Phạm vi động (dynamic range) hay phạm vi tông ảnh, mô tả tỷ lệ giữa cường độ sáng nhất và tối nhất đo được trong một khung cảnh (tương ứng giữa trắng và đen). Trong thực tế, không có màu nào đúng trắng hoặc đúng đen thật sự, chỉ có mức độ khác nhau về cường độ của nguồn phát sáng và cường độ sáng phản xạ từ chủ đề. Do đó khái niệm về phạm vi động trở nên phức tạp hơn, nó phụ thuộc vào từng thiết bị ghi nhận (chẳng hạn một máy ảnh hay máy quét), thiết bị hiển thị (như máy in hay màn hình máy tính), hoặc sự thể hiện của chính chủ đề.
 |
Chủ đề |
|
 |
 |
 |
|
Máy ảnh |
Thiết bị hiển thị |
Máy in |
Cũng như với màu sắc, mỗi thiết bị mô tả trong quy trình ở trên sẽ có một phạm vi riêng của nó. Đối với máy in hoặc màn hình máy tính, bạn không thể in màu trắng trong hình trắng hơn tờ giấy hoặc chỉnh cường độ điểm ảnh tối đa tương ứng với màu trắng thực tế. Thật ra, còn có những thiết bị khác chúng ta không thấy, cũng có phạm vi động riêng. Như là thiết bị chuyển đổi thông tin giữa các thiết bị với nhau có thể ảnh hưởng đến việc tái tạo hình ảnh. Vì thế khái niệm phạm vi động rất hữu ích cho việc so sánh tương đối giữa khung cảnh thực tế, máy ảnh của bạn, và hình ảnh trên màn hình hoặc khi in ra.
Tác động của ánh sáng: Tia tới và tia phản xạ
Cường độ ánh sáng mà chúng ta mô tả liên quan đến tia tới và tia phản xạ, cả hai đều ảnh hưởng đến phạm vi động của một khung cảnh.
 |
 |
|
Ánh sáng phản xạ mạnh |
Anh sáng không đồng đều |
Một khung cảnh có độ tương phản cao có thể có một phạm vi động lớn hơn so với khung cảnh với nhiều ánh sáng. Đối với những tình huống như vậy, phạm vi động thực tế có thể vượt quá giới hạn của máy ảnh, đặc biệt khi đo sáng trên phương diện rộng.
Vì thế đo chính xác cường độ ánh sáng hoặc độ chói sáng rất quan trọng khi đánh giá phạm vi động. Ở đây chúng tôi dùng từ độ chói sáng để nói về ánh sáng chiếu tới mà thôi. Cả hai độ sáng và độ rọi thường được đo bằng đơn vị candelas trên mét vuông (cd/m2). giá trị ước tính cho các nguồn sáng được thể hiện dưới đây.
Từ đây chúng ta có thể thấy được những thay đổi có thể có liên quan đến ánh sáng chiếu tới, hay tia tới. Những phân loại ánh sáng nằm phía trên thang sáng được chia độ theo lũy thừa 10. Nếu một khung cảnh được chiếu sáng không đồng đều, một phần nhận được ánh sáng trực tiếp trong khi những phần còn lại bị che, thì phạm vi động của khung cảnh đó có thể tăng đáng kể.
Máy ảnh kỹ thuật số
Mặc dù ý nghĩa của phạm vi động trong một khung cảnh thực tế chỉ đơn giản là tỷ lệ giữa các vùng sáng nhất và tối nhất (tương phản), tuy nhiên trên máy ảnh, định nghĩa của nó trở nên phức tạp hơn. Chúng ta đã biết, ánh sáng được đo bởi điểm rất nhỏ (photosite) trên bề mặt của ống hai cực (Photodiode). Kích thước nó xác định phạm vi động của một máy ảnh kỹ thuật số.
 |
 |
 |
|
Mức độ đen |
Mức độ trắng |
Mức độ xám |
Photosite này có thể hiểu như là một cái giỏ, dùng để chứa các lượng tử sáng hay phân tử sáng(photon). Nếu giỏ đầy, nó sẽ bị tràn. Một Photosite bị tràn được gọi là photosite bão hòa, vì thế không thể nhận thấy các photon được thêm vào. Đó là cơ sở để xác định mức độ trắng của máy ảnh. Đối với một máy ảnh lý tưởng, tỷ lệ tương phản của nó là chỉ số của các photon có thể chứa trong mỗi Photosite, chia cho cường độ sáng tối nhất đo được. Nếu mỗi photosite chứa được 1000 photon, thì tỷ lệ tương phản sẽ là 1000:1. Nếu kích thước photosite này lớn hơn có thể chứa nhiều các photon hơn. Ta có thể nói phạm vi động của máy ảnh SLR kỹ thuật số cao hơn máy ảnh du lịch.
Nếu những điều trên làm bạn khó hiểu thì chúng ta có thể nói như vậy. Photosite không chứa một phần tử sáng nào sẽ có màu đen, nếu có chứa một lượng phân tử sáng nào đó thì nó sẽ khác màu đen, sức chứa tối đa phân tử sáng xác định mức độ trắng, nghĩa là chứa càng nhiều phân tử sáng thì càng trắng. Tỷ lệ sáng tối hay độ tương phản chính là số lượng tối đa phân tử sáng chia cho một.
