HDR là gì?
(lux.camera)- HDR (High Dynamic Range) là thuật ngữ chỉ hai khái niệm khác nhau trong lĩnh vực nhiếp ảnh và hiển thị
- Ở camera, có "chế độ HDR" mở rộng dải tương phản bằng cách ghép nhiều mức phơi sáng; còn ở màn hình, có "màn hình HDR" thể hiện phạm vi độ sáng rộng hơn
- Camera smartphone gần đây tự động ghép nhiều ảnh và cố gắng tạo ra hình ảnh tự nhiên thông qua tone mapping tập trung vào AI
- Tuy nhiên, các thuật toán AI này thường gặp vấn đề như thay đổi hình ảnh khác với ý đồ của người dùng hoặc làm mất chi tiết
- Các ứng dụng camera như Halide cung cấp tự do biểu đạt rộng hơn, với các tùy chọn như "chụp không AI", tone mapping thủ công và cho phép người dùng trực tiếp chọn giữa SDR/HDR
HDR là gì?
HDR (High Dynamic Range) thường bị nhầm lẫn là hai khái niệm khác nhau nhưng có liên quan trong lĩnh vực ảnh và video
- Trong camera, đó là "chế độ HDR" được đưa vào iPhone từ năm 2010
- Trong hiển thị, đó là công nghệ màn hình mới cho hình ảnh sống động và chi tiết hơn
Bài viết này giải thích từ nhiều góc độ về ý nghĩa thực sự của thuật ngữ HDR, các vấn đề đi kèm, và ba cách để giải quyết chúng
Dynamic range là gì?
- Dynamic range là sự chênh lệch giữa phần tối nhất và phần sáng nhất của một cảnh
- Khi chụp hoàng hôn bằng máy ảnh đời cũ, do chênh lệch độ sáng giữa bầu trời và vùng bóng đổ, ảnh thường luôn bị quá sáng hoặc quá tối
- Thị giác con người có thể nhận biết dải sáng tối rộng của toàn cảnh, nhưng camera và đặc biệt là màn hình lại không ghi lại được tốt mức tương phản lớn như vậy
- Phần lớn ảnh không quá cực đoan, nên được gọi là cảnh ‘SDR (Standard Dynamic Range)’
- Nếu cả camera lẫn màn hình đều không theo kịp dynamic range của cảnh, thông tin ở vùng sáng hoặc vùng tối sẽ bị mất
Giải pháp 1: "Chế độ HDR"
Kỹ thuật chụp HDR và lịch sử
- Vào thập niên 1990, các nhà nghiên cứu đã phát triển thuật toán HDR để ghép các hình ảnh chụp với nhiều mức phơi sáng khác nhau
- Tone mapping xuất hiện trong giai đoạn này là phương pháp biến đổi để "nén" dải sáng tối cho phù hợp với màn hình SDR
- Tone mapping cần phần mềm phức tạp nên ban đầu được phát hành cho dân chuyên nghiệp, nhưng thường khó thao tác và cho ra kết quả quá tay
- Smartphone ngày nay tự động chụp ảnh ở nhiều mức phơi sáng, sau đó thuật toán dựa trên deep learning phức tạp sẽ tự động thực hiện tone mapping
- Apple, Google và các hãng khác gọi quá trình này là ‘HDR’, nhưng hình ảnh cuối cùng thực tế vẫn ở mức SDR
Vấn đề của thuật toán HDR và trải nghiệm người dùng
- Các thuật toán như Smart HDR, Deep Fusion trên camera hiện đại đôi khi tạo ra viền không mong muốn, mất chi tiết hoặc hiện tượng "bết" ảnh
- Do phải chụp nhiều lần rồi ghép ở các cảnh có chuyển động, quá trình căn chỉnh pixel có thể gây ra tổn thất rõ rệt
