Tìm hiểu về Cân bằng trắng (White Balance) trong nhiếp ảnh số

Ảnh trái: Sai Cân bằng trắng | Ảnh phải: Đúng Cân bằng trắng

Thế giới của chúng ta là một thế giới muôn màu muôn vẻ. Thế giới tuyệt vời ấy đem lại cho ta biết đến muôn vàn cảnh sắc, lay động từng giác quan con người. Và trong đó, đôi mắt là một món quà với vô vàn khả năng kì diệu từ tạo hóa.

Xin cho phép được phân tích quà tặng tuyệt vời này dưới góc nhìn hơi-kĩ-thuật-một-chút: Đôi mắt cho ta quan sát được sự vật và cuộc sống theo 3 chiều, có khả năng hoạt động và gửi thông tin về não ngày đêm, liên tục điều tiết để "lấy nét", rồi có thể tự điều chỉnh để thu nhận ánh sáng thật nhiều vào ban đêm và vừa đủ tránh chói lóa vào ban ngày, v.v… Trong số những khả năng kì diệu của đôi mắt, ta không thể không kể đến khả năng nhận biết màu sắc một cách vô cùng chính xác dưới bất cứ điều kiện ánh sáng nào.

Có thể do quá quen thuộc mà chúng ta đã quên đi mất khả năng diệu kì đó của đôi mắt, nhưng nếu quan tâm kĩ hơn thì ta sẽ chợt nhận ra khả năng này là vô nhị độc nhất ở con người. Phải khẳng định rằng công nghệ hình ảnh của chúng ta chưa thể nào phát triển một giải pháp nào có thể đạt tới khả năng nhận biết màu sắc đó. Nói về nhiếp ảnh, phim rọi ngày xưa chưa thể, và cả các cảm biến ảnh đắt tiền ngày nay cũng chỉ dừng ở con số 7 nếu chấm theo thang 10 với mắt người.

Ngày xưa, người ta phải dùng các bộ lọc (filter) để sửa sai về màu sắc trên ảnh phim. Còn trong thế giới kĩ thuật số ngày nay, trên các máy ảnh kĩ thuật số (kể cả những máy bình dân nhất) đều có một chức năng không thể thiếu đó là Cân bằng trắng - White Balance.

1. Cân bằng trắng là gì?

Về cơ bản, Cân bằng trắng là một quá trình thay đổi màu sắc của toàn bộ bức ảnh sao cho đúng với thực tế nhất, hay nói cách khác là chỉnh sửa sao cho màu trắng trên hình đúng chính xác là màu trắng mà mắt người cảm nhận - đúng như tên của nó. Quá trình này được thực hiện ngay sau khi ảnh được định màu trên bộ xử lí máy ảnh.

Các công đoạn xử lí hình ảnh từ lúc chụp tới lúc ghi lên thẻ nhớ

1-2 2-3 3-4

1-2: Demosaic, White Balance

2-3: Tone Curves, Contrast, Color Saturation, Sharpening

3-4: Nén thành ảnh JPEG 8 bit

Các loại ánh sáng khác nhau có các màu sắc khác nhau. Lấy ví dụ nhé:

- Ánh sáng mặt trời tỏa sáng một màu rất xanh (blue), không như từ bé ta hay vẽ là tia nắng mặt trời màu vàng đâu. Nếu không tin bạn có thể đứng ngoài nắng và nhìn vào cái bóng của mình, bạn sẽ nhận ra nó hơi nhuốm xanh đấy.

- Ánh sáng đèn dây tóc tỏa một màu rất đỏ (red), có lẽ một phần vì thế mà ta cảm giác rất khó chịu, nóng bức với loại này

Mắt ta có thể nhìn sự vật với màu sắc chính xác dưới các điều kiện ánh sáng khác nhau, nhưng đây sẽ là vấn đề đối với máy ảnh. Máy ảnh phải được định chuẩn màu sắc đúng với từng trường hợp để cho ra ảnh có màu sắc đúng nhất. Việc căn chỉnh màu sắc này chính là Cân bằng trắng.

