! Height (px)
! Aspect ratio
! Actual pixel count
! Megapixels
! Camera examples
|-
| 100
| 100
|1:1
| 10,000
| 0.01
| Kodak (by Steven Sasson) Prototype (1975)
|-
| 640
| 480
| 
| 307,200
| 0.3
| Apple QuickTake 100 (1994)
|-
| 832
| 608
| 
| 505,856
| 0.5
| Canon Powershot 600 (1996)
|-
| 1,024
| 768
| 
| 786,432
| 0.8
| Olympus D-300L (1996)
|-
| 1024
| 1024
|1:1
| 1,048,576
| 1.0
| Nikon NASA F4 (1991)
|-
| 1,280
| 960
| 
| 1,228,800
| 1.3
| Fujifilm DS-300 (1997)
|-
| 1,280
| 1,024
|5:4
| 1,310,720
| 1.3
| Fujifilm MX-700, Fujifilm MX-1700 (1999), Leica Digilux (1998), Leica Digilux Zoom (2000)
|-
| 1,600
| 1,200
| 
| 1,920,000
| 2
| Nikon Coolpix 950, Samsung GT-S3500
|-
| 2,012
| 1,324
| 
| 2,663,888
| 2.74
| Nikon D1
|-
| 2,048
| 1,536
| 
| 3,145,728
| 3
| Canon PowerShot A75, Nikon Coolpix 995
|-
| 2,272
| 1,704
| 
| 3,871,488
| 4
| Olympus Stylus 410, Contax i4R (CCD is actually square 2,272×2,272)
|-
| 2,464
| 1,648
| 
| 4,060,672
| 4.1
| Canon 1D
|-
| 2,560
| 1,920
| 
| 4,915,200
| 5
| Olympus E-1, Sony Cyber-shot DSC-F707, Sony Cyber-shot DSC-F717
|-
| 2,816
| 2,112
| 
| 5,947,392
| 5.9
| Olympus Stylus 600 Digital
|-
| 3,008
| 2,000
| 
| 6,016,000
| 6
| D100, Nikon D40, D50, D70, D70s, Pentax K100D, Konica Minolta Maxxum 7D, Konica Minolta Maxxum 5D, Epson R-D1
|-
| 3,072
| 2,048
| 
| 6,291,456
| 6.3
| Canon EOS 10D, Canon EOS 300D
|-
| 3,072
| 2,304
| 
| 7,077,888
| 7
| Olympus FE-210, Canon PowerShot A620
|-
| 3,456
| 2,304
| 
| 7,962,624
| 8
| Canon EOS 350D
|-
| 3,264
| 2,448
| 
| 7,990,272
| 8
| Olympus E-500, Olympus SP-350, Canon PowerShot A720 IS, Nokia 701, HTC Desire HD, Apple iPhone 4S
|-
| 3,504
| 2,336
| 
| 8,185,344
| 8.2
| Canon EOS 30D, Canon EOS-1D Mark II, Canon EOS-1D Mark II N
|-
| 3,520
| 2,344
| 
| 8,250,880
| 8.25
| Canon EOS 20D
|-
| 3,648
| 2,736
| 
| 9,980,928
| 10
| Canon PowerShot G11, Canon PowerShot G12, Canon PowerShot S90, Canon PowerShot S95, Nikon CoolPix P7000, Nikon CoolPix P7100, Olympus E-410, Olympus E-510, Panasonic FZ50, Fujifilm FinePix HS10, Samsung EX1
|-
| 3,872
| 2,592
| 
| 10,036,224
| 10
| Nikon D40x, Nikon D60, Nikon D3000, Nikon D200, Nikon D80, Pentax K10D, Pentax K200D, Sony Alpha A100
|-
| 3,888
| 2,592
| 
| 10,077,696
| 10.1
| Canon EOS 40D, Canon EOS 400D, Canon EOS 1000D
|-
| 4,064
| 2,704
| 
| 10,989,056
| 11
| Canon EOS-1Ds
|-
| 4,000
| 3,000
| 
| 12,000,000
| 12
| Canon Powershot G9, Fujifilm FinePix S200EXR, Nikon Coolpix L110, Kodak Easyshare Max Z990
|-
| 4,256
| 2,832
| 
| 12,052,992
| 12.1
| Nikon D3, Nikon D3S, Nikon D700, Fujifilm FinePix S5 Pro
|-
| 4,272
| 2,848
| 
| 12,166,656
| 12.2
| Canon EOS 450D
|-
| 4,032
| 3,024
| 
| 12,192,768
| 12.2
| Olympus PEN E-P1
|-
| 4,288
| 2,848
| 
| 12,212,224
| 12.2
| Nikon D2Xs/D2X, Nikon D300, Nikon D300S, Nikon D90, Nikon D5000, Pentax K-x
|-
| 4,900
| 2,580
| 
| 12,642,000
| 12.6
| RED ONE Mysterium
|-
| 4,368
| 2,912
| 
| 12,719,616
| 12.7
| Canon EOS 5D
|-
| 5,120
| 2,700
| 
| 13,824,000
| 13.8
| RED Mysterium-X
|-
| 7,920 (2,640 × 3)
| 1,760
| 
| 13,939,200
| 13.9
| Sigma SD14, Sigma DP1 (3 layers of pixels, 4.7 MP per layer, in Foveon X3 sensor)
|-
| 4,672
| 3,104
| 
| 14,501,888
| 14.5
| Pentax K20D, Pentax K-7
|-
| 4,752
| 3,168
| 
| 15,054,336
| 15.1
| Canon EOS 50D, Canon EOS 500D, Sigma SD1
