Vì sao nhiếp ảnh điện toán là tương lai của camera di động?

Nhiếp ảnh điện toán (computational photography) là thứ đứng sau những bước tiến tuyệt vời của camera điện thoại thông minh mà chúng ta đã và đang sử dụng trong thập kỷ qua. Nhưng liệu bạn có hiểu rõ về công nghệ nhiếp ảnh này không?

Thanh Dual Exposure cho phép người chụp có thể kéo sáng vùng tối và vùng sáng theo hai mức khác nhau trên điện thoại Google Pixel 4

Nhiếp ảnh điện toán thường sử dụng phần mềm kỹ thuật số để cải thiện kết quả của ảnh chụp bằng camera, đặc biệt với các camera của điện thoại vốn có nhiều hạn chế về quang học của ống kính lẫn kích cỡ cảm biến. Trên thực tế, nhiếp ảnh điện toán sẽ thực hiện nhiều phép tính cao cấp để kết xuất ra những hình ảnh đẹp mà bạn thấy trên các điện thoại thông minh cao cấp hiện nay.

Sự cải thiện chất lượng nhiếp ảnh của camera điện thoại thông minh trong vài năm gần đây chủ yếu được thực hiện thông qua phần mềm, thay vì các cải tiến vật lý của cảm biến hay ống kính. Một số nhà sản xuất như Apple và Google đã liên tục cải thiện chất lượng của nhiếp ảnh điện toán trên các thiết bị của họ dù vẫn sử dụng chung cảm biến và phần cứng cũ.

Vì sao nhiếp ảnh điện toán đóng vai trò quan trọng?

Về nguyên lý, quá trình chụp một bức ảnh của camera kỹ thuật số hiện nay có thể chia làm hai phần: Phần cứng ghi nhận và lưu lại hình ảnh theo dạng thô (xử lý theo nguyên lý máy ảnh) và xử lý hình ảnh ở giai đoạn sau. Giai đoạn đầu, là nơi phát huy khả năng của các yếu tố vật lý bao gồm kích cỡ cảm biến ảnh, tốc độ màn trập ống kính, khẩu độ và tiêu cự. Quá trình này tuân theo các nguyên tắc truyền thống của nhiếp ảnh, nơi các máy ảnh cảm biến lớn thực sự phát huy tác dụng (máy ảnh DSLR, mirrorless).

Phần khó khăn hơn chính là khâu thứ hai – xử lý hình ảnh. Đây là giai đoạn thiết bị sẽ sử dụng các thuật toán phần mềm để cải thiện hình ảnh thu được từ bước thứ nhất. Các kỹ thuật này khác nhau giữa các thiết bị và nhà sản xuất. Tuy nhiên, chúng có cùng điểm chung là cùng nhau tạo ra một bức ảnh ấn tượng,

Ngay cả những điện thoại đầu bảng hiện vẫn sử dụng cảm biến nhỏ và ống kính hạn chế do giới hạn về kích cỡ. Đây là lý do tại sao chúng phải dựa vào các thuật toán để tối ưu và cải thiện hình ảnh đầu ra. Nhiếp ảnh điện toán ra đời và được ứng dụng rộng rãi cho thấy đôi khi không nhất thiết phải sử dụng phần cứng xịn hay quang học xuất sắc mới có thể tạo ra hình ảnh chất lượng, sự can thiệp của điện toán vào nhiếp ảnh thực sự đã tạo ra sự khác biệt đáng chú ý.

Tuy nhiên, có một số điều mà một máy ảnh truyền thống có thể làm trong khi một máy ảnh trên điện thoại thông minh không thể. Những lợi thế này chủ yếu do kích cỡ của chúng so với đối thủ trên điện thoại, nhất là với các máy ảnh full-frame và hệ ống kính tiêu cự cố định chất lượng cao. Ngược lại, cũng có một số điều mà nhiếp ảnh trên điện thoại thông minh có thể thực hiện mà máy ảnh truyền thống không bắt kịp, đó đều là những lợi thế của nhiếp ảnh điện toán và sự linh hoạt do nhỏ gọn.

Các công nghệ của nhiếp ảnh điện toán

Bức ảnh sử dụng kỹ thuật stacking được chụp từ iPhone của Apple

Có một vài công nghệ chụp ảnh điện toán mà điện thoại thông minh hiện nay thường dùng để tạo ra những bức ảnh tuyệt vời, trong đó phải kể đến kỹ thuật chồng ảnh (stacking). Về cơ bản, đây là một quá trình xử lý nhiều bức ảnh được chụp cùng một máy ảnh với các thông số khác nhau (độ phơi sáng, tốc độ chụp…). Sau đó kết hợp với nhau bằng phần mềm để giữ lại chi tiết tốt nhất từ các bức ảnh và tạo ra một hình ảnh cuối tốt nhất. Stacking cũng là công nghệ được sử dụng nhiều trong nhiếp ảnh di động trong vài năm qua và cũng là công nghệ dựa trên nhiếp ảnh High Dynamic Range (HDR).

Dải động của các bức ảnh bị giới hạn dựa trên mức phơi sáng của nó. HDR là kỹ thuật chụp ảnh ở các mức phơi sáng khác nhau sau đó kết hợp để cố gắng thu thập dữ liệu nhằm lấy tối đa các chi tiết ở vùng tối và vùng sáng trong ảnh, nhằm duy trì phạm vi màu lớn nhất có thể. HDR là một tính năng cơ bản mà hầu hết các mẫu điện thoại đầu bảng hiện nay đều phải có.