- Nhiều người dùng bắt đầu muốn có tùy chọn chụp không AI, và ứng dụng Halide cũng nhanh chóng bổ sung tính năng này
- Chế độ chụp loại bỏ hoàn toàn AI mang tên Process Zero cũng được ưa chuộng, nhưng do không có xử lý HDR, một số vùng vẫn có thể bị mất dữ liệu
Học từ nhiếp ảnh analog
- Trong thời kỳ ảnh film, ‘negative film’ vốn đã chứa dynamic range rộng
- Ở công đoạn tráng in, người ta chỉnh vùng highlight và shadow bằng thao tác thủ công như ‘dodging and burning’
- Những nhiếp ảnh gia bậc thầy như Ansel Adams đã tạo ra các hình ảnh đầy kịch tính bằng tone mapping thủ công kiểu này
- Hiện nay, Halide tiếp nối truyền thống đó bằng cách cung cấp tính năng tone mapping thủ công dựa trên một lần chụp
- Khi tinh chỉnh chi tiết ảnh, người dùng có thể dùng vòng xoay chuyên dụng để điều chỉnh dynamic range trong một thao tác
Giải pháp 2: Màn hình HDR thực thụ
Tình hình triển khai màn hình HDR
- Gần đây, smartphone, TV, màn hình máy tính và các thiết bị khác đã bắt đầu thực sự hỗ trợ xuất HDR
- Các nội dung như screensaver HDR trên Apple TV gây ấn tượng mạnh, tương đương với bước chuyển từ TV analog sang HDTV
- Tuy nhiên, do chi phí thay thế hạ tầng và sự khó chịu với cách thể hiện quá đà từ phía người làm nội dung, việc phổ cập vẫn diễn ra chậm
- Một số nhà sản xuất video chỉ ra rằng HDR quá mức có thể gây khó chịu thị giác và mệt mỏi, từ đó lại cản trở việc áp dụng công nghệ
Vấn đề tương thích và nền tảng
- Nhiều mẫu iPhone mới nhất đã có thể hỗ trợ HDR, nhưng HDR sẽ bị tắt tùy theo tình huống và môi trường như chế độ tiết kiệm pin hoặc ánh nắng gắt
- Phần lớn trình duyệt web vẫn chưa hỗ trợ hiển thị ảnh HDR đúng cách
- Vì vậy, Apple, Google và các hãng khác đã đưa vào các phương thức Adaptive HDR, Ultra HDR để đồng thời chứa thông tin SDR/HDR trong cùng một tệp
- Các trình duyệt và ứng dụng như Safari, Chrome cũng đang dần mở rộng hỗ trợ HDR
- Do các lỗi trong ứng dụng như Photos của Apple, cũng như vấn đề hỗ trợ trong iOS, việc phổ cập toàn diện trong thực tế sẽ còn cần thêm thời gian
Kế hoạch hỗ trợ HDR của Halide
- Halide dự kiến cung cấp ba mức HDR là Standard, Max, Off để cân nhắc vấn đề về gu thẩm mỹ
- Hiện hãng đang triển khai công bố giới hạn trước tiên dưới dạng bản developer preview, và theo chính sách TestFlight của Apple thì chỉ một số ít người được sử dụng
Giải pháp 3: Tôn trọng lựa chọn SDR
- Một số người dùng vẫn ưa thích SDR
- Bài viết nhấn mạnh rằng bản chất của ảnh không chỉ là ‘ghi lại’ hiện thực mà còn là biểu đạt cảm giác và những cách diễn giải đa dạng về đối tượng
- Nếu HDR phơi bày mọi chi tiết, đôi khi ‘sự tự nhiên’ và khả năng tập trung vào chủ thể lại có thể suy yếu
- Vẫn luôn có những người dùng coi trọng thẩm mỹ theo phong cách analog và SDR
- Halide cung cấp nhiều lựa chọn phong cách như "HDR, SDR, tone mapping" và đề cao ý đồ của nghệ sĩ
