Các nhà khoa học đã tìm được cách vượt qua giới hạn vật lý giúp smartphone và máy ảnh chụp được tới 1 triệu ảnh trong 1 giây

Vào những năm 30 của thế kỉ trước, một kĩ sư điện mang tên Harold Edgerton bắt đầu nghiên cứu và tìm cách chụp ảnh bằng đèn flash điện tử. Anh có thể chụp được những thứ có tốc độ rất cao như giọt nước, bóng bay đang vỡ, viên đạn khi được bắn vào một qua táo. Sau đó, anh còn phát triển nhiều kĩ thuật đèn như đánh nhiều bước (multiflash) và đã được áp dụng trên smartphone và máy ảnh hiện nay.

Từ đó đến nay, công nghệ không ngừng được phát triển, tốc độ màn trập của smartphone đã tăng lên đáng kể. Những sản phẩm smartphone đời mới có màn trập cao nhất lên tới 1/10.000 giây, một vài máy quay slo-mo có thể quay 40.000 khung hình/giây. Nhưng càng có tốc độ chụp cao, thì máy càng trở nên đắt và không phù hợp với người dùng phổ thông.

Và điều đó sẽ sớm thay đổi, khi mới đây nhà khoa học mang tên Sam Dillavou tại trường đại học Harvard cùng các cộng sự đã tìm được cách để tăng tốc độ chụp của smartphone và máy ảnh thông thường lên tới hàng triệu ảnh / khung ảnh (trong video) trên một giây, một con số rất ấn tượng.

Có lẽ ta sẽ bắt đầu từ việc tìm hiểu bản chất: camera hiện nay, dù là trên smartphone hay máy ảnh cao cấp đều sử dụng các điểm ảnh điện tử để thu thập ánh sáng. Những điểm ảnh này sẽ đo cường độ sáng theo 16 bước, từ đó xác định được 14 sắc độ từ đen tới trắng. Nhưng với những hình ảnh đen trắng dạng đơn giản, thì ta chỉ cần 1 bước màu là đen và trắng.

Áp dụng ý tưởng này, Dillavou đưa ra cách tạo hình ảnh nhỏ hơn từ 1 lần bấm chụp. Về bản chất, ta sẽ có một 'tường' điểm ảnh màu trắng, và thu thập các điểm ảnh màu đen. Các điểm ảnh đen sẽ đi từ trái sang phải, máy ảnh sẽ thu thập sự di chuyển này trong 1 lần bấm chụp duy nhất.

Trong lần bấm chụp, những điểm ảnh ở phía bên trái sẽ thu thập thông tin từ điểm đen, sau đó là các điểm trắng khi vùng đen di chuyển từ trái sang phải. 2 vùng này sẽ tạo ra 1 hình ảnh màu xám nhẹ. Nhưng ngược lại, những điểm ảnh ở bên tay phải sẽ thu thập thông tin màu đen nhiều hơn trắng, nên sẽ tạo ra màu xám đậm hơn. Theo đúng công thức đó, những điểm ảnh ở giữa sẽ tạo ra màu xám trung tính, và hình ảnh cuối cùng sẽ là các sắc độ đậm nhạt của màu xám.

Điểm hay của ý tưởng Dillavou đó là 1 hình ảnh có thể được tạo ra từ các điểm trắng, đen khác nhau sau đó được ghép lại. Bằng cách này, số hình ảnh có thể được tạo ra sẽ phụ thuộc vào số bit mà 1 điểm ảnh có thể ghi lại được. Với ý tưởng này, họ tạo ra thuật toán để thu được rất nhiều hình ảnh trong 1 lần bấm chụp duy nhất.

Trong tương lai, công nghệ này có thể áp dụng cho smartphone, máy ảnh để thu thập được hàng triệu hình ảnh. Hiện nay, họ đang thực hiện các bước kiểm thử bằng cách so sánh hình ảnh được thu lại bởi phương pháp này và máy quay 40.000 khung hình thực trên giây.

Họ tạo một tấm chia sáng để tạo ra hình ảnh y hệt giữa 2 máy ảnh nói trên, sau đó cắt nhanh tấm chia sáng đó để thu lại quá trình nó rách nhanh từ trái sang phải. Hình ảnh so sánh giữa máy ảnh sử dụng kĩ thuật nói trên, cùng với máy quay 40.000 khung hình đã được phát triển hiện nay như sau:

Kết quả quả thực ấn tượng, khi chiếc máy mới phát triển có thể tạo ra hình ảnh chất lượng cao tới 1.3 megapixel, trong khi máy quay chỉ có thể tạo ra được hình ảnh 60 kilopixel. Tốc độ chụp hình cũng được cải thiện đáng kể, lên tới 1MHz theo như anh Dillavou.

Họ cũng tiếp tục nghiên cứu việc áp dụng kĩ thuật này vào các chiếc máy ảnh đã có hiện nay. Ví dụ như chiếc Nikon D850 có độ phân giải 50Mpx có thể chụp được 16MHz, thậm chí chiếc Apple iPhone X cũng có thể tạo ra được hàng triệu hình ảnh trong 1 giây trong điều kiện giữ nguyên độ phân giải.

Nhưng ngược lại, kĩ thuật này cũng gặp một vài trở ngại cần được sửa chữa trong tương lai. Đầu tiên, sự vật phải có màu đen trên nên trắng (hoặc ngược lại), bất cứ màu sắc hay sắc độ màu xám nào cũng không thể ghi hình được. Kĩ thuật này vẫn dừng lại ở mức 'monotonic', tức chỉ có 1 sắc độ duy nhất, và chỉ duy chuyển tịnh tiến chứ không đi qua lại.

Dù gì đi nữa, đây cũng là một trong những kĩ thuật có tiềm năng lớn trong tương lai, biến được những smartphone nhỏ gọn, đặt trong túi quần thành những chiếc máy quay slo-mo chất lượng cao có giá tới hàng chục ngàn Đô hiện nay.