[Học chụp ảnh] Lý thuyết về màu sắc - Tìm hiểu màu sắc từ nguồn sáng & cân bằng trắng của máy ảnh

Để thể hiện màu sắc một cách trung thực, điều quan trọng nhất là lưu ý đến màu sắc của nguồn sáng (hướng ánh sáng tới) trong cảnh chụp.

Khi đeo kính màu, tất cả những gì ta nhìn thấy bằng mắt đều nhuốm màu. Điều tương tự cũng xảy ra khi ta bước vào một căn phòng được chiếu sáng bằng đèn màu. Ngay khi đó, nhờ kinh nghiệm có từ trước, não người nhận biết các đối tượng thông thường như cây cối, đám mây, da người có màu gì, và hệ thống thị giác lần lượt thích nghi với các điều kiện chiếu sáng mới, và màu sắc trông có vẻ bình thường. Cách mà não bộ thích nghi với các điều kiện chiếu sáng như vậy đã được các máy ảnh kỹ thuật số tái hiện qua chức năng (tự động) cân bằng trắng.

Màu sắc nhìn thấy được là gì?

Ánh sáng có thể nhìn thấy được là một loại sóng điện từ. Hẳn là sẽ chẳng có gì đáng chú ý, nếu nó không làm cho mắt chúng ta phải điều tiết theo. Mắt người giống như chiếc ăng-ten máy thu thanh, trừ việc nhạy bén với một dải tần số khác nhau. Chúng ta có thể nhìn thấy ánh sáng trong phạm vi bước sóng khoảng 380mm đến xấp xỉ 700mm. Dải bước sóng đó được gọi là phổ màu có thể nhìn thấy và được bao bọc bởi tia cực tím và tia hồng ngoại.

Mô tả về các màu sắc mắt người có thể nhìn thấy dựa vào tỉ lệ các màu cơ bản Đỏ, Lam và Lục cần thiết để có được cùng cảm nhận thị giác. Qua năm tháng, một số hệ thống đo màu, phương thức sắp xếp và xác định màu sắc bằng những thuộc tính đặc trưng, đã được triển khai. Đồ thị kết tủa màu được phát triển vào năm 1931, do Uỷ Hội Quốc Tế về Chiếu Sáng (CIE, từ tiếng Pháp : Comission Internationale pour l’Éclairage) là một công cụ vẫn đang được sử dụng rộng rãi khi nói đến các không gian màu.

Theo biểu đồ kết minh hoạ màu CIE (CIE chromaticity diagram 1931) dành cho hệ thống màu XYZ, một tập hợp các điểm (quỹ tích) có thể xác định, mô tả màu sắc nhìn thấy được của một vật thể đen toả nhiệt (một đối tượng màu đen không phản chiếu). Đường cong hình thành bởi những điểm như thế được gọi là quỹ tích Planck.

Bằng cách sử dụng các giá trị từ màu sắc trùng với đồ thị, ta có thể vẽ thành không gian ba chiều vị trí tất cả các màu trong phổ màu, có lượng màu Đỏ, Lam và Lục trên ba trục tương ứng. Điểm gốc (0) là điểm đen ở đó không có màu Đỏ, Lam và Lục.

Các nhận xét về đồ thị kết tủa màu của CIE năm 1931 :

• Điểm mà ở đó x = y = 1/3 được gọi là màu trắng tham chiếu (E trắng).
• Các toạ độ x và y đều nhân tạo. Chúng không đại diện cho các màu thực.
• Đồ thị kết tủa màu của CIE năm 1931 đại biểu cho tất cả các màu có thể nhìn thấy được ở độ sáng nhất.
• Đó là thành phần của không gian màu CIE-XYZ. Hãy nghĩ về đồ thị như phần đỉnh của không gian màu CIE-XYZ. Các phần khác đều có cùng màu và độ bão hoà nhưng sẫm hơn. Các phần ấy đều tập trung trên trục z.