Kết luận
- Tone mapping đã là một chức năng quan trọng suốt hàng trăm năm trong lịch sử nhiếp ảnh
- Màn hình HDR có tiềm năng lớn để tạo ra những hình ảnh mà trước đây chúng ta chưa thể nhìn thấy
- Bài viết lạc quan về một tương lai nơi SDR và HDR cùng tồn tại
- Giá trị cốt lõi là người dùng có thể trực tiếp chọn phương thức và phong cách
- Tương lai của nhiếp ảnh và hình ảnh hoàng hôn được kỳ vọng sẽ sáng sủa hơn nữa
1 bình luận
Ý kiến Hacker News
Mắt của chúng ta có thể nhìn tốt trong cả hai tình huống. Đây là điều tôi hay phàn nàn về game: tầm nhìn tự nhiên của chúng ta liên tục quét cảnh và tự điều chỉnh (ánh sáng, tiêu cự, v.v.). Não sẽ tích hợp thông tin đó thành như thể một khoảnh khắc duy nhất. Nhưng trong game, các hiệu ứng như “HDR” hay Depth of Field lại làm giảm cảm giác nhập vai. Chỉ khi nhìn đúng vào điểm mà phần mềm mong đợi thì mới thấy tự nhiên; còn nếu liếc ra xung quanh thì màu sắc bị méo hoặc bị mờ một cách phi thực tế. Vấn đề này sẽ còn tiếp diễn cho tới khi eye tracking trở thành tiêu chuẩn. Rốt cuộc, các tính năng này khiến mọi thứ trông không giống như đang thật sự có mặt tại hiện trường, mà giống như đang xem cảnh quay bằng một máy quay video đầy lỗi. Nếu còn thêm cả "Film grain" thì sự khác biệt lại càng rõ hơn.
Dù đang là nghiên cứu sinh tiến sĩ vật lý AMO, tôi vẫn không hiểu rõ cấu trúc camera thông thường. Học nhanh trong thời gian ngắn đã cực kỳ quan trọng vào những ngày đầu ở Waymo và Motional. Có một video thú vị về HDR mà tôi làm vài năm trước, rất đáng xem: https://www.youtube.com/watch?v=bkQJdaGGVM8. Nếu muốn nghiêm túc tìm hiểu nhiếp ảnh số, tôi khuyên xem loạt bài giảng của Marc Levoy ở Stanford: https://www.youtube.com/watch?v=y7HrM-fk_Rc&list=PL8ungNrvUY.... Marc Levoy hiện đang dẫn dắt đội ngũ của mình tại Adobe sau khi thành công dẫn dắt việc phát triển camera Pixel ở Google. (Dĩ nhiên như mọi đổi mới trên smartphone, chẳng bao lâu sau các công ty khác cũng bắt kịp)
Tôi nghĩ việc gộp HDR capture, HDR format và HDR display lại thành một là một sai lầm. Chúng là những khái niệm hoàn toàn khác nhau. Việc nói rằng Ansel Adams đã dùng HDR có thể làm mọi thứ thêm rối và cũng không chính xác. HDR format, capture và workflow chỉnh sửa đã tồn tại từ rất lâu trước khi có HDR display. Lợi ích lớn nhất của HDR là vùng rất sáng không bị cháy mất, còn vùng rất tối không bị mất chi tiết màu. Trước đây nếu phơi sáng sai thì gần như không cứu được, còn HDR cho phép điều chỉnh phơi sáng về sau. Nhưng Adams không làm theo cách mà HDR hiện nay làm; ông gần như ở đẳng cấp thần thánh trong việc canh phơi sáng chính xác cho đúng với vật liệu mình dùng. Vì không thể lấy ra thông tin vốn không có trong negative, nên gọi Adams là người dùng HDR chỉ càng gây nhầm lẫn.
