Trong những năm trở lại đây, cuộc đua về độ phân giải trên máy ảnh trở nên nóng hơn bao giờ hết. Độ phân giải của những chiếc máy ảnh thế hệ đầu tiên chỉ dừng lại ở mức 1.3 đến 1.75MP đối với những chiếc DSLR đầu tiên những năm 90 cho đến hôm nay, ngay cả những chiếc điện thoại với cảm biến bé xíu cũng có độ phân giải lên đến hơn 20MP điển hình như một số điện thoại từ Sony (20MP) hoặc mới gần đây nhất là Asus cũng đã bắt đầu theo cuộc đua độ phân giải lên đến với camera 23MP.
Điều này chắc chắn sẽ đặt cho chúng ta câu hỏi. Không chỉ là những chiếc máy ảnh chuyên nghiệp mà ngay cả đối với những chiếc camera chúng ta dùng hằng ngày trên điện thoại. Mọi người đều muốn có độ phân giải cao hơn nữa, ít nhất họ thấy được sự “cải thiện” về mặt con số. Nhưng câu hỏi vẫn luôn luôn tồn tại, thực sự độ phân giải tỷ lệ thuận với chất lượng ảnh? Những file ảnh chứa vài megapixel dữ liệu không đủ “chất lượng” so với những file hình cực lớn. Cuộc đua này biết bao giờ kết thúc, và chúng ta khi nào mới trở thành những người thực sự hiểu được giá trị của công nghệ hay người tiêu dùng thông minh?
Những điều cơ bản:
Có một điều chắc chắn chúng ta cần phải biết rõ trước khi thực sự có thể trả lời được những câu hỏi trên đó chính là hiểu được cách thức mà những bức hình kỹ thuật số được lưu lại. Những thứ cơ bản như: cảm biến (sensor), pixel, kích thước điểm ảnh, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ảnh…
Photosite và điểm ảnh (pixel)
Một cảm biến là một bộ phận điện tử có công dụng tương tự như một tấm phim. Cả hai đều có nhiệm vụ ghi lại các thông tin ánh sáng và chuyển tải nó thành hình ảnh. Film sử dụng các phản ứng hóa học, trong khi đó cảm biến dùng các tín hiệu điện tử. Film sử dụng các tinh thể nhạy cảm với ánh sáng trong khi cảm biến sử dụng các diode. Nếu nhìn gần lại thì nó sẽ giống một mạng lưới những điểm nhỏ xíu bên trong.
Một trong những kiệt tác hội họa của thế giới mang tên “A Sunday on La Grande Jatte” do George Seurat tạo ra bằng việc sử dụng những điểm màu xuyên suốt toàn bộ bức tranh để tạo ra từng tông màu và một bức tranh hoàn chỉnh. Đây chính là ví dụ rõ ràng hơn để chúng ta có thể hình dung điều gì thực sự nằm trên những file hình kỹ thuật số hoặc các tấm phim. Về logic, chúng ta có thể nói rằng file hình lớn hơn sẽ chứa nhiều điểm ảnh hơn và nhiều thông tin hơn cũng có nghĩa là chất lượng tốt hơn? Có lẽ không hẳn.
Một hình ảnh kỹ thuật số được bắt đầu với việc thu nhận hình thông qua các diode được gọi là các photosite. Một cảm biến ảnh được phủ bởi các photosite. Mỗi photosite sẽ phản ứng tương đương với lượng ánh sáng tiếp xúc, chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành tín hiệu điện. Tín hiệu được đo đạc bởi cảm biến và chuyển đổi bởi một thuật toán điện tử để trở thành các con số nhị phân, gọi là bit. Những bit này sẽ đại diện cho thông tin về màu sắc và độ sáng được thu nhận bởi photosite và trở thành một thành phần của bức ảnh kỹ thuật, chính là pixel. Một pixel còn chứa đựng luôn cả thông tin vị trí nó trên bức ảnh.