Nếu ta nhớ lại kiến thức phổ thông, trong phần Quang học ta từng biết tới các khái niệm như là tán sắc, lăng kính hay đơn giản là cầu vồng. Các khái niệm này đều cho ta thấy ánh sáng trắng thực ra do nhiều màu hợp thành là đỏ-cam-vàng-lục-lam-chàm-tím.

Như vậy, khái niệm về Cân bằng trắng nghĩa là làm sao cho máy ảnh nhận biết đúng phần màu trắng, kéo theo đó tất cả các tông màu khác cũng theo đó trở nên chính xác (so với mắt người).


2. Nhiệt độ màu - Color temperature

Khái niệm nhiệt độ màu gắn liền với Cân bằng trắng.

Nhiệt độ màu mô tả quang phổ tương ứng với nhiệt độ bề mặt vật đen khi được phát ra từ vật đen đó. Trong cuộc sống hàng ngày ta có thể thấy một hiện tượng tương tự khi kim loại hay đá bị tăng nhiệt độ: người ta sẽ gọi là thép "nóng đỏ" ("red hot") khi đạt được một nhiệt độ nào đó, và sẽ trở thành "nóng trắng" ("white hot") khi nhiệt độ còn được đưa lên cao hơn. Mặc dù gọi là trắng nhưng ta cần phải hiểu là ánh sáng dù có vẻ là màu trắng vẫn có thể chứa một lượng màu sắc không đồng đều trên quang phổ.

(*Vật đen là vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các bức xạ điện từ chiếu đến nó, bất kể bước sóng nào. Điều này có nghĩa là sẽ không có hiện tượng phản xạ hay tán xạ trên vật đó, cũng như không có ánh sáng đi xuyên qua vật.)

BƯỚC SÓNG

5000 K (độ K - Kelvin) phát ra ánh sáng trung tính, trong khi 3000 K và 9000 K lần lượt phát ra các quang phổ chuyển nhiều hơn về phía bước sóng da cam và xanh. Các bước sóng ngắn hơn chứa ánh sáng có mức năng lượng cao hơn, và nhiệt độ tăng thì màu có chiều hướng "lạnh" đi.

Vậy tại sao nhiệt độ màu lại là một công cụ miêu tả ánh sáng hữu dụng cho nhiếp ảnh gia? Bởi các nguồn sáng đều có tính chất phát sáng gần như tương tự vật đen, và vì thế chúng cũng có nhiệt độ màu của riêng mình. Bảng sau có thể được coi là bản tra tương đối cho nhiệt độ màu của các nguồn sáng thường gặp:

Nguồn sáng|Nhiệt độ màu

Trời xanh, quang|10.000 - 15.000 K

Trời âm u nhiều| 9.000 - 10.000 K

Ánh sáng ban ngày (trời quang, mặt trời cao)|6.500 K

Ánh sáng mặt trời (trung bình)|5.400 - 6.000 K

Đèn flash|5.400 - 6.000 K

Đèn huỳnh quang|4.000 - 5.000 K

Mặt trời mọc/lặn|3.000 - 4.000 K

Đèn chiếu sáng gia dụng|2.500 - 3.000 K

Đèn dây tóc 200W|2.980 K

Đèn dây tóc 100W|2.900 K

Đèn dây tóc 75W|2.820 K

Đèn dây tóc 60W|2.800 K

Đèn dây tóc 40W|2.650 K

Nến|1.200 - 1.500 K

3. Sử dụng Cân bằng Trắng

Các máy ảnh mặc định được chỉnh về giá trị Cân bằng trắng tự động (Auto White Balance - AWB). Ở chế độ này, máy ảnh sẽ phân tích hình ảnh và định ra cân bằng trắng tốt nhất dựa theo thuật toán có sẵn. Với điều kiện kĩ thuật hiện nay, chế độ AWB trên các máy ảnh kĩ thuật số phải nói là rất xuất sắc, và có thể hầu như cho ra kết quả rất tốt trong nhiều điều kiện ánh sáng. Tuy nhiên, máy móc vẫn là máy móc, và sẽ có những trường hợp chắn chắn máy sẽ bị đánh lừa.



tùy chỉnh đầu có thể sử dụng với rất nhiều điều kiện ánh sáng.

