Áp dụng lý thuyết hệ thống vùng sáng trong nhiếp ảnh kỹ thuật số

Kỹ thuật số thực sự mang đến một cuộc cách mạng cho nghệ thuật nhiếp ảnh. Những người cầm máy chuyên nghiệp, đã gắn bó cuộc đời với chiếc máy ảnh chụp phim và buồng tối, sẽ không khỏi ngẩn ngơ khi phải chia tay với những gì mà nhiếp ảnh truyền thống đã mang đến. Nhiều người trong số họ không thừa nhận hiện thực do nhiếp ảnh kỹ thuật số mang lại, và cho rằng đó là đồ giả. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của công nghệ, nhiếp ảnh kỹ thuật số ngày nay đã khẳng định chỗ đứng xứng đáng trong nghệ thuật tạo hình hiện đại.

Tuy nhiên, không phải tất cả những gì kỹ thuật nhiếp ảnh truyền thống có được trong gần hai trăm năm ra đời và phát triển của nó sẽ phải bỏ đi để thay thế bằng nhiếp ảnh số. Công nghệ chỉ tạo điều kiện cho con người sáng tạo chứ không thay thế khả năng vô tận của con người trong sáng tạo. Công nghệ rời rạc (công nghệ số) đã phát triển đến mức vượt qua ngưỡng phân biệt của mắt người để thay thế hoàn toàn những tấm phim mật độ cao nhưng nó lại không thể đưa ra những lựa chọn phá cách cho con người về bố cục hay màu sắc. Trong một chừng mực nào đó nếu biết vận dụng những lý thuyết của nhiếp ảnh truyền thống, chúng ta sẽ có những bài học quý giá trong xử lý tình huống đối với nhiếp ảnh số. Một trong những ví dụ sinh động về sự kế thừa là áp dụng Hệ thống Vùng sáng của nhiếp ảnh truyền thống đối với nhiếp ảnh số.

Lý thuyết về hệ thống vùng sáng (Zone System) được Ansel Adam1 áp dụng từ những năm 1948. Đây là một phương pháp chính xác và mạnh mẽ để kiểm soát không chỉ quá trình chụp, mà còn để kiểm soát đến khâu cuối cùng quy trình in ra một bức ảnh. Hệ thống vùng sáng liên quan đến việc chụp và in ảnh theo cách mà một cảnh nguyên thủy sẽ được tái hiện lại giống đến mức có thể trong giới hạn của phương tiện làm ảnh (máy chụp, máy in …) cho phép. Để đạt được điều này, các nhiếp ảnh gia phải sáng tạo một quy trình công việc sao cho mất mát dải động và dải tông sáng ở mức ít nhất ở có thể.

Trong khuôn khổ bài báo, việc trình bày lại toàn bộ lý thuyết là không thể. Tuy nhiên cũng cần nhắc lại sơ qua khái niệm dải động và dải tông sáng.

Người ta đã gọi dải động là tỷ lệ giữa hai giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của ánh sáng đo được bằng phương pháp vật lý

Trong nhiếp ảnh và trong quy trình làm ảnh, dải động biểu diễn bằng tỷ số của hai giá trị ánh sáng, với đơn vị đo là nến trên mét vuông (ký hiệu n/m2). Dải ánh sáng mà con người có thể cảm nhận là rất rộng. Ánh sáng sao ban đêm vào khoảng 0,001 n/m2, nhưng ánh sáng bên ngoài có nắng chan hòa lại cỡ 100.000 n/m2, hơn sáng sao cả trăm triệu lần. Còn ánh sáng mặt trời trực tiếp cỡ tỷ nến trên một mét vuông. Mắt người có thể điều tiết dải động trong khoảng 10.000:1.

Dải động còn được đo bằng giá trị cường độ sáng EV (f-stop). Bạn có thể xem bảng so sánh tương đương dưới đây về 2 loại đơn vị đo dải động

Bảng Thế giới dải động

(Dải động:n/m2, EV)

Thế giới thực: 8400000:1, 23,0

Mắt người: 1000000:1, 19,9

Thiết bị ghi

Phim màu: 50:1, 5,6

Dữ liệu hình ảnh JPEG: 400:1, 8,6

phim màu âm bản: 1000:1,10

Dữ liệu ảnh RAW: 4000:1, 12

Phim âm bản B & W: 16000:1, 14

Thiết bị thể hiện

Màn hình (thường):100:1, 6,6

Giấy in ảnh: 250:1, 8,0

Màn hình (cao cấp):1000:1, 10,0

Trong nhiếp ảnh truyền thống, dải tông sáng để đo lường mật độ các hạt phủ trên phim chúng ta sử dụng, khi tông sáng của thế giới thực được ánh xạ lên phương tiện ghi. Với một dải tông sáng cao, ảnh sẽ mịn màng. Với một dải tông sáng thấp, gradient sẽ tạo ranh giới đột ngột, và chúng ta thấy ảnh bị khiếm khuyết thường gọi là tạo dải phân cách.