Bit và kích cỡ ảnh
Photosite là những chấm vật lý trên cảm biến trong khi đó là pixel là gói dữ liệu thông tin thu nhận được từ các photosite. Kích thước của pixel chỉ bị hạn chế bởi lượng thông tin thu được bởi photosite. Lượng thông tin mà một pixel có được từ photosite được gọi là bit-depth. Ví dụ, một pixel có 8 bit-depth có thể nắm giữ thông tin tương đương với 8 chữ số nhị phân “0” và “1”. Điều này nghĩa là thông tin của pixel đó có thể bao quá được 256 sắc độ. Một điểm ảnh 16 bit-depth có thể chứa thông tin 32.000 sắc độ và một điểm ảnh 24 bit-depth có thể thể hiện thông tin đến 16.7 triệu sắc độ (sắc độ, không phải màu nhé).
Trong khi các điểm ảnh có thể linh hoạt và thay đổi kích thước thì các photosite (điểm ảnh vật lý) bị cố định và giới hạn. Photosite không thể phân biệt được các màu sắc ánh sáng, đơn giản với chúng, ánh sáng là ánh sáng. Tuy nhiên, hầu hết các cảm biến đều được thiết kế để có thể thu thập thông tin về màu sắc và một bộ lọc màu được đặt phía trước mỗi photosite để chọn ra màu sắc nào có thể đi đến được photosite. Bộ lọc màu đỏ chỉ cho phép màu đỏ đi qua và tương tự với cả màu xanh lá hoặc xanh dương. Từ đó, mỗi photosite cung cấp thông tin về một trong ba màu sắc, kết hợp lại chúng ta có hệ màu RGB. Điều này đồng nghĩa với việc mỗi photosite chỉ còn nhận được 1/3 lượng ánh sáng. Do đó, kích thước của photosite cần phải tối ưu để có thể thu được nhiều ánh sáng nhất có thể.
Chu vi vật lý của một photosite còn quan trọng hơn là chiều dày của nó (bởi đó là phần tiếp xúc ánh sáng). Chu vi sẽ tăng bề mặt tiếp xúc của photosite nghĩa là nhiều ánh sáng hơn tiếp xúc với photosite. Tuy nhiên mỗi photosite bị giới hạn ở việc chỉ có thể hiển thị một trong 3 màu nên việc có nhiều photosite sẽ có thể thu nhận nhiều thông tin hơn. Điều này cần sự cân bằng giữa việc làm cho các photosite đủ lớn để có thể thu nhận đủ ánh sáng cũng như đủ số lượng để bắt được hết các chi tiết.
Tín hiệu và nhiễu
Một yếu tố nữa cũng quan trọng là cách thức mà tín hiệu từ photosite được chuyển đổi thành các pixel. Nếu lượng ánh sáng quá ít để các photosite có thể thu nhận được thì các tính hiệu đó cần phải được khuếch đại khi chuyển đổi thành các thông tin điện tử. Hệ thống màng lọc màu được sử dụng trên cảm biến ảnh cũng hạn chế luôn lượng thông tin mà cảm biết có thể nhận được. Việc thiếu hụt thông tin này được tính toán và thêm vào các thông tin số. Việc khuếch đại hoặc giả lập thông tin bị thiếu từ photosite có thể tạo ra những thông tin không cần thiết và ngẫu nhiên trên các pixel mà chúng ta thường gọi là nhiễu.