• - Auto White Balance có thể tìm thấy ở tất cả các máy ảnh kĩ thuật số, chức năng này sử dụng thuật toán có tác dụng tốt nhất ở dải nhiệt độ màu từ 3000/4000 K tới 7000 K.
• - Custom White Balance cho phép bạn lấy mẫu cân bằng trắng từ ảnh chụp 1 màu xám chuẩn (18% Gray) trong cùng điều kiện ánh sáng môi trường chụp sau đó sử dụng WB này cho các lần chụp tiếp theo.
• - Kelvin cho phép bạn tự mình đặt nhiệt độ màu
  (ngoài ra một số máy còn cho phép chỉnh cùng với Kelvin là chỉnh độ ngả Green-Magenta cho phù hợp với một số điều kiện ánh sáng nhân tạo ví dụ như đèn huỳnh quang)

Các tùy chỉnh Cân bằng trắng (WB preset) còn lại được sắp xếp theo thứ tự nhiệt độ màu tăng dần. Một số máy ảnh còn có chế độ "Flourescent H" dùng cho các đèn huỳnh quang giả ánh sáng ban ngày.

Tuy nhiên, các tùy chỉnh có sẵn trên chỉ là tương đối. Trên thực tế, chế độ Cloudy có thể dụng thay cho Daylight, tùy thuộc vào thời điểm trong ngày hay độ nhiều-ít của mây. Nói chung, nếu hình ảnh chụp ra nhìn có vẻ hơi "lạnh" (tức ngả xanh) trên màn hình LCD của máy thì bạn có thể tự tăng nhiệt độ màu bằng cách chọn chế độ ngay dưới nó. Mặt khác, bạn cũng có thể tự chỉnh nhiệt độ màu bằng chế độ Kelvin.

Dưới đây là 2 hình ảnh được chụp từ Canon 5D Mark II trong điều kiện bóng râm. Ảnh trên sử dụng Auto White Balance, ảnh cho ra khá tốt nhưng có vẻ khá "lạnh" bởi da có vẻ nhợt nhạt. Ảnh dưới được chỉnh xuống chế độ Cloudy, lúc này ảnh có màu đúng hơn với nước da tươi tắn hơn nhiều tuy có vẻ hơi quá ấm.

3.1. Sử dụng Custom White Balance

Ngoài điều kiện bóng râm, có rất nhiều trường hợp khác có thể gây khó khăn cho thuật toán AWB của máy. Chính vì thế, các máy ảnh còn được trang bị thêm chức năng Custom White Balance. Cách sử dụng Custom WB không khác nhau nhiều ở các dòng máy: Tất cả những gì bạn cần làm là cung cấp cho máy một ảnh mẫu trong đó màu trung tính mẫu (neutral reference) chiếm toàn bộ khung hình (hoặc vùng trung tâm ở 1 số máy). Từ đó trở đi các bức ảnh tiếp theo sẽ tiếp tục sử dụng WB đã được định.

Chúng ta có 2 cách dùng neutral reference:

- Một là sử dụng một màu trung tính có sẵn trong hình đã chụp, sau đó chỉnh sửa lại trên máy tính dựa vào màu đó.

- Cách thứ hai là sử dụng thẻ màu chuẩn hay graycard. Loại thẻ này có thể đem lại sự chính xác rất cao. Tuy nhiên, loại thẻ này có thể có giá cả rất khác nhau từ các sản phẩm thương mại dành cho người dùng chuyên nghiệp tới các tấm thẻ tự chế.