Pixel binning là một công nghệ khác mà một số điện thoại đang sử dụng cho camera của chúng, dựa trên độ phân giải cao của cảm biến. Theo đó, thay vì gộp các hình ảnh chụp với độ phơi sáng hay thông số khác nhau, kỹ thuật này sẽ kết hợp các điểm ảnh liền kề trong một hình ảnh có độ phân giải cao để tạo ra hình ảnh chi tiết hơn nhưng ít bị nhiễu hơn. Cái giá phải trả là độ phân giải của bức ảnh thu được sẽ thấp hơn.

Không dừng lại ở đó, các camera điện thoại hiện nay còn được “đào tạo” dựa trên neural network (tạm dịch là mạng thần kinh số), đây là một loạt thuật toán xử lý dữ liệu nhằm mô phỏng hoạt động suy luận của bộ não. Các mạng lưới thần kinh số này có thể tạo ra những bức ảnh tốt và hài hòa nhằm làm hài lòng thẩm mỹ người chụp.

Ứng dụng nhiếp ảnh điện toán vào thực tế

Bức ảnh chụp với công nghệ Deep Fusion bằng camera iPhone

Hầu như mọi bức ảnh chúng ta chụp bằng điện thoại thông minh đều sử dụng nhiếp ảnh điện toán để cải thiện ảnh chụp. Nổi bật trong số đó là một số tính năng nhiếp ảnh điện toán dưới đây (và góp phần phô trương khả năng xử lý của chúng):

- Night Mode hoặc Night Sight (chế độ chụp đêm): Kỹ thuật chụp ảnh thiếu sáng dựa trên HDR để kết hợp nhiều bức ảnh ở độ phơi sáng khác nhau nhằm mở rộng dải động. Bức ảnh cuối cùng sẽ có nhiều chi tiết hơn và sáng hơn so với bức ảnh chỉ chụp bằng một lần phơi sáng thông thường.

- Astrophotography (chụp ảnh thiên văn): Một biến thể trên chế độ chụp đêm và tính năng này hiện có sẵn trên dòng điện thoại Google Pixel. Nó cho phép chụp ảnh chi tiết bầu trời về đêm, trong đó có thể xuất hiện các ngôi sao và thiên thể.

- Portrait mode (chế độ chân dung): Tên của tính năng này có thể khác nhau trên các nhà sản xuất khác nhau, nhưng nói chung chúng tạo ra hiệu ứng độ sâu trường ảnh và làm mờ hậu cảnh phía sau đối tượng chụp (thường là con người). Kỹ thuật này sử dụng phần mềm để phân tích độ sâu của đối tượng so với môi trường xung quanh và sau đó làm mờ những vùng được cho là xa hơn vật thể để mô phỏng hiệu ứng quang học trên máy ảnh..

- Panorama (chụp toàn cảnh): Chế độ chụp này cũng có sẵn trên hầu hết điện thoại thông minh hiện đại. Nó cho phép bạn kết hợp các hình ảnh chụp cạnh nhau từ một khung cảnh cụ thể để tạo ra một bức cảnh toàn cảnh mở rộng phạm vi chụp mà một bức ảnh chụp thông thường không thể thu nhận được do giới hạn ống kính.

- Deep Fusion: Được giới thiệu vào cuối năm ngoái trên dòng iPhone 11, kỹ thuật chụp này cho phép sử dụng mạng lưới thần kinh số để giảm thiểu đáng kể nhiễu ảnh và cải thiện độ chi tiết trong các bức ảnh chụp. Kỹ thuật chụp này phù hợp với các bức ảnh trong môi trường có độ sáng trung bình hoặc yếu.

- Dual Exposure (phơi sáng kép): Tính năng này mới chỉ xuất hiện trên dòng điện thoại Google Pixel (Pixel 4 trở lên), cho phép người dùng kéo sáng cho hai vùng sáng tối trong bức ảnh ở độ phơi sáng khác nhau. Trước đó, kỹ thuật này chỉ có trên máy ảnh kỹ thuật số đắt tiền.

- Color toning (kết xuất màu): Phần mềm điện thoại sẽ xử lý tự động tối ưu các tông màu dựa theo từng ảnh chụp, quá trình này được hoàn thiện ngay trước khi bạn chỉnh ảnh dựa theo các bộ lọc màu hay các ứng dụng chỉnh sửa ảnh khác.

Ảnh chụp thiên văn từ tính năng Astrophotography trên điện thoại Google Pixel 5

Chất lượng của các tính năng kể trên sẽ khác nhau tùy theo nhà sản xuất. Các tông màu cũng khác nhau dựa theo tối ưu và thẩm mỹ của từng hãng. Các thiết bị của Google thường có cách tiếp cận tự nhiên hơn trong khi Samsung thường đưa ra hình ảnh có độ bão hòa màu cao.

Do vậy, nếu bạn đang tìm mua một điện thoại thông minh mới và nhiếp ảnh là quan trọng đối với bạn, hãy kiểm tra xem các bài đánh giá với các kho ảnh mẫu trực tuyến chụp từ camera của chúng trước khi có được lựa chọn phù hợp với sở thích của bạn.