Ví dụ khi xem xét về ISO. ISO được sử dụng trên cả phim lẫn cảm biến kỹ thuật số để mô tả các tính hiệu ánh sáng. Phim có ISO cao sẽ được tạo ra với các tinh thể có khả năng lưu giữ nhiều ánh sáng hơn, từ đó film sẽ thu nhận được nhiều thông tin hơn. Đánh đổi với việc này là các tinh thể cần phải lớn hơn để thu nhận nhiều ánh sáng từ đó dẫn đến ISO cao lên, và khi các tinh thể trở nên lớn hơn thì nó cũng làm tăng “hạt” trên những tấm ảnh. Cảm biến kỹ thuật số thì không thay đổi khi chúng ta thay đổi ISO. Photosite bản thân nó không thể lớn hơn hay nhạy cảm hơn nên khi ISO trên các máy ảnh kỹ thuật số thể hiện mức độ khuếch đại tín hiệu. Kết quả là nó không tạo ra nhiều “hạt” như trên film mà nó sẽ tạo ra nhiễu.
Kích thước cảm biến và kích thước pixel
Số lượng pixel được ghi lại bởi camera sẽ bằng với số lượng photosite trên sensor (mặc dù một số photosite có thể thực hiện tác vụ khác nhau, nhưng xét về số lượng thì nó không đáng kể). Điều này có vẻ như nếu có nhiều pixel sẽ có nhiều photosite và nhiều thông tin hơn. Nhưng như chúng ta đã nói qua ở phần trước, lượng dữ liệu lưu trữ trên pixel chỉ tương đương với thông tin ghi lại từ photosite và chất lượng của photosite phụ thuộc vào kích thước của nó.
Kích thước của photosite cũng sẽ ảnh hưởng đến kích thước điểm ảnh. Photosite thì sẽ nhạy cảm với ánh sáng hơn đồng thời cũng có thể bắt được nhiều thông tin hơn và tín hiệu cũng mạnh hơn. Và khi ngược lại các tín hiệu quá yếu khi chuyển về dạng kỹ thuật số sẽ tạo ra nhiều noise. Kích thước này phụ thuộc vào chu vi trong khi chiều dày của photosite lại không ảnh hưởng nhiều.
Cũng vì lý do đó mà số lượng photosite (hay số lượng pixel) cần phải xem xét theo kích thước sensor. Khi gia tăng số lượng photosite trên một cảm biến (theo đó tăng lượng pixel) trong khi kích thước cảm biến vẫn không thay đổi thì kích thước điểm ảnh sẽ phải nhỏ hơn để vừa vặn trên cảm biến từ đó ảnh hưởng khá nhiều đến chất lượng hình thu được.
Nếu chúng ta phải chụp hình trong điều kiện ánh sáng thấp đồng nghĩa với ISO cao, chúng ta có thể cần tỷ lệ độ phân giải trên kích thước cảm biến thấp hơn để có thể có được nhiều ánh sáng hơn nhờ photosite lớn hơn. Tuy nhiên khi chụp hình trong studio chẳng hạn với đầy đủ công cụ trợ sáng thì có thể chúng ta lại cần một chiếc máy có độ phân giải rất cao để chụp được hình có độ chi tiết cao hơn.
Và với những chiếc điên thoại di động, một khi chúng vẫn còn giữ kích thước cảm biến "siêu nhỏ" như hiện nay thì việc các hãng thi nhau tung ra nhiều thế hệ camera mới với độ phân giải ngày càng lớn và thậm chí tốc độ gia tăng độ phân giải đang bắt kịp với những chiếc DSLR, điều tất yếu sẽ dẫn tới photosite trên các cảm biến này bị đẩy đến mức giới hạn và chắc chắn sẽ tạo ra độ nhiễu "khủng khiếp" khi chụp ở nơi thiếu sáng và có khi là trong điều kiện bình thường.
Pixel Bit-Depth
Như chúng ta đề cập ở trên thì kích thước pixel sẽ tăng lên tương đương với lượng thông tin thu được từ photosite. Khi mà công nghệ ngày càng tiến bộ thì cảm biến có khả năng nhận biết màu chính xác hơn dẫn đến làm cho các bit cũng có dung lượng lớn hơn. Hầu hết các máy DSLR hiện nay có thể thu nhận thông tin lên đến 14 bit-depth. Điều này không có nghĩa là nó sẽ có nhiều màu hơn được ghi lại mà các màu ghi lại sẽ chính xác hơn cũng như tạo sự chuyển tông giữa các pixel mượt mà hơn. Và hình ảnh đó sẽ được gọi là có độ sâu màu tốt
Câu hỏi đặt ra là bit-depth cao hơn có khiến chất lượng ảnh cao hơn không?