Chúng ta có dữ liệu ảnh có dải động cao hoặc thấp, và cũng có dữ liệu ảnh với tông sáng cao hay thấp, thậm chí kết hợp bất kỳ của cả hai.

Dải động và tông sáng có liên quan, và đôi khi được thay thế cho nhau. Tuy nhiên, như được minh họa trong hình bên dưới, chúng là độc lập với nhau.

Dải động của các phương tiện ghi và thể hiện hình ảnh đang được sử dụng trong nhiếp ảnh nhỏ hơn nhiều so với khả năng điều tiết của mắt người.

Tại vùng lân cận giữa vùng quá sáng (hay quá tối) và vùng còn chi tiết người ta có những khái niệm sau:

- Vùng bóng tối (Shadow) là vùng tối nhất mà tại đó ảnh vẫn còn chi tiết. Bất kỳ vùng nào tối hơn so với vùng bóng tối cũng đều cho hình ảnh mất chi tiết.

- Vùng sáng chói (Highlight) là vùng sáng nhất mà tại đó ảnh vẫn còn chi tiết. Bất kỳ vùng nào sáng hơn so với vùng sáng chói cũng đều cho hình ảnh mất chi tiết.

Giả sử có một khung cảnh trong đó dải động được mắt người phân biệt lên tới gần 20EV trong khi đó máy ảnh chỉ có dải động nằm trong khoảng 12 EV. Muốn chụp có chi tiết trong các vùng AC và CB thì vùng BD sẽ thừa sáng (hay cháy sáng)

Ngược lại muốn có chi tiết vùng BD rõ ràng phải đo sáng lại và khi đó vùng AC lại trở thành vùng thiếu sáng, ta thấy vùng sáng chói và vùng bóng tối đã bị dịch chuyển.

Điều này đi đến một kết luận đối với những khung cảnh có độ tương phản quá lớn, nghĩa là dải động có thể nằm ngoài khả năng của thiết bị, người chụp phải tính đến sự hy sinh giữa vùng cần chi tiết với các vùng còn lại.

Sau nhiều năm nghiên cứu với các loại phim, Ansel Adam đã rút ra quy luật:

Đo sáng ở vùng bóng tối và in tráng đối với vùng sáng chói (Exposure for the Shadow and Development for the Highlight).

Quy luật này có thể giải thích như sau: khi phơi sáng ở vùng bóng tối có thể dẫn đến cháy ở vùng sáng chói. Bạn đừng lo lắng về điều này vì với phim âm bản, khả năng giữ chi tiết ở vùng ánh sáng mạnh là cực kỳ tuyệt vời. Khi in tráng, nếu bạn giảm thời gian hiện để tránh quá sáng ở vùng sáng chói thì điều này cũng không ảnh hưởng đến vùng bóng tối.

Đây là quy tắc nằm lòng đối với các nhiếp ảnh gia, những  thường người xuyên làm việc với buồng tối.

Bây giờ chúng ta trở về với vấn đề công nghệ cao. Liệu quy luật trên còn đúng đối với máy ảnh kỹ thuật số khi mà các khung cảnh trước ống kính, với dải động vượt ngoài khả năng của thiết bị, vẫn giữ nguyên thách thức với người chụp? 

Khi ta mở màn trập cho phép ánh sáng đi qua ống kính để đập vào cảm biến. Mỗi cảm biến có hàng triệu điểm ảnh, trong mỗi điểm ảnh có các giếng photon. Các cảm biến điện tử thu thập quang điện tử (được tạo ra do các photon đập vào bộ cảm biến hình ảnh và đẩy các electron khỏi vùng hóa trị) vào các giếng photon. Quá trình này nạp điện cho các giếng photon. Tổng lượng điện nạp được tích lũy trong giếng photon chỉ thị lượng ánh sáng đã chiếu sáng giếng đó. Giếng photon chỉ có trữ năng hạn chế. Khi nó đã nạp đầy, nó sẽ giữ mãi ở ngưỡng đó, việc cung cấp thêm ánh sáng sẽ chỉ dẫn đến hiện tượng phi tuyến do bão hòa (burnout), và có thể ảnh hưởng đến các điểm ảnh lân cận (tạo nên hiệu ứng bung ra, hay còn gọi là nở tung). Chính vì điều này không giống như phim, là thiết bị ghi có bề mặt phơi sáng tuyệt vời đối với vùng sáng chói (highlight), trong kỹ thuật số sẽ là rất tệ nếu phơi sáng quá mức. Phơi sáng quá, chi tiết bị mất do bị cắt bớt hoặc bị làm mất hẳn thông tin. Vì lý do này, chúng ta không bao giờ muốn thừa sáng highlight đến tận điểm tràn của giếng ánh sáng - ngay cả trong một kênh màu duy nhất cũng không nên. Cái đó tạo nên vùng bị cắt thông tin với các chi tiết hoàn toàn bị mất trong kênh.

