Nghe chuyên gia từ trang DxOMark giải thích về hệ thống nhiều camera trên smartphone

Camera đang càng trở nên quan trọng trên các smartphone, khi người dùng sử dụng chúng để chụp hình tất cả mọi ngày, thay cho máy ảnh compact thời xưa. Nhưng người dùng cũng muốn smartphone của mình phải mỏng, giới hạn thiết kế camera nên chất lượng không được như những nhà sản xuất mong muốn. Để vượt qua giới hạn đó, họ trang bị cho sản phẩm của mình camera kép, hoặc thậm chí 3, 4 chiếc.

Việc thêm camera đã giúp cho smartphone có thêm nhiều tính năng: tăng độ nét, chụp 3D, chụp góc rộng, chụp zoom, xóa phông, tạo hình 3D. Song ngược lại, việc thêm các camera cũng có những trở ngại nhất định mà chỉ những nhà sản xuất mới hiểu được.

Camera telephoto và khả năng zoom hình

Trước sự ra mắt của chiếc Apple iPhone 7 Plus vào 2016 thì việc zoom hình trên smartphone được thực hiện theo dạng số, nên có chất lượng giảm đi nhiều. Sau này, nhiều hãng đã học hỏi Apple và trang bị một cảm biến và ống kính dạng telephoto để tăng chất lượng khi thực hiện zoom. Các sản phẩm của Apple, OnePlus, HTC, Xiaomi, Motorola, Nokia và Vivo đều có camera 2x, còn bộ đôi Huawei Mate 20 Pro và P20 Pro thì sử dụng zoom 3x.

Ảnh chụp từ camera chính từ Huawei Mate 20 Pro (10MP) và camera zoom 3x (8MP)

Máy cũng có thể sử dụng hình ảnh của cả 2 camera để thực hiện phương pháp chồng hình nhằm tăng độ phân giải. Nhưng việc sử dụng camera tele cũng có một nhược điểm trong việc chụp hình, đó là khi xem trước (preview), các hãng phải thiết kế phần mềm sao cho bước chuyển giữa 2 camera được mượt mà, không thấy được lúc nào smartphone đã chuyển giữa 2 camera. 2 camera cũng phải được tinh chỉnh để có màu sắc, độ sáng gần bằng nhau, nếu không thì chất lượng sẽ không đồng đều giữa các ảnh.

Hiện nay, camera zoom của smartphone chưa thể bì kịp được với máy ảnh thông thường với một ống kính zoom vật lý, nhưng vẫn đang được cải thiện theo từng ngày và đã có những bước tiến thiết thực.

Bước tiến tiếp theo: ống kính dạng gập

Có 2 cách để tạo ra camera tele: giữ nguyên thiết cảm biến và đẩy xa ống kính ra - làm smartphone dày hơn, hoặc sử dụng cảm biến nhỏ hơn - có hệ số nhân tiêu cự lớn, nhưng cũng gây ảnh hưởng tới chất lượng hình ảnh cuối.

Thêm camera tele (zoom) sẽ làm smartphone dày hơn hoặc sử dụng cảm biến nhỏ ảnh hưởng tới chất lượng ảnh

Một trong những cách để vượt qua trở ngại này đó là sử dụng hệ thấu kính gập, nhằm gia tăng độ dài giữa thấu kính tới cảm biến giúp cho khả năng zoom được tăng cao. Các hãng có thẻ làm được điều này bằng cách thêm lăng kính tam giác nhằm bẻ cong ánh sáng một góc 90 độ. Những bản thiết kế đầu tiên có hệ thống thấu kính gắn cứng để có thể đặt thêm các hệ camera khác, nhưng hãng Light cũng đã thử nghiệm với hệ thấu kính di chuyển, giúp smartphone có thể zoom quang học và sử dụng 1 cảm biến duy nhất.

Camera zoom thiết kế gập của Oppo

Những thiết kế cụm camera của Light cũng có thiết kế ống kính gập

Camera góc siêu rộng

Trái ngược với khả năng chụp zoom là khả năng chụp ảnh góc rộng, giúp người dùng có thể thu được nhiều sự vật hơn vào trong một bức hình. LG là người đi tiên phong trong tính năng này với chiếc G5 trong 2016, và theo sau bởi Asus và Huawei.

