Nghệ thuật chụp HDR - khái niệm cơ bản

Nghệ thuật HDR phụ thuộc vào mục đích, ý đồ của người chụp nên nhiều bức ảnh chỉ thể hiện phần nhạy sáng thấp nhưng vẫn được đánh giá tốt.

Khái niệm Dynamic Range (dải giá trị lộ sáng – DR) được xác định bởi tỷ lệ các phần tử tối nhất và sáng nhất ảnh hưởng đến góc nhìn ảnh (được đo bằng các bậc độ sáng). DR có nhiều thể hiện thông qua nhiều đối tượng, từ cảnh thực tự nhiên (tỷ lệ lên đến 100.000:1, tương đương chênh ~17EV), qua camera, qua máy in hay màn hình (tỷ lệ 400:1, khoảng 7-10EV). Mắt người ghi nhận được dải DR 10.000:1 (~14EV).

Trong quá trình ghi nhận ảnh, dải DR được xử lý 2 lần: đầu tiên, từ cảnh thực vào thiết bị thu nhận (máy ảnh) rồi sang bước thứ hai là chuyển ra thiết bị xuất hình ảnh (màn hình hoặc máy in). Trong quá trình thu nhận và chuyển tín hiệu từ máy ảnh ra thiết bị xuất luôn xảy ra mất dữ liệu và không thể khôi phục được, nhưng người chụp chỉ nên quan tâm duy nhất đến những hình ảnh còn lại thỏa mãn mình như thế nào mà thôi.

Các dạng DR.

DR của cảnh thực.

Quan điểm, ý đồ nghệ thuật của người chụp ảnh là yếu tố tác động đến sự thể hiện các vúng chi tiết tối và sáng nhất trên ảnh.

Bức ảnh có tiêu đề Lost Cabin, thể hiện chi tiết bên trong và ngoài căn phòng. Ảnh: Dpreview.

Ảnh trên thể hiện chi tiết các vùng tối và sáng. Thông thường, vùng sáng được coi là quan trọng hơn vùng bóng. Các chi tiết vùng sáng bị mất sẽ làm giảm chất lượng ảnh in. Ảnh: Dpreview.

Dải DR (theo tỷ lệ tương phản) 1:30.000 dễ dàng thể hiện trong các tình huống trên, cho dù là chụp ở trong phòng tối hướng ra cảnh sáng bên ngoài cửa sổ.

DR thu nhận bởi máy ảnh.

Chụp ảnh HDR là giải pháp giúp thu được tối đa dải DR của cảnh thực vì mỗi lần bấm máy, cảm biến chỉ có thể ghi lại một khoảng giá trị DR nhỏ hơn rất nhiều dải DR của cảnh chụp. Dải DR trên máy ảnh được xác định bằng số chi tiết sáng nhất so với vùng bóng có nhiều chi tiết đạt chất lượng lớn hơn mức nhiễu nền.

Yếu tố căn bản ở đây là chi tiết vùng sáng (không bị cháy "trắng" hoàn toàn) tới chi tiết vùng tối không bị ảnh hưởng quá nhiều bởi nhiễu. Với các máy DSLRs hiện nay, dải DR chụp được nằm từ 7 đến 10 f-stops (1:128 – 1:1000) - nếu người chụp kiểm soát máy tốt và có ý tưởng thì sẽ không bị phụ thuộc vào những con số này - trong khi phim 35mm có thể ghi từ 10-12 f-stops. Một số phần mềm chuyển đổi RAW cho phép tăng thêm +1 f-stop. Ngoài ra, thiết kế cảm biến máy cũng giúp tăng dải DR ghi nhận được, ví dụ như máy Fuji S5 có thể tăng lên thêm +2f-stops.

Tái tạo dải DR.

Các thiết bị xuất hình ảnh (màn hình, máy in) hiện nay chỉ có thể xuất hình ảnh có dải DR thấp (màn hình 1:300 – 1:1000, máy in 1:100 – 1:200). Thiết bị xuất có khả năng tái tạo dải DR cao nhất là màn hình HDR, cho phép tái tạo đến 1:30.000, nhưng sẽ gây mệt và mỏi mắt cho người xem. Việc thu nhận dải DR cao tuy không thể hiển thị hết trên các thiết bị này mà hướng đến việc nén dữ liệu DR (DR compression).

Sự thu nhận DR của mắt người.

Đối với mắt người có khả năng tự điều chỉnh khả năng thích nghi cho phù hợp với hoàn cảnh (con ngươi mở ra hay thu vào) cho phép thu nhận dải DR đến 10 f-stops (1:1024) khi con ngươi không điều chỉnh. Nếu tính cả quá trình điều chỉnh thì mắt người có thể thu nhận dải DR lên đến 24 f-stops.

Độ tương phản.

Các chi tiết mắt người thu nhận được không dựa trên các giá trị màu xác định mà dựa trên tương phản tại các cạnh của chúng. Mắt người đặc biệt nhạy cảm với các thay đổi tương phản dù là rất nhỏ.

Tương phản tổng hợp.