Cũng cần phải nói thêm về các loại phụ kiện này, loại thẻ màu mẫu bỏ túi chuyên dụng luôn cho ta màu mẫu chính xác hơn nhiều, bởi ta có chiều hướng nghĩ một màu là trung tính trong khi nó không phải. Một màu xám mẫu chuẩn là màu xám 18%, có thể phản xạ một cách đồng đều tất cả các màu trong tất cả các dải nhiệt độ màu. Dưới đây là một ví dụ về các thấm thẻ màu mẫu:

Cũng có một số vật dụng trong nhà có thể dùng làm mẫu màu như mặt trong của hộp đựng khoai tây chiên. Nhưng vẫn cần nhớ rằng các loại thẻ chuyên dụng lúc nào cũng là lựa chọn số 1 nếu nhu cầu WB của bạn rất cao.

Một số chú ý khi sử dụng thẻ màu mẫu:

• Chắc rằng thẻ không bị che bóng mà phải được chiếu sáng bởi cùng 1 nguồn sáng chiếu tới chủ thể cần chụp
• Nếu đang sử dụng đèn dội tường, thẻ phải hứng được ánh sáng này
• Cần trọng với tình huống ánh sáng hỗn hợp (sẽ nói kĩ hơn ở sau)

3.2. Giải pháp sử dụng ảnh RAW

Nếu ta muốn tránh các rắc rối về Cân bằng trắng, điều dễ thực hiện nhất là chụp ảnh RAW và hậu kì. Điểm mạnh lớn của ảnh raw là ta có thể hoàn toàn chỉnh sửa cân bằng trắng sau khi chụp, và quan trọng là có thể đạt tới độ chính xác cao nhất mà không làm hỏng ảnh chụp.

Tại sao lại thế? Bởi khi ta chọn chụp raw, ta có được hình ảnh đúng như cảm biến ảnh nhận được mà chưa qua các công đoạn xử lí của máy ảnh (mà rõ ràng Cân bằng trắng là một trong số đó). Hay nói cách khác, với raw máy ảnh hoàn toàn không quan tâm là ta đang chỉnh Cân bằng trắng như thế nào trên máy.

Tìm hiểu thêm: Tinhte.vn - [Cơ bản] Tìm hiểu về định dạng ảnh raw

Ở khâu hậu kì, ta phải dùng một phần mềm chỉnh sửa file raw thích hợp để xử lí file raw thành jpeg với quyền chỉnh sửa WB tuyệt đối.

Cũng như đã nói ở bài về ảnh raw trên, các nhiếp ảnh gia chuyên nghiệp chỉ sử dụng độc ảnh raw. Tuy nhiên, cái giá phải trả để chụp dạng file tuyệt vời này là dung lượng lưu trữ và thời gian ghi ảnh (có thể ảnh hưởng tới tính chất công việc trong một số trường hợp). Để lấp vào các điểm yếu đó của raw, ngày càng nhiều máy ảnh DSLR được tích hợp bộ nhớ đệm (buffer) ngày càng lớn cho phép lưu giữ ảnh trước khi ghi lên thẻ, từ đó máy có thể liên tục chụp ở tốc độ cao mà không phải đợi để ảnh được ghi. Thêm vào đó còn có các thẻ nhớ tốc độ và dung lượng cực kì cao. Thậm chí hiện nay còn có rất nhiều máy ảnh cho phép chụp cùng lúc cho ra raw và jpeg.

Tham khảo: Tinhte.vn - [Cơ bản] Tìm hiểu về tốc độ thẻ nhớ

Máy ảnh|Số ảnh chụp đến khi đầy bộ nhớ đệm (buffer)