Khi cảm biến không bị phơi sáng vẫn có thể có một lượng điện thấp nhất cho ra từ nó. Cái này được gọi là “tạp” của cảm biến và lớn hơn không. Giếng photon sẽ tiếp tục nạp bắt đầu từ nền tạp để tích lũy cho đến khi đạt đến dung lượng cho phép của nó. Trong nhiếp ảnh kỹ thuật số, Dải động là sự khác nhau giữa nền tạp và dung lượng khi sạc đầy giếng.

Dải tông sáng là một chức năng của số lượng các bit dùng để thể hiện tông sáng. Với số bit quá ít, tông sáng sẽ bị tạo vạch nghĩa là bạn sẽ thấy dải phân cách (không liên tục) giữa các tông khác nhau.

Máy ảnh số sẽ ghi lại dữ liệu cảm biến RAW. Khi dữ liệu cảm biến RAW được điều chỉnh để thay đổi độ tương phản thì các giá trị tông sáng (thường) bị nén và phân bố lại cho phù hợp với Dải động và dải tông sáng của phương tiện thể hiện. Tại thời điểm này, chúng ta có thể gặp rắc rối nếu dữ liệu không phù hợp với biến đổi. Ví dụ, nếu ảnh của ta đã bị cắt highlight hoặc bị đẩy shadow vào nền tạp, chúng ta sẽ mất chi tiết ở những vùng sáng đó. Nếu chúng ta lãng phí tông sáng bằng việc làm ảnh thiếu sáng thì sẽ có thể làm ít đi số bit chứa dữ liệu dùng được cho tông sáng cao, và chất lượng hình ảnh sẽ bị ảnh hưởng.

Vì lý do trên nên chúng ta không thể giải quyết vấn đề này theo cách đơn giản là đo sáng trong các vùng chi tiết bóng tối thấp nhất có thể. Tuy rằng điều này sẽ ít nhất là làm cho hầu hết vùng sáng chói vẫn thuộc trong giới hạn an toàn. Song làm như vậy ta sẽ lãng phí rất nhiều bit số hóa của cảm biến. Vì không giống như mắt người và phim, cảm biến kỹ thuật số đo ánh sáng tuyến tính. Chúng ta có thể sẽ suy diễn lô gic rằng nếu các tập tin RAW có độ sâu số hóa bằng X bit, thì sẽ có thể có tối đa là 2 X mức khác nhau. Nếu máy ảnh số có dải động n EV ta có thể chia đều và mỗi vùng EV sẽ được 2 X / n mức để thể hiện.

Thật không may, trong thực tế điều này không phải là như vậy. Tính chất tuyến tính của bộ cảm biến máy ảnh có nghĩa rằng nếu chúng ta cố gắng bắt chụp một cảnh có dải động là n EV, tương ứng với n vùng sáng thì một nửa số mức 2 X (2 X /2) được dành cho vùng n có EV cao nhất, nửa còn lại được dành cho các vùng còn lại từ n-1 (dưới vùng n 1 EV) trở xuống. Tương tự như vậy vùng n-1 sẽ chỉ được dùng 2 X /4 mức để thể hiện, và 2 X /4 mức khác sẽ được dùng cho các vùng từ n-2 trở xuống. Như vậy n-2 là 2 X/8, n-3 là 2 X/16, n-4 là 2 X/32 v.v..Đến vùng bóng tối cực đoan (shadow) số mức còn lại để thể hiện sẽ còn rất ít.

Điều này có nghĩa rằng nếu bạn cố gắng làm thiếu sáng để tránh bị cắt mất highlight, bạn sẽ tạo ra một nguy cơ đáng kể gây nên tạp và tạo dải ở tông giữa và tông sát với bóng tối. Khi bạn đã làm thiếu sáng rồi lại cố mở shadows khi chuyển đổi RAW, bạn sẽ phải căng số mức ít ỏi ra thể hiện những điểm tối nhất trên một dải tông sáng rộng hơn, điều này sẽ làm tăng khuyếch đại tạp đen và tăng độ tạo dải (tạp định lượng).

