Phần mềm của Google đã giúp chiếc Pixel có được những bức ảnh đẹp lung linh như thế nào?

Sự ấn tượng mà cặp đôi Pixel và Pixel XL của Google đang làm lu mờ các smartphone khác trong năm nay, và một trong những điểm sáng làm nên ấn tượng đó là camera. Trang The Verge đã có một bài so sánh kỹ lưỡng giữa Pixel, Samsung S7 Edge và iPhone 7 về khả năng này. Thậm chí trong bài đánh giá toàn bộ thiết bị này, Dieter Bohn của trang The Verge còn cho biết: “Nếu bạn muốn đồng ý với Google rằng đây là chiếc smartphone camera tốt nhất, tôi sẽ không tranh luận với bạn.”

“Kết quả trên chiếc Pixel là rất, rất tốt.” Dieter cho biết. “Khi so sánh nó với chiếc iPhone 7 và Galaxy S7 trong hầu hết các trường hợp, kết quả đều vượt quá cả kỳ vọng của tôi.”

Cho đến nay, đó là vị thế cạnh tranh nhất mà Google từng có trong lĩnh vực nhiếp ảnh di động. Mặc dù vậy, về mặt thông số, những chiếc Pixel này lại không có được phần cứng ưu việt hơn các đối thủ của mình. Camera trên chiếc điện thoại này chỉ có một điểm nhấn là độ mở ống kính f/2.0 nhưng không có bộ ổn định hình ảnh.

Thay vào đó, theo đúng phong cách của Google, họ đã sử dụng các phần mềm thông minh phức tạp để cung cấp sức mạnh cho camera trên Pixel. Marc Levoy, một nhà nghiên cứu đồ họa máy tính nổi tiếng, người đang dẫn dắt nhóm nhiếp ảnh điện toán tại Google Research, sẽ cho chúng ta biết rõ hơn về việc làm thế nào các phần mềm đã giúp camera của Pixel có được chất lượng tốt như vậy.

Nhóm của Levoy đã làm việc trên các dự án khác nhau, như giàn camera 360 độ Jump cho VR, và chế độ truyền ảnh theo khối cho Google Glass. Trên chiếc Pixel, tính năng đáng chú ý nhất chính là chế độ chụp HDR , vốn đã được triển khai trên những thiết bị Nexus trong vài năm qua. HDR, hay dải tương phản động mở rộng, là chế độ chụp ảnh được Apple phổ biến từ những năm 2010 với chiếc iPhone 4, nhưng cách tiếp cận của Google khác biệt đáng kể cả về cách sử dụng và kỹ thuật của nó.

Khác biệt về cách xử lý hình ảnh

Điều đầu tiên, chính là tính năng này mặc định luôn được bật. Tất nhiên, bạn có thể tắt nó đi, nhưng Levoy cũng cho rằng “Tôi không nghĩ có lý do gì để tắt nó đi cả.” Mặc dù vậy, vẫn có một chế độ chụp để cho ra chất lượng cao hơn một chút được gọi là HDR On, cho dù tính năng này hoạt động chậm hơn một chút. Nhưng nếu để chụp các bức ảnh thông thường, Google cho rằng bạn nên sử dụng HDR cho mỗi bức hình.

Cách tiếp cận theo hướng chụp ảnh HDR trở nên khả thi hơn một phần nhờ vào các phần cứng mới. Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số Hexagon trong chíp Snapdragon 812 của Qualcomm đã giúp cho Google có nhiều băng thông hơn để thu được bức ảnh có chất lượng RAW, có thể thực hiện chế độ chụp liên tục với độ trễ cửa trập bằng không, ngay khi bạn bắt đầu mở ứng dụng.

“Thời điểm bạn nhấn nút chụp, nó không thực sự chụp ảnh vào lúc đó – chiếc camera đã chụp từ trước đó rồi.” Levoy cho biết. “Nó sẽ chụp rất nhiều bức ảnh! Những gì xảy ra vào thời điểm bạn nhấn nút chụp, đó là đánh dấu thời gian bạn nhấn nút, và sử dụng các bức ảnh mà camera đã chụp để kết hợp chúng lại với nhau.”