So sánh góc thường và góc siêu rộng trên Huawei Mate 20 Pro

Chụp ảnh xóa phông, thêm hiệu ứng bokeh

Camera tiêu cự dài có thể giúp hình ảnh chân dung không bị méo, do cho phép người dùng chụp chủ thể cách xa những góc méo của camera dạng góc rộng. Kèm theo đó, bằng cách sử dụng 2 camera được đặt cách nhau chỉ 1 đoạn nhỏ, smartphone cũng có thể so sánh độ khác biệt giữa 2 hình ảnh để tạo hiệu ứng xóa phông. 1 camera đơn với ống kính khẩu độ lớn có thể làm được điều này nhờ vào hiện tượng vật lý, nhưng giờ ta có thể dùng cụm camera kép để làm điều tương tự với phần mềm.

Quá trình này cũng không phải là dễ, khi smartphone có thể bị ‘lừa’ bởi các yếu tố nhỏ hoặc không giả lập được một cách thành công hiệu ứng bokeh thật. 2 điểm khó nữa đó là 2 camera sẽ cùng phải chụp 1 lúc, kèm theo đó là có tốc độ màn trập giống nhau, xóa bỏ được các hiện tượng như ghosting khi ghép chồng 2 hình ảnh.

So sánh chụp chế độ thường và chụp chế độ xóa phông trên iPhone 8 Plus

Các sản phẩm như Google Pixel 2 và Pixel 3 cũng có thể tạo ra hiệu ứng này mà không phải sử dụng nhiều camera, bằng cách đo khoảng cách nhờ các điểm ảnh được đặt cạnh nhau thay vì từ 2 camera. Theo những đánh giá khách quan của DxOMark và chủ quan của người dùng, thì các sản phẩm Pixel có chất lượng ‘xóa phông’ rất tốt, đơn giản vì Google biết cách hoàn thiện thuật toán hơn các hãng khác.

Sử dụng camera phụ để tăng độ chi tiết cho hình ảnh

Bản chất của cảm biến hình ảnh là không có màu, nên ta sẽ phải thêm một lớp kính lọc màu sắc, với 3 màu cơ bản là xanh dương, xanh lá và đỏ. Sau đó, phần mềm sẽ thực hiện quá trình giải mã màu (demosaic) để tạo ra bức hình cuối cùng. Nhưng quá trình này cũng sẽ làm bức hình kém chi tiết so với hình ảnh từ cảm biến đen trắng, không có lớp kính lọc. Dựa vào hiện tượng này, Huawei trang bị cho các dòng máy Mate 10 Pro và P20 Pro cảm biến đen trắng để tăng độ chi tiết cho hình ảnh.

Ảnh chụp trên cảm biến có màu của Huawei Mate 10 Pro

Ảnh tương tự, chụp trên cảm biến đen trắng với độ phân giải 20MP

Archos thay vì dùng phương pháp này thì sử dụng một cảm biến màu nữa, rồi chồng hình để tạo ra hình ảnh độ phân giải cao, ít nhiễu. Phương pháp này không có chất lượng bằng được phương pháp dùng cảm biến đen trắng, nhưng cũng hơn nhiều so với việc dùng 1 camera duy nhất.

Ảnh chụp từ camera thường của Mate 20 Pro so với sử dụng kèm cảm biến đen trắng

Sau khi được crop

Một cách nữa để sử dụng cảm biến đen trắng đó là sử dụng giá trị sáng của nó để tăng chất lượng chụp hình trong điều kiện thiếu sáng. Phương pháp này cũng đòi hỏi các nhà sản xuất phải chồng hình với độ chính xác cao, không sẽ tạo ra các nhiễu hạt, đường viền sai lệch giống như kiểu chụp hình xóa phông.

Ảnh chụp từ camera thường của Mate 20 Pro so với sử dụng kèm cảm biến đen trắng trong điều kiện thiếu sáng

Sau khi được crop

Ứng dụng cụm camera vào thực tế ảo tăng cường (AR)

Khi chất lượng đo chiều sâu của smartphone ngày càng tiên tiến, thì ta có thể sử dụng camera của máy để tạo ra các hình họa thực tế ảo tăng cường (AR). Ví dụ như úng dụng có thể thay thế một vật 2D ngoài đời thật thành một sự vật 3D trên màn hình, có thể được xoay, 'cầm nắm' một cách thoải mái. Cả Apple và Google cũng đều ra mắt những bộ hướng dẫn phát triển ứng dụng AR cho các nhà phát triển để đưa tới người dùng kiểu ứng dụng nói trên.