Tương phản tổng hợp so sánh sự khác nhau về độ sáng giữa các phần tử tối nhất và sáng nhất trong một hình ảnh. Các đường cong và mức sáng chỉ thay đổi tương phản tổng hợp được khi xử lý các điểm ảnh với cùng độ sáng. 3 vùng chi tiết trung tính (mid-tones), vùng sáng nổi bật (highlights) và vùng tối/bóng (shadows) góp phần xác định tương phản tổng hợp, có nghĩa là nếu vùng trung tính tương phản nhiều thì vùng sáng/tối sẽ ít hơn. Thông thường, vùng trung tính thể hiện đối tượng chính nên nếu tương phản ít thì ảnh sẽ thiết độ sắc nét, nhưng nếu thêm tương phản nhiều sẽ làm vùng sáng/tối co lại. Để tăng hiệu quả hiển thị ảnh, người ta thường thêm tương phản cục bộ.

Tương phản cục bộ.

Ví dụ về tương phản cục bộ. Ảnh: Dpreview.

Hình trên thể hiện ví dụ về tương phản cục bộ, trong đó, mỗi hình tròn cùng hàng đều có độ sáng xác định giống nhau. Khi nhìn vào hình, ở trên, hình tròn bên phải nhìn sáng hơn bên trái vì mắt người xác định được sự khác nhau giữa chúng và môi trường xung quanh. Ngược lại, với 2 hình tròn cuối cùng, hình bên trái nhìn tối hơn bên phải. Mắt người có xu hướng ít để ý đến độ sáng thực sự của đối tượng hơn là môi trường xung quanh nó.

Kiểm soát dải DR.

Tuy rằng máy ảnh hay máy in không thể thể hiện được dải DR rộng, nhưng việc thu được dải DR rộng thì ảnh chụp lại giữ được nhiều chi tiết hơn, qua đó giúp quá trình xử lý hậu kỳ tốt hơn. Chờ đợi điều kiện thời tiết thuận lợi (khi DR cảnh không quá cao) hoặc bù sáng bằng flash (không dùng chụp cảnh được) là 2 cách làm hiệu quả, nhưng không phải là giải pháp tối ưu cho mọi trường hợp. Bên cạnh đó, nhiều cảnh còn có ánh sáng tồn tại không phụ thuộc thời tiết.

Chụp tại hẻm núi Antelope. Ảnh sáng tuy yếu nhưng vẫn thể hiện lên màu đẹp. Ở đây tác giả đã chụp 5 ảnh chênh lệch 2EV. Ảnh: Dpreview.

Ảnh trên, ánh sáng tốt mặc dù chụp trong phòng tối (không sử dụng ánh sáng nhân tạo). Ảnh: Dpreview.

Các bước thực hiện chụp toàn dải DR của cảnh.

1. Biểu thị DR: Xác định cảnh DR thấp.

Ở trường hợp này, toàn dải DR của cảnh có thể chụp lại trong một lần chụp. Phần chi tiết mất ở vùng tối là rất nhỏ nên không đáng ngại. Cảnh chụp lại được xử lý tone-mapping cho thiết bị xuất (thường chỉ chấp nhận dải DR thấp hơn máy ảnh).

Quá trình xử lý từ máy ảnh ra thiết bị xuất thường thông qua đường cong tông ảnh (xử lý vùng sáng và tối). Các công cụ chính sử dụng gồm:

- Xử lý ảnh RAW: sử dụng đường cong tông ảnh.

- Photoshop: xử lý Curves và Levels.

- Photoshop hoặc Lightroom: xử lý Dodge&Burn.

2. Biểu thị DR: xác định cảnh DR cao.

Ảnh chụp ở cảnh có dải DR cao.

Dữ liệu thu lại bị mất ở vùng sáng và tối.

Kết quả ví dụ.

Như vậy, ở cảnh có DR cao, máy ảnh chỉ có thể ghi lại một phần của dải DR. Trong trường hợp này cần phải thay đổi thời chụp để giữ chi tiết vùng sáng (bỏ qua các chi tiết sáng cá biệt như phản chiếu). Khi đó dải DR ghi lại có dạng như sau:

Như vậy có thể thấy là vùng tối bị mất chi tiết đáng kể. Trừ phi người chụp muốn thể hiện chi tiết vùng tối, còn không, vấn đề này cũng không đáng quan tâm quá.

Các chi tiết thể hiện trong vùng sáng có thể thấy như sau:

3. Chụp HDR sử dụng thời chụp ghép.

Phương pháp chụp lại toàn dải DR là chụp nhiều ảnh của một cảnh với các mức lộ sáng EV khác nhau rồi xếp chồng lại để tạo ra một ảnh thể hiện toàn dải DR.

Ảnh HDR ghép từ các ảnh đơn với các giá trị EV khác nhau thể hiện toàn dải DR của cảnh. Mỗi ảnh chênh lệch từ 1-2EV (tùy thuộc người chụp), nghĩa là tổng số ảnh đơn cần thiết xác định bởi dải DR toàn bộ của cảnh và dải DR mà máy có thể chụp lại. Các ảnh này có thể ghép thủ công (sử dụng Photoshop) hoặc ghép tự động (Fusion của Photomatix) và tạo ảnh HDR.

Quá trình ghép biểu thị như sau.

Ảnh trên sử dụng tính năng Fusion của phần mềm Photomatix.