Đó là một sự cải thiện đáng kể về khả năng sử dụng so với chế độ HDR trên hai chiếc Nexus 6P và 5X vào năm ngoái. “Với tính năng vào năm ngoái, khi bạn nhấn nút chụp, bạn sẽ thấy vòng tròn nhỏ này xoay một chút ít trong khi nó ghi lại các hình ảnh mà bạn cần ghép chồng lên nhau, nhưng giờ nó đã ghi lại các hình ảnh đó từ trước khi bạn nhấn nút.” Levoy cho biết. “Điều này rất quan trọng, vì nó có nghĩa là bạn có thể chụp ở thời điểm nào bạn muốn.”

Mặc dù Google đã đạt được những bước tiến dài về tốc độ xử lý hình ảnh và thường tạo ra những kết quả tuyệt vời, nhưng vẫn có những hình ảnh kỳ quặc như dưới đây. Nó gợi lại cho chúng ta về những bức hình bị xử lý HDR quá tay trên Flickr vào giữa những năm 2000 – hãy chú ý đến những màu sắc bất thường trên bầu trời ở xung quanh cạnh của tòa nhà. Tuy nhiên, những ví dụ như vậy vẫn tương đối hiếm và cách tiếp cận của Google giúp tránh được nhiều lỗi so với các ảnh chụp HDR truyền thống trên điện thoại.

Cách truyền thống để tạo ra một hình ảnh HDR là dùng cùng một bức ảnh, chụp ở hàng loạt thời điểm trong khi phơi sáng các phần khác nhau của khung cảnh. Phương pháp này cho phép bạn kết hợp nhiều bức ảnh lại với nhau để tạo ra một bức ảnh cuối cùng mà không bị quá nhiều sạn hoặc mất quá nhiều chi tiết.

Trong khi đó, phương pháp của Google rất khác biệt – HDR cũng lấy hàng loạt bức ảnh cùng lúc, nhưng chúng chưa được phơi sáng. Cách làm này rất thích hợp những vùng sáng, nhưng vậy còn các nhiễu hạt trong vùng tối thì sao? Hãy để điều đó cho toán học.

“Nói theo ngôn ngữ toán học, về một vùng tối trên bức ảnh chụp – nó vẫn cho ra màu sắc đúng, nhưng bị rất nhiều sạn bởi vì không có nhiều photon ánh sáng lọt vào các pixel đó.” Levoy cho biết. “Nhưng đây là lúc của toán học, nếu ta ghép chín bức ảnh với nhau, độ nhiễu sẽ giảm xuống còn 1/3 – bằng căn bậc hai của số các bức ảnh được ghép với nhau. Và vì vậy, ghép càng nhiều bức ảnh chụp với nhau, kết quả cuối cùng sẽ càng tốt. Có thể nó vẫn tối, nhưng nó sẽ không bị nhiễu nữa.”

Vậy tại sao lại chọn cách tiếp cận này? Theo Levoy, việc sắp xếp các bức ảnh thẳng hàng nhau khi ghép lại sẽ giúp loại bỏ các dị ảnh dễ hơn. “Một trong những nguyên tắc thiết kế chúng tôi muốn tuân thủ ở đây là không có bóng ảnh trong hình.”

Anh nói thêm. “Mọi bức ảnh chụp trông có vẻ tương tự nhau ngoại trừ các vật thể chuyển động. Không có chi tiết nào bị mất đi hay nhiễu hơn trong mỗi lần chụp. Vì vậy, khi xếp chúng chồng lên nhau, kết quả thực sự ấn tượng hơn.”