|-
| 4,896
| 3,264
| 
| 15,980,544
| 16.0
| Fujifilm X-Pro1, Fujifilm X-E1 (X-Trans sensor has a different pattern to a Bayer sensor)
|-
| 4,928
| 3,262
| 
| 16,075,136
| 16.1
| Nikon D7000, Nikon D5100, Pentax K-5
|-
| 4,992
| 3,328
| 
| 16,613,376
| 16.6
| Canon EOS-1Ds Mark II, Canon EOS-1D Mark IV
|-
| 5,184
| 3,456
| 
| 17,915,904
| 17.9
| Canon EOS 7D, Canon EOS 60D, Canon EOS 600D, Canon EOS 550D, Canon EOS 650D, Canon EOS 700D
|-
| 5,270
| 3,516
| 
| 18,529,320
| 18.5
| Leica M9
|-
| 5,616
| 3,744
| 
| 21,026,304
| 21.0
| Canon EOS-1Ds Mark III, Canon EOS-5D Mark II
|-
| 6,048
| 4,032
| 
| 24,385,536
| 24.4
| Sony α 850, Sony α 900, Sony Alpha 99, Nikon D3X và Nikon D600
|-
| 5,140
| 5,140
|1:1
| 26,419,600
| 26.4
| Leica S1 (line scanner, 1997)
|-
| 7,360
| 4,912
| 
| 36,152,320
| 36.2
| Nikon D800, Sony Alpha 7R
|-
| 7,500
| 5,000
| 
| 37,500,000
| 37.5
| Leica S2
|-
| 7,212
| 5,142
| 
| 39,031,344
| 39.0
| Hasselblad H3DII-39
|-
| 7,216
| 5,412
| 
| 39,052,992
| 39.1
| Leica RCD100
|-
| 7,264
| 5,440
| 
| 39,516,160
| 39.5
| Pentax 645D
|-
| 7,320
| 5,484
| 
| 40,142,880
| 40.1
| Phase One IQ140
|-
| 7,728
| 5,368
| ~ 10:7
| 41,483,904
| 41.5
| Nokia 808 PureView
|-
| 8,176
| 6,132
| 
| 50,135,232
| 50.1
| Hasselblad H3DII-50, Hasselblad H4D-50
|-
| 11,250
| 5,000
| 9:4
| 56,250,000
| 56.3
| Better Light 4000E-HS (scanned)
|-
| 8,956
| 6,708
| 
| 60,076,848
| 60.1
| Hasselblad H4D-60
|-
| 8,984
| 6,732
| 
| 60,480,288
| 60.5
| Phase One IQ160, Phase One P65+
|-
| 10,320
| 7,752
| 
| 80,000,640
| 80
| Leaf Aptus-II 12, Leaf Aptus-II 12R
|-
| 10,328
| 7,760
| 
| 80,145,280
| 80.1
| Phase One IQ180
|-
| 9,372
| 9,372
|1:1
| 87,834,384
| 87.8
| Leica RC30 (point scanner)
|-
| 12,600
| 10,500
|6:5
| 132,300,000
| 132.3
| Phase One PowerPhase FX/FX+ (line scanner)
|-
| 18,000
| 8,000
| 9:4
| 144,000,000
| 144
| Better Light 6000-HS/6000E-HS (line scanner)
|-
| 21,250
| 7,500 
| 17:6
| 159,375,000
| 159.4
| Seitz 6x17 Digital (line scanner)
|-
| 16,352*
| 12,264*
| 
| 200,540,928
| 200.5
| Hasselblad H4D-200MS (*actuated multi (6x) shot)
|-
| 18,000
| 12,000
| 
| 216,000,000
| 216
| Better Light Super 6K-HS (line scanner)
|-
| 24,000
| 15,990
| ~ 
| 383,760,000
| 383.8
| Better Light Super 8K-HS (line scanner)
|-
| 30,600
| 13,600
| 9:4
| 416,160,000
| 416.2
| Better Light Super 10K-HS (line scanner)
|-
| 62,830
| 7,500
| ~ 25:3
| 471,225,000
| 471.2
| Seitz Roundshot D3 (80 mm lens) (scanned)
|-
| 62,830
| 13,500
| ~ 5:1
| 848,205,000
| 848.2
| Seitz Roundshot D3 (110 mm lens) (line scanner)
|-
| 38,000
| 38,000
|1:1
| 1,444,000,000
| 1,444
| Pan-STARRS PS1
|-
| 157,000
| 18,000
| ~ 26:3
| 2,826,000,000
| 2,826
| Better Light 300 mm lens Digital (line scanner)
|-
|}

Các công ty sản xuất 
Các công ty lớn trong lĩnh vực sản xuất cảm biến ảnh bao gồm:
 
 Agilent
 Aptina (formerly division of Micron Technology)
 Canesta
 Canon
 Caeleste
 CMOSIS
 Dalsa
 Eastman Kodak
 ESS Technology
 Fujifilm
 MagnaChip
 Matsushita
 MAZeT GmbH
 Mitsubishi
 Nikon
 OmniVision Technologies
 ON Semiconductor (formerly Cypress Semiconductor)
 PixArt Imaging
 Pixim
 Samsung
 Sharp
 Sony
 STMicroelectronics
 Toshiba
 TowerJazz
 Town Line Technologies
 TransChip
 Trusight
 Trusense imaging

Tham khảo 

Nhiếp ảnh kỹ thuật số
Cảm biến
Cảm biến ảnh