Trên cơ sở thực nghiệm với nhiều loại cảm biến số, người ta đã rút ra quy luật tương tự như Ansel Adam cho máy ảnh số tuy nhiên hơi ngược lại: Đo sáng đối với vùng sáng chói và xử lý vùng bóng tối. (Expose for the highlights, process for the shadows). Quy luật này có thể giải thích như sau: khi đo sáng ở vùng sáng chói có thể dẫn đến thiếu sáng ở vùng bóng tối. Bạn đừng lo lắng vì với cảm biến số có khả năng giữ chi tiết ở vùng ánh sáng yếu. Khi xử lý hậu kỳ, nếu bạn tăng giá trị bóng tối để tránh thiếu sáng ở vùng bóng tối thì điều này cũng không ảnh hưởng đến vùng sáng chói. Việc xử lý hậu kỳ có thể thực hiện bằng nhiều phần mềm với các file ảnh RAW. Tuy nhiên ở đây tôi xin giới thiệu phần mềm ACR của hãng Adobe. Từ phiên bản 8.0 trở lên nó đã được tích hợp trở thành một chức năng riêng của Photoshop.

Ví dụ tôi có 2 bức ảnh dưới đây. Bức thứ nhất được đo sáng trên bầu trời, ta được bầu trời rất đẹp nhưng vùng shadow (cây cối) hơi bị thiếu sáng và mất chi tiết. Còn ảnh kia đo sáng chỗ lùm cây nên cây cối rõ chi tiết nhưng bầu trời có chỗ cháy sáng trắng. Áp dụng bài học về Zone System ta ưu tiên đo sáng ở vùng sáng chói (highlight) vậy nên sẽ đo sáng như ảnh thứ nhất sau đó sẽ tiến hành xử lý vùng bóng tối (shadow).

Bước 1: Kéo ảnh thứ nhất ở định dạng RAW vào trình photoshop đang mở (đây là CS6)

Bước thứ 2: chỉnh cân bằng trắng 

Bước thứ 3: Chỉnh shadow cho đến khi rõ chi tiết của các lùm cây. Bạn sẽ thấy khi các lùm cây hiện rõ chi tiết thì bầu trời vẫn không ảnh hưởng gì.

Bước thứ 4: Save ảnh ra hoặc nhấn Open Image để đưa vào photoshop cắt cúp chỉnh bố cục. Cuối cùng ta có 2 bức ảnh xử lý và không xử lý bóng tối như dưới đây

Áp dụng Quy luật Ansel Adam này cho nhiếp ảnh số, người chụp được trang bị một phương tiện hết sức lợi hại khi phải xử lý những tình huống chụp ngược sáng mà không cần flash hỗ trợ.

Cũng giống như buồng tối, xử lý hậu kỳ với photoshop vẫn là một công đoạn nằm trong quy trình sáng tạo của người chụp. Photoshop ra đời để phục vụ nhiếp ảnh như ý tưởng ban đầu của tác giả của nó. Nếu một người cầm máy chuyên nghiệp hiểu rõ giá trị mà buồng tối mang lại khi hoàn thiện một tác phẩm bao nhiêu thì người đó sẽ thấy xử lý hậu kỳ bằng photoshop cũng có vai trò quan trọng bấy nhiêu. Tuy nhiên kỹ thuật số đã mang đến cho nhiếp ảnh một công cụ xử lý tuyệt vời đến nỗi, vì sự mạnh mẽ của mình, nó đã vượt ra khỏi vị trí là một trong những công cụ hoàn thiện của riêng nhiếp ảnh, để trở thành công cụ của nhiều ngành khác liên quan đến nghệ thuật đồ họa như thiết kế web, kiến trúc, quảng cáo v.v.. Chính vì sự mạnh mẽ đó, mạnh mẽ đến mức những sáng tạo đổ mồ hôi nước mắt trước kia trong buồng tối ngày nay được thực hiện trong nháy mắt với một vài cú nhấp chuột, nên đôi khi trong nhiếp ảnh, photoshop bị lạm dụng và điều này khiến nhiều người cầm máy có quan niệm sai lầm về sự trong sáng của một bức ảnh số.

Tuy nhiên, tình hình đúng như nhận xét của Chris Johnson, trong tác phẩm “The Practical Zone System For Film and Digital Photography” :

“Cuộc tranh luận giữa những người theo chủ nghĩa thuần túy (không ủng hộ sự can thiệp của kỹ thuật số vào nghệ thuật nhiếp ảnh) và những người ủng hộ chuyển đổi kỹ thuật số là sự biểu hiện không thể tránh khỏi của các sở thích thẩm mỹ cá nhân nhiều hơn một cuộc ly khai về nền tảng trong nội tại nhiếp ảnh - The debate between “purists” and digital converts is the inevitable expression of personal aesthetic preferences more than a fundamental schism in photography itsel”.

L.P.B