Bit-depth cao hơn khiến cho mọi thứ trở nên mượt mà hơn, nhưng quá trình đó có thể khiến tạo ra nhiễu. Do đó việc chia quá nhỏ cấp độ màu cho việc tạo ra bit-depth cao, đáng buồn là có thể tạo ra bức ảnh có chất lượng thấp hơn. Bit-depth cũng có thể bị lãng phí nếu mỗi bit-depth có thể cao hơn so với những gì cảm biến có thể ghi nhận được. Nhiều chiếc DSLR hiện nay có thể ghi nhận 12 stop ánh sáng nhưng một bit-depth 14-bit hiện nay có thể thu nhận được nhiều hơn những gì nằm trong khoảng 12 stop đó. Vậy thực chất các thông số đó mang tính quảng cáo hơn là những gì chúng có thể thực sự mang lại cho chúng ta.
Vấn đề về kích thước file
Việc tăng số lượng pixel và gia tăng bit-depth của hình ảnh có thể làm cho file hình ảnh lớn hơn, điều này ảnh hưởng đến cả việc chụp ảnh lẫn in và cả trình chiếu. Những hình ảnh lớn hơn đòi hỏi nhiều thời gian hơn để thu nhận hoặc ghi lại, và dù cho điều này cũng không đáng kể thì nó cũng đòi hỏi nhiều công việc tính toán lẫn bộ nhớ lớn hơn để theo kịp với việc ghi lại những file hình kích thước lớn điều này đòi hỏi phải tăng thêm các chi phí hoặc tạo ra sự bất tiện, đặc biệt là với các sản phẩm di động với bộ nhớ trong khá hạn chế. Thử tưởng tượng khi độ phân giải camera bị đẩy lên đến mức cao hơn cần thiết thì nó đòi hỏi chiếc máy phải có CPU tốt hơn, bộ nhớ đệm (hoặc RAM trên điện thoại) cũng như bộ nhớ trong nhiều hơn. Nếu như trên những chiếc máy ảnh chỉ chuyên cho việc chụp hình thì CPU đã được tối ưu cũng như dễ dàng thay đổi thẻ nhớ. Nhưng trên điện thoại thì mọi chuyện không đơn giản như vậy. Nó ảnh hưởng đến trải nghiệm tổng thể của người dùng.
Độ phân giải
Một chiếc máy ảnh hoặc điện thoại có khả năng chụp ảnh ở độ phân giải 5760 × 3840 pixels tương đương 22.1MP, có vẻ khá tốt nhỉ, nhưng thực tế chúng ta có thể dùng được bao nhiêu trên con số 22.1MP đó
Nếu chúng ta cần đưa lên trên web thì số lượng điểm ảnh cần thiết đôi khi phải phù hợp với độ phân giải màn hình thường sẽ nằm trong khoảng 1024 x 768 pixels hoặc cao hơn. Với một chiếc iMac 27” độ phân giải 2560 x 1440 pixels (khoảng 3.6MP), hay một chiếc TV LED 60” độ phân giải 4K 3840 × 2160 pixels. Ngay cả độ phân giải cao nhất có thể up lên Facebook là 2048 x 1536 pixels. Hoàn toàn thừa thải cho các thiết bị trình chiếu hiện tại và những camera có độ phân giải quá cao như hiện nay là không cần thiết trong điều kiện sử dụng bình thường.
