Zoom kỹ thuật số kết hợp ống kính tele quang học: độ phân giải thực còn lại bao nhiêu

Người dùng đưa điện thoại có camera tele quang học lên, kéo thanh zoom trên màn hình vượt xa mức zoom quang danh nghĩa của ống kính, và ảnh xem trước vẫn hiển thị đầy đủ, có vẻ sắc nét. Điều gì thực sự đang diễn ra phía sau con số zoom hiển thị trên giao diện đó?

Chuyện gì xảy ra khi mức zoom vượt quá phạm vi quang học của ống kính tele

Ống kính tele quang học có tiêu cự cố định, tương ứng đúng với một mức zoom quang học nhất định so với camera chính. Khi người dùng chọn mức zoom cao hơn con số này, máy không thể kéo dài tiêu cự vật lý của ống kính, mà chuyển sang xử lý kỹ thuật số dựa trên chính dữ liệu ảnh mà cảm biến tele đã ghi nhận ở mức zoom quang tối đa: cắt (crop) lấy vùng trung tâm khung hình, sau đó phóng to bằng nội suy để lấp đầy độ phân giải đầu ra hiển thị cho người dùng.

Độ phân giải thực còn lại sau khi crop và nội suy

Kết quả cuối cùng ở các mức zoom vượt ngưỡng quang học phụ thuộc vào nhiều yếu tố cộng gộp:

• Mức crop càng sâu (số x zoom kỹ thuật số càng lớn) thì vùng ảnh gốc thực sự được sử dụng trên cảm biến tele càng nhỏ so với toàn bộ khung hình cảm biến
• Độ phân giải gốc của cảm biến tele là giới hạn trên cho lượng chi tiết còn giữ được sau khi crop, vùng crop càng nhỏ thì số điểm ảnh gốc còn lại càng ít
• Thuật toán nội suy hoặc phóng to (upscale) chỉ có thể làm mịn hoặc ước lượng thêm chi tiết dựa trên khuôn mẫu hình ảnh xung quanh, đây không phải chi tiết quang học được ống kính ghi nhận thật
• Một số máy cao cấp kết hợp dữ liệu từ nhiều khung hình liên tiếp (kỹ thuật super-resolution đa khung hình) để bù thêm chi tiết, nhưng phần bù này vẫn là dữ liệu được thuật toán tổng hợp, không phải chi tiết quang học độc lập của một khung hình

Sự thật khác gì suy nghĩ thông thường

“Con số zoom hiển thị trên ứng dụng camera, ví dụ mức zoom cao gấp nhiều lần camera chính, tương ứng với độ phân giải quang học thật ở mức đó” là suy nghĩ không chính xác. Chỉ mức zoom trùng đúng với tiêu cự quang học của ống kính tele mới là zoom quang thật, ghi nhận chi tiết trực tiếp qua thấu kính. Mọi mức zoom cao hơn con số đó, dù hiển thị mượt mà trên màn hình, đều đã pha trộn một phần hoặc toàn bộ là crop và nội suy kỹ thuật số, nên độ phân giải thực tế và độ sắc nét chi tiết sẽ giảm dần khi mức zoom càng tăng.

Xem thêm

Nội dung này thuộc cụm bài Cảm biến & độ phân giải camera: tổng hợp bài viết. Xem thêm Zoom 2x quang học thật hay chỉ là crop từ cảm biến.