Trải nghiệm HDR trên màn hình, với cá nhân tôi, rất khó chịu. Tôi nghĩ mức trắng sáng nhất chỉ nên dùng cho mặt trời hoặc nguồn sáng mạnh, chứ không nên dùng cho tường trong ảnh chụp trong nhà. Các ví dụ tone mapping cũng cho cảm giác quá phẳng và thiếu local contrast.
Là một nhiếp ảnh gia, tôi thấy nội dung HDR tuy hấp dẫn nhưng trong sử dụng thực tế thì ảnh trên feed đột nhiên hiện quá sáng trên màn hình, gây mỏi mắt; ngược lại các nền trắng khác lại trở nên xỉn màu một cách kỳ lạ. Ban đêm tôi hạ brightness xuống để đọc, đến lúc gặp ảnh HDR thì lại phải giảm nữa, rồi kéo xuống phần chữ lại phải tăng lên. HDR hợp với nội dung fullscreen như game hay phim, nhưng với việc dùng máy tính hằng ngày thì lại là một trải nghiệm khá sốc cho người dùng.
dynamic range limit). Sau này trong các web feed kiểu này chắc sẽ ngày càng phổ biến hơn.Ngành TV, phim ảnh và nhiếp ảnh phải bỏ ra hàng tỷ đô la cùng vô số thời gian để nâng cấp hạ tầng, và phía người tiêu dùng cũng vậy. Bản thân tôi cũng không có màn hình 4k hay HDR, và cho đến khi TV hỏng thì tôi sẽ không mua TV HDR, cũng như trước khi công ty thay màn hình cho tôi thì tôi cũng sẽ không mua màn hình 4k.
AI không thể đọc được ý đồ của người dùng. Đây là một tiêu chí để phân biệt ai thật sự có “cảm” trong phát triển phần mềm—máy tính không thể suy ra ý định hay đọc suy nghĩ như con người.
Ngay cả trong nhiếp ảnh analog cũng có thể dùng thuốc tráng bù để tinh chỉnh tốt hơn ở vùng tối hoặc vùng sáng, và còn có các phương pháp như stand development, tức ngâm lâu trong thuốc tráng pha loãng nhẹ. Vì thế dodge và burn không phải là cách duy nhất để tăng dynamic range. Tôi có nhiều phàn nàn với ảnh smartphone áp dụng HDR. Nó làm biến mất bóng đổ và highlight, khiến khó dùng như một công cụ sáng tạo, nhưng để chụp ảnh gia đình hay lưu niệm thì vẫn ổn.
Thật thú vị khi nhìn lại cách nghĩa của “HDR” đã tiến hóa từ thời ngành video/phim chuyên nghiệp thập niên 90 cho đến nay. Trước đây, SDR được xem là khoảng 8 stop, còn HDR là trên 10 stop dynamic range, và người ta quan tâm đến color primaries cùng transfer-function mapping. Hiện nay mọi người dùng từ “HDR” để gom nhiều khái niệm khác nhau lại với nhau. Trên thực tế có ba điểm cần biết:
HDR có thể là mọi thứ, mà cũng có thể chẳng là gì cả. Điều tôi muốn nói với người mới là: màu sắc và độ chói giờ được xử lý theo khái niệm “giá trị tuyệt đối”. Cũng quan trọng không kém là hiểu rằng thông tin đó có thể được áp dụng tự động tùy theo đặc tính của màn hình, như trong adaptive mapping.
Mọi người trên HN, màn hình HDR có đáng mua không? Khoảng 10 năm trước tôi nghe đồn là sắp ra nên đã chờ, nhưng cuối cùng nó chẳng đến được mức giá mà tôi sẵn sàng trả. Giờ tôi đang nghĩ có nên quan tâm lại không. Tôi cho rằng tính hữu ích của HDR là điều khó phủ nhận. Khi nhìn phong cảnh ngoài trời bằng mắt thường rồi so với lúc chụp ảnh và xem trên màn hình, sự khác biệt là rất rõ.