Độ phân giải chỉ cần thiết khi nào: In ấn
Độ phân giải cao là yếu tố quan trọng khi in ấn. Chuẩn mực cho chất lượng ảnh khi in ra là ở độ phân giải 300ppi. Điều này có nghĩa là một bức ảnh độ phân giải 5760 × 3840 pixels có thể in ra ở kích thước 19 x 12.5 inches (0.48 x 0.32m) mà không hề giảm chất lượng. Câu hỏi đặt ra là bao nhiêu người trong chúng ta có nhu cầu in ảnh ở độ phân giải như vậy. Và dù cho những chiếc máy ảnh DSLR có thể phục vụ nhiều đối tượng nhiếp ảnh bao gồm cả những người chuyên nghiệp lẫn những người yêu thích chụp ảnh thì đối với người dùng điện thoại, những bức ảnh chụp từ cảm biến máy ảnh lên đến 23MP gần như không bao giờ xuất hiện trên những khung tranh, thực sự những hãng điện thoại như Asus và nhà sản xuất cảm biến như Sony không hiểu về những điều này hay đơn giản họ muốn cạnh tranh bằng con số hơn là chất lượng?
Đôi mắt của chúng ta
Thực sự những chiếc máy ảnh hiện nay của chúng ta có thể chụp được nhiều hơn những gì mà mắt chúng ta có thể nhận ra được. Mỗi một kênh 8-bit (theo từng màu đỏ, xanh lá và xanh dương) có thể ghi nhận màu sắc ở 256 sắc độ. Và kết hợp cả 3 kênh lại (256 x 256 x 256) thì chỉ với 8 bit-depth, một bức ảnh có thể tạo ra được 16 triệu màu sắc khác nhau về lý thuyết trong khi đó mắt người chỉ có thể nhận ra trong khoảng từ 10-12 triệu màu.
Chọn lựa kích cỡ cảm biến phù hợp
Việc quyết định bao nhiêu pixel chúng ta cần cho một mức ảnh hay có chi nhiều tiền hơn để có pixel nhưng lại không tương xứng với những gì bỏ ra hay không. Rất nhiều yếu tố cần phải được xem xét. Nhiều yếu tố cần phải đánh đổi với nhau.
- Cảm biến bạn sử dụng là gì và tỷ lệ số lượng pixel trên kích thước cảm biến? Đặc biệt khi sử dụng điện thoại di động hoặc các thiết bị sử dụng camera cảm biến nhỏ thì độ phân giải càng cao, vấn đề gặp phải của bạn sẽ tỷ lệ thuận hơn là lợi ích.
- Bạn sẽ muốn ghi lại hình ảnh với kích thước bao nhiêu? Bạn có cần phải mua thêm các phụ kiện cao cấp để đáp ứng được vấn đề về ghi lại cũng như lưu trữ từ các thiết bị “cuồng pixel” hay không? Bạn sẽ đạt được lợi ích từ những bức ảnh độ phân giải cao như vậy không?
- Bạn sẽ dùng hình ảnh này đưa lên web hay để in, nếu phải dùng để in thì kích cỡ sẽ chọn và khoảng cách nhìn bức ảnh đó là bao nhiêu?
Cuối cùng, nếu lần tiếp theo bạn trông thấy một chiếc DSLR hay một chiếc điện thoại có độ phân giải cao, hãy suy xét những gì bạn cần đạt được. Với những chiếc máy ảnh DSLR thì mọi chuyện có vẻ không quá nghiêm trọng, nhưng đối với những chiếc máy ảnh cỡ nhỏ hoặc những chiếc điện thoại di động với camera độ phân giải cực cao (đặc biệt là với những điện thoại vượt ngưỡng 20MP ngày càng nhiều năm nay sau khi Asus mở màn với chiếc Zenfone 3 Delux và tiếp theo có thể là những chiếc Xperia X từ Sony) thì đừng vội vàng chọn, bạn có lẽ sẽ gặp vấn đề với chúng nhiều hơn là những bức ảnh ưng ý.
