Thuật toán sẽ là tương lai của nhiếp ảnh di động

thuật toán là đường ra tốt nhất dành cho việc chụp ảnh trên điện thoại. Nhờ thuật toán, người ta có thể chụp ra những tấm hình đẹp hơn rất nhiều trong khi không cần phải thay đổi quá mạnh về phần cứng.

Chúng ta đang chạm tới các giới hạn vật lý

Trên di động, cảm biến ảnh không thể nào to như trên những chiếc DSLR hay thậm chí là full frame. Một cảm biến to như thế sẽ khiến điện thoại trở nên dành cộm và nó không còn là chiếc smartphone như chúng ta từng biết. Để đảm bảo thẩm mỹ và thiết kế, các nhà sản xuất buộc phải làm cảm biến nhỏ hơn.

Bạn có thể tưởng tượng về cảm biến ảnh giống như việc hứng nước mưa. Ánh sáng đi tới bề mặt cảm biến giống như mua rơi xuống mặt đường. Nếu bạn muốn hứng nước mưa, bạn sẽ cần tới một vài cái xô. Xô quá to thì không đặt được nhiều xô, xô nhỏ thì tăng được số lượng nhưng mỗi xô lại hứng được ít nước mưa hơn.

​

Tương tự cho cảm biến. Mỗi pixel to hơn sẽ thu nhận được nhiều ánh sáng hơn, tức ghi nhận được nhiều thông tin hơn và ảnh sẽ đẹp hơn khi chạy qua các luồng xử lý, nhưng khi đó độ phân giải sẽ không cao. Muốn độ phân giải cao thì tăng số pixel lên, nhưng khi đó mỗi pixel lại không còn nhận nhiều ánh sáng (thông tin) như xưa nên dễ thất thoát dữ liệu khi tổng hợp thành ảnh kết quả.

Do bị giới hạn nhiều về mặt vật lý, giải pháp phần mềm sẽ là hướng giải quyết cho các hạn chế hiện nay của nhiếp ảnh mobile như thông tin ghi nhận không nhiều, noise,...

Bản chất của ảnh số đã là thuật toán rồi

Trước khi tấm ảnh được tổng hợp ra cho bạn xem, nó thực chất chỉ là những điểm ảnh riêng lẻ, rời rạc và thậm chí còn chưa được kết nối lại thành một tấm hình đúng nghĩa. Để ra được ảnh kết quả, các dữ liệu ghi nhận từ cảm biến được cho chạy qua một luồng xử lý (image processing pipeline), trong đó bao gồm các công đoạn như:

1. Tổng hợp màu từ ba màu cơ bản RGB
2. Nội suy điểm ảnh bị thiếu bằng điểm ảnh lân cận
3. Ghép các điểm ảnh
4. Chạy thuật toán tăng cường độ nét, cân bằng màu
5. Xác định các vùng sáng tối để đẩy thêm chi tiết nếu có
6. Kết xuất

Về bản chất, mỗi nước trên đều là những thuật toán chạy bên dưới. Các thuật toán này không mới, nó đã được áp dụng từ nhiều chục năm nay và có hẳn một ngành gọi là computer vision chuyên nghiên cứu những thuật toán dạng này. Dạo gần đây chúng ta thấy thêm AI xuất hiện, thực chất AI chỉ là một cách nâng cao hơn, thông minh hơn cho các thuật toán xử lý hình ảnh mà thôi.

Tóm lại, bức ảnh mà bạn thấy thực chất đã là kết quả của nhiều thuật toán rồi chứ không phải giờ người ta mới bắt đầu áp dụng.

​

Đối xử với ảnh như là một stream, không phải 1 tấm duy nhất

Chúng ta thường nghĩ về ảnh số như là 1 tấm ảnh duy nhất, nhưng với ảnh số di động thì không phải thế. Ánh sáng liên tục được đưa vào cảm biến, nhờ vậy bạn mới thấy được ảnh trên màn hình trước khi nhấn nút chụp đấy. Nó không hoạt động như DSLR, tức là có gương lật để lật lên hứng ánh sáng khi bấm nút chụp rồi sau đó hạ xuống lại.

Và cũng nhờ việc đối xử với ảnh như một chuỗi liên tục các chùm ánh sáng nên nhiếp ảnh di động đã tiến bộ hơn xưa rất nhiều, ví dụ như chụp nhiều tấm rồi ghép lại, ghi nhận ảnh liên tục để chồng lên nhau và xử lý cho giảm noise xuống thấp. Tính năng HDR cũng hoạt động theo cơ chế tương tự.

​

Ngay cả bây giờ việc zoom cũng sử dụng chuỗi hình ảnh ghép để cho ra kết quả tốt. Như chiếc Pixel 3 chẳng hạn, nó chẳng cần phải có camera kép mà vẫn chụp chân dung đẹp, hay các máy Pixel mới có thêm chế độ Nigh Shot thần thánh ghép nhiều ảnh liên tục để tạo ra ảnh chụp thiếu sáng cực kì ngon, sáng, không bị bệt và vẫn giữ lại độ chi tiết cao. Bạn có thể tải app Google Camera mới ở đây.

Nhờ sự đổi mới về tư duy và cách tiếp cận, chúng ta đã có thể khắc phục nhiều hạn chế của phần cứng camera trên di động.

Nhiều camera hơn

Một cách nữa để khắc phục hạn chế của camera đó là tăng số lượng camera lên. Thay vì phải thiết kế cơ chế zoom quang phức tạp, người ta chuyển giữa 2 camera với tiêu cự dài ngắn khác nhau. Thay vì phải sắm ống tele hay phải nghĩ cách triển khai ống tele lên điện thoại, người ta sử dụng camera thứ 2 để ghi nhận chiều sâu và dùng thuật toán để tạo ra hiệu ứng xóa phông tương tự.

Và không dừng ở 2 camera, chúng ta ngày càng thấy xuất hiện nhiều smartphone với 3 thậm chí là 4 camera. Mình không nghĩ con số này sẽ dừng lại, vì đơn giản là nếu không tăng được tính năng cho 1 camera thì thôi mình cứ gắn thêm camera với tính năng mong muốn cho nhanh

Tham khảo: TechCrunch​