Chụp ảnh thiếu sáng tốt hơn nhưng phơi sáng ngắn hơn

Google cũng tuyên bố rằng, việc chụp HDR các bức ảnh phơi sáng thấp thực sự giúp cho camera có thể tạo kết quả là các bức ảnh chụp thiếu sáng tốt hơn. “Bởi vì chúng tôi có thể giảm đáng kể độ nhiễu bằng cách lấy rất nhiều bức ảnh và ghép chúng thẳng hàng với nhau, chúng tôi có thể giữ cho màu sắc được bão hòa ngay cả trong ánh sáng thấp.” Levoy cho biết.

“Phần lớn các nhà sản xuất không tin tưởng vào màu sắc của họ trong ánh sáng thấp, và vì vậy chúng bị thiếu bão hòa, và bạn sẽ thấy điều này trên rất nhiều điện thoại khác nhau – màu sắc sẽ bị mất đi trong điều kiện ánh sáng thấp, nhưng màu sắc trên ảnh chụp của chúng tôi thì không như vậy.” Nhưng mục đích không chỉ để loại bỏ độ nhiễu mà còn không làm mất các chi tiết, Levoy cho biết “chúng tôi muốn bảo toàn kết cấu của bức ảnh, và chúng tôi sẵn sàng chấp nhận vẫn còn một ít nhiễu để bảo toàn kết cấu.”

Như Levoy ám chỉ, xử lý hình ảnh trên di động vẫn có gì đó dựa trên cảm giác. Một số người sẽ thích các kết quả của Pixel, một số người khác có thể không. Nhưng nếu bạn là người thường xuyên cập nhật các thông tin về điện thoại và các bảng thông số kỹ thuật, bạn có thể sẽ băn khoăn liệu chiếc Pixel thiếu bộ ổn định hình ảnh có thể làm nên chuyện.

Vì vậy, Levoy giải thích thêm. “HDR cần ít thời gian hơn các kỹ thuật khác, bởi vì chúng tôi không phải phơi sáng lâu trong một lần chụp, chúng tôi có thể lấy một số bức ảnh phơi sáng thấp và ghép chúng lại với nhau … bộ ổn định hình ảnh sẽ ít quan trọng hơn nếu bạn chụp những bức ảnh phơi sáng thấp."

"Chúng tôi đã làm được điều này trong vài năm gần đây. Tuy nhiên, việc quyết định đi theo cách tiếp cận này rất phức tạp – bạn phải tạo ra các vật liệu thích hợp và những điều khác để có thể tối ưu hóa nền tảng.” Chiếc Pixel là điện thoại đầu tiên được thiết kế hoàn toàn bởi Google, điều này có nghĩa là các quyết định quan trọng như vậy sẽ được đưa ra dựa trên tầm nhìn tổng thể về sản phẩm cuối cùng của công ty.

“Hiện tại người đứng đầu bộ phận phần cứng của chúng tôi là Rick Osterloh, và một trong những mục tiêu là đem lại những trải nghiệm cao cấp hơn cho điện thoại của chúng tôi và cũng phải có tích hợp nhiều hơn theo chiều dọc.” Levoy cho biết. “Nhóm của chúng tôi là một phần trong nỗ lực này, vì vậy chúng tôi chắc chắn muốn giành được nhiều hơn về camera.”

Vậy điều này có liên quan gì đến tương lai? “Khái niệm về một camera được định nghĩa bởi phần mềm hay camera chụp ảnh điện toán là một hướng đi rất hứa hẹn, và tôi nghĩ rằng chúng tôi chỉ mới ở vị trí xuất phát.” Levoy cho biết, và trích dẫn những nghiên cứu thực nghiệm với chụp ảnh độ sáng cực thấp mà anh từng tiến hành. “Tôi nghĩ sự phấn khích thực sự mới chỉ bắt đầu ở lĩnh vực này, khi chúng tôi di chuyển từ khái niệm chụp một kiểu ảnh đẹp nhờ phần cứng sang kỷ nguyên mới của việc chụp ảnh điện toán định nghĩa bằng phần mềm.”

Tham khảo The Verge