Sony A900 (5fps)|14 RAW - 175 JPEG

Sony A550 (7fps)|14 RAW - 116 JPEG

Canon 1D Mark IV (10fps)|28 RAW - 121 JPEG

Canon 500D (3.7 fps)|9 RAW - 170 JPEG

Nikon D3s (9 fps FX)|48 RAW - 130 JPEG

Nikon D300 (7fps)|20 RAW 12-bit / 30 RAW 14-bit - 50 JPEG

4. Một số tình huống lưu ý

4.1. Có quá nhiều màu nóng/lạnh trong khung hình

Trái: Ảnh có phần bị quá lạnh vì có quá nhiều chi tiết đó | Phải: Ảnh đúng màu

Có rất nhiều thứ có thể ảnh hưởng tới khả năng Auto White Balance của máy ảnh - ngay cả trong ánh sáng dễ chụp nhất. Một ví dụ dễ thấy là ảnh sai cân bằng trắng khi trong khung hình đã có quá nhiều vật thể màu nóng / lạnh . Hai ảnh phía dưới với nhiều màu đỏ cho thấy hệ thống cân bằng trắng của máy "tưởng lầm" đây là hiệu ứng do nguồn sáng gây ra, lúc này máy mới bù vào đó bằng cách thêm vào màu xanh, nhưng vô tình lại tạo ra màu sai cho ảnh.

4.2. Ánh sáng hỗn hợp

Đây chính là điều kiện ánh sáng có thể nói là phức tạp nhất. Nhiều nguồn sáng khác nhau với các nhiệt độ màu khác nhau sẽ làm việc cân bằng trắng khó khăn hơn nhiều. Bức ảnh lúc này sẽ bị chia ra nhiều vùng với các nguồn sáng khác nhau. Trong một số trường hợp ta gần như không thể có được cân bằng trắng chính xác mà chỉ có thể đạt được màu chính xác ở một vùng.

Với Auto White Balance, máy sẽ tính toán ra giá trị nhiệt độ trung bình cho cả khung hình và dùng giá trị này. Thường thì giá trị này vẫn chấp nhận được, nhưng AWB lại thường làm nổi quá rõ sự khác biệt về màu của mỗi nguồn sáng, so với những gì ta nhìn với mắt người.

Sự khác biệt về màu thường rất rõ rệt với trường hợp ánh sáng trong nhà và ánh sáng tự nhiên bởi mỗi nguồn sáng này cần một tùy chỉnh WB riêng biệt.

Trái: Chỉnh WB theo ánh trăng | Phải: Chỉnh WB theo ánh sáng trong nhà

Ảnh bên phải cho ta thấy màu trời khá tốt, trong khi đó thì tòa nhà lại có vẻ hơi quá "nóng". Đó là bởi cân bằng trắng được chọn cho phù hợp với ánh trăng. Thường thì lấy nhiệt độ màu dựa vào ánh sáng tự nhiên sẽ đem lại ảnh có độ trung thực cao hơn. Tuy nhiên sự phán xét phải dựa vào đôi mắt con người. Nếu phần ảnh có ánh sáng tự nhiên chỉ chiếm một phần nhỏ thì rõ ràng ta vẫn phải dùng WB cho ánh sáng trong nhà.

5. Kết luận

Với phần lớn người dùng chúng ta, Auto White Balance là một tùy chỉnh không tồi, nhất là khi công nghệ hỗ trợ Cân bằng trắng hiện ngày càng tiên tiến. AWB có thể cho màu chính xác trong rất nhiều trường hợp, từ trong nhà đến ngoài trời.

Tuy nhiên, với những lúc ánh sáng phức tạp và bạn không thể hài lòng được với sắc độ của bức ảnh, hãy tự mình chọn một tùy chỉnh White Balance có sẵn (preset).

Nếu vẫn chưa có được đúng màu mình muốn, hãy thử Custom White Balance bằng cách dùng thẻ màu mẫu hoặc đơn giản hơn là một tấm giấy trắng hay áo phông trắng của ai đó trước mặt bạn.

Và cuối cùng, biện pháp chắc chắn nhất vẫn là chụp ảnh dạng raw và chỉnh sửa cho màu chính xác nhất lúc hậu kì.

Tổng hợp kiến thức và kinh nghiệm

CambridgeInColor.com

MacWorld.com

photoxels.com

mtu.edu