Camera kép giúp tạo hình ảnh AR trên smartphone

Vào 2014, HTC cũng đã ra mắt một chiếc máy có một cảm biến chỉ chuyên đo chiều sâu để có thể làm được điều tương tự (mặc dù không được người dùng đón nhận). Ta cũng có thể thấy xu hướng này trong 2019, khi các hãng smartphone đang rục rịch sử dụng cảm biến 3D Time-of-flight (ToF - thời gian thực) để làm công việc tương tự.

Các nhà cung cấp giải pháp phần cứng

Đến nay, các nhà sản xuất smartphone cũng không cần phải lo lắng quá nhiều về việc thiết kế hệ thống camera, khi các nhà cung cấp linh kiện đã bán cả cụm để có thể áp dụng được ngay. Các nhà cung cấp này có thể kể tới Corephotonics, Arcsoft, Samsung, Sunny Optical, O-Film, Foxconn Sharp, Q-Tech, LuxVisions...

Cảm biến camera kép từ Samsung

Camera kép từ hãng Corephotonics

Sử dụng cụm camera để chụp hình, quay video 3D

Con người có 2 mắt, và sử dụng thông tin thu nhận được cả 2 để tạo ra hình ảnh 3D, hay nói đúng hơn là thu nhận được chiều sâu. Và smartphone cũng có thể làm được điều tương tự, với các nhà sản xuất đã từng thử nghiệm bao gồm Samsung, HTC, LG, Sharp và ZTE.

Để hoạt động một cách hoàn hảo, các hệ thống này phải vượt qua một trở ngại lớn đó là các smartphone thường rất nhỏ, phải đặt các camera gần nhau. Các camera 3D chuyên nghiệp có cảm biến lớn, và được đặt cách nhau 1 đoạn đúng bằng mắt người, nên chất lượng hình ảnh cuối cùng cũng rất ấn tượng. Nhưng với smartphone, các cảm biến phải được đặt gần nhau hơn, nên ta cũng phải dựa vào 'sự kì diệu' của phần mềm.

Red Hydrogen One có thể nhìn được sự vật từ 4 hướng khác nhau cùng một lúc

Hãng cuối cùng thử nghiệm với tính năng này là RED, với một đột phá thông minh đó là thêm được bokeh vào hình ảnh giúp nó càng trở nên sống động hơn. Hãng gọi công nghệ này là '4-view' vì nó chụp 4 hình từ 4 góc nhìn khác nhau, rồi ghép lại để tạo ra video hoặc hình ảnh GIF bên dưới bằng phần mềm của một hãng con của HP mang tên Leia. Chất lượng ảnh của hệ thống này không phải lúc nào cũng được như mong muốn, nhưng khi chúng hoạt động hoàn hảo thì kết quả thật ấn tượng!

Ảnh động được tạo ra từ hệ thống camera của Red Hydrogen One

Càng dùng nhiều camera, vi xử lý càng phải hoạt động nhiều

Diện tích và giá thành không phải là 2 nhược điểm duy nhất trong việc sử dụng nhiều camera, ta còn phải tính tới khả năng xử lý của máy. Xử lý 1 hình ảnh đã tốn tài nguyên, xử lý nhiều hình ảnh 1 lúc còn khó hơn nữa, khi máy phải đặt chúng sao cho cân nhau, thực hiện các bước như đo đạc chiều sâu, thêm bokeh hoặc giảm nhiễu bằng các thông tin từ các hình ảnh.

Nhìn về tương lai: Smartphone sẽ còn được thêm nhiều camera nữa

Các nhà sản xuất đang làm tất cả mọi thứ để có thể vượt mặt nhau trong cuộc đua của khả năng chụp hình, nên ta thấy smartphone đang ngày càng có nhiều camera, cả trước lẫn sau. Bằng những sự cải tiến về thiết kế phần cứng và cả phần mềm, smartphone trong tương lai chắc chắn sẽ có thể làm được những gì một camera loại lớn có thể làm được bằng 1 hệ thống các camera loại nhỏ.