Lưu ý về kỹ thuật: Một số máy ảnh kỹ thuật số, cho phép cài ISO thấp trong chế độ mở rộng, vì thế có thể giảm nhiễu ảnh tối đa, nhưng vô tình cũng làm thu hẹp phạm vi động của máy ảnh. Điều này là do máy ảnh cố gắng thiết lập sao cho bức hình dư sáng với độ mở ống kính tối đa, vì thế làm tăng tín hiệu ánh sáng, sau đó cắt bỏ những phần dư sáng.
Trong thực tế, máy ảnh thông thường khó có thể đếm các photon riêng lẻ. Vì không xác định được số lượng phân tử sáng bên trong một photosite nên không thể xác định được mức độ đen của nó. Vì thế mà phạm vi động bị giới hạn bởi những tông đen nhất nơi các chi tiết ảnh không còn nhận thấy, chúng tôi gọi đây là mức độ màu đen. Mức độ đen bị hạn chế bởi độ chính xác các photosite có thể đếm, và hạn chế bởi mức độ nhiễu ảnh trong phần tối, vì nhiễu ảnh tạo ra nhiều phân tử sáng riêng lẻ. Do đó, phạm vi động thường tăng khi chụp với độ nhạy ISO thấp hơn và ít nhiễu ảnh.
Nhìn chung, phạm vi năng động của một máy ảnh kỹ thuật số có thể được mô tả là tỷ lệ đo được cường độ ánh sáng ở mức tối đa (khả năng đếm số photon có trong một photosite khi nó đạt độ bảo hòa), và cường độ sáng ở mức tối thiểu. Đơn vị tính được dùng phổ biến nhất để đo phạm vi động trên máy ảnh là f-stop (bước hay khẩu), trong đó lượng ánh sáng thay đổi gấp đôi hay giảm một nửa ở mỗi bước thay đổi. Ví dụ tỷ lệ tương phản 1024:1 có thể được mô tả là 10 f-stop (do 2 10 = 1024) trong phạm vi động. Tùy thuộc vào từng ứng dụng mà f-stop có khi được mô tả là “zone” hay “eV” (exposure value).
Độ sâu tương phản và cách xác định phạm vi động
Ngay cả khi máy ảnh số có thể chụp trong pham vi động lớn, độ chính xác mức độ sáng đo được khi chuyển qua giá trị số có thể giới hạn một phần phạm vi động. Công cụ chuyển đổi tín hiệu liên tục sang tính hiệu số được gọi là bộ chuyển đổi AD. Mức độ chính xác của bộ chuyển đổi này có thể được mô tả bằng một thuật ngữ khác là “độ sâu tương phản” (bit depth), nó tương tự như độ sâu màu trong ảnh kỹ thuật số. Tuy nhiên chúng hoàn toàn khác biệt. Bộ chuyển đổi AD được dùng để tạo ra những giá trị cho các tập tin RAW của máy ảnh kỹ thuật số.
|
Độ sâu tương phản hay độ chính xác của bộ chuyển đổi AD |
Độ tương phản |
Phạm vi động |
|
f-stop |
||
|
8 |
256:1 |
8 |
|
10 |
1024:1 |
10 |
|
12 |
4096:1 |
12 |
|
14 |
16384:1 |
14 |
|
16 |
65536:1 |
16 |
Lưu ý: các giá trị trên chỉ dùng để chỉ độ chính xác của bộ chuyển đổi tính hiệu AD, và không liên quan đến độ sâu màu, không nên dùng nó để giải thích sự khác biệt giữa hình 8-bit và hình 16-bit. Hơn nữa, các giá trị trên chỉ là lý thuyết với giả định không có nhiễu ảnh.
Ví dụ độ sâu tương phản 10-bit chuyển đổi một phạm vi sáng trong khoảng 0-1023 cấp độ (2 10 = 1024). Giả sử mỗi bộ chuyển đổi tín hiệu A/D đều như nhau, độ chính xác 10-bit có thể mã hóa một tỷ lệ tương phản là 1024:1.
Hiện tượng phân sắc (Posterized)
Hầu hết các máy ảnh kỹ thuật số sử dụng bộ chuyển đổi AD trong khoảng 10 đến 14-bit, Tuy nhiên độ sâu tương phản cao này chỉ giúp giảm bớt hiện tượng phân sắc, trong khi phạm vi động thường bị ảnh hưởng hay giới hạn bởi mức độ nhiễu ảnh. nếu một máy ảnh có bộ chuyển đổi tín hiệu AD chính xác cao hay độ sâu tương phản cao thì không có nghĩa phạm vi động của máy sẽ cao, cũng không có nghĩa hình ảnh có nhiều màu sắc hơn. Trong thực tế, phạm vi động của một máy ảnh kỹ thuật số không cần phải tương đương với độ sâu tương phản của bộ chuyển đổi tín hiệu AD, nó vào khoảng từ 5 cho đến 9-stop là điều chúng ta có thể mong đợi.
(Lược dịch từ nguồn cambridgeincolour.com bởi BTV trangdenmag.com)
+ 0 + 0 
 |
|