Chúng ta quan sát thực tế

Khi nhiệt độ của một vật thể màu đen tăng dần lên, ánh sáng nó phát ra sẽ chuyển dần từ đỏ sang vàng rồi đến trắng, và khi nhiệt độ lên quá cao là màu lục. Dựa theo các quan sát đó, nhiệt độ của một màu (thường dựa vào nguồn sáng) được xác định là nhiệt độ mà ở đấy, vật thể đen toả hơi nóng phát ra ánh sáng mang màu đó. Khái niệm về nhiệt độ màu là một điều gì đó không thuộc về trực giác, bởi vì chúng ta luôn quy cho màu hơi xanh là mát và màu vàng-hơi đỏ là ấm. Với nhiệt độ màu thì không như vậy. Trong biểu đồ dưới đây, các đường thẳng biểu thị cho phương vị của các màu có cùng nhiệt độ. Tất cả các màu nằm trên đường 6000K có chung nhiệt độ nhưng tỉ lệ màu xanh và màu đỏ thẫm chính là cái tạo ra sự khác biệt. Tỉ lệ bên phải minh họa một cách tương đối nhiệt độ màu của các nguồn sáng thông thường khác nhau.




Dãy màu trong nhiếp ảnh

Trong nhiếp ảnh, dãy màu của các nguồn sáng rất rộng. Hãy nghĩ đến ánh sáng vào một buổi chiều tà, hoặc một bầu trời u ám, hoặc một bóng đèn halogen. Nhờ vào cái được gọi là cân bằng trắng mà việc bù thêm màu cho nguồn sáng có thể được áp dụng sao đó để cuối cùng ảnh chụp sẽ trông giống như chủ thể được chiếu sáng bởi ánh sáng trắng của mặt trời (tương đương khoảng 5200 - 6000K). Dĩ nhiên có những trường hợp như chụp đèn nê-ông hay pháo hoa, hoặc để có những hiệu ứng nhiếp ảnh đặc biệt, người ta sẽ chủ động giữ lại hoàn toàn, hoặc một phần màu của nguồn sáng đó.

Thay đổi White Balance
Vậy, điều gì xảy ra khi người ta thay đổi cân bằng trắng (WB) trong máy ảnh hoặc trong phần mềm xử lý RAW?




Khi màu sắc được số hoá

Quang phổ có thể được phân chia vô tận, nghĩa là nếu ta chọn hai màu trong quang phổ, thì có vô số các màu giữa chúng. Đối với các hệ thống kỹ thuật số, điều này được thực hiện bằng cách chọn lấy một không gian màu, chuyển đổi nó từ một không gian liên tục sang một không gian ngắt quãng.

Khi xem xét trên dãy của MacAdam (các màu ngắt quãng chỉ được tách xa trong phạm vi khác biệt tối thiểu có thể nhận ra được) và những đòi hỏi lưu trữ, có thể kết luận rằng 16,7 triệu màu rời rạc xuyên qua một không gian màu RGB là đủ. Quả thật, con số là 224, hoặc chính xác hơn là 2(8+8+8) với mỗi trị số 8 đại diện cho 8 ‘bit’ dữ liệu của từng màu cơ bản.

Chúng ta đang bàn đến số lượng các màu sắc riêng rẽ mà không gian màu bị phân chia thành độ sâu màu. Trong trường hợp ở trên (vốn là quy tắc dành cho hình ảnh kỹ thuật số), độ sâu màu là 8-bit hoặc 24-bit (3 lần 8).

Độ sâu màu 8-bit hoàn toàn thích đáng với hầu hết các tình huống có sử dụng sRGB. Khi hoạt động với những không gian gam màu rộng hơn vẫn giữ nguyên độ sâu màu, thì kết quả sẽ dẫn đến hiện tượng vỡ hạt lớn hơn. Điều này tới lượt nó dẫn đến việc giãn lớn, vốn cũng có thể xảy ra khi xử lý quá trớn các hình ảnh trong những không gian gam màu hẹp. Tiêu tốn bộ nhớ và năng lực xử lý, thì các màu có thể được hiển thị với 16 bit cho từng kênh, dẫn đến một độ sâu màu 16 bit (hoặc 48 bit). Bằng cách hoạt động với một độ sâu màu mở rộng, những hiệu ứng trên đây đều bị triệt tiêu.

Nhằm chứng minh về các giới hạn của màu 8-bit, thí dụ dưới đây minh hoạ một gam màu rộng và một gam màu hẹp trong một không gian màu tưởng tượng sẽ bị cắt nhỏ thành các màu rời rạc khi sử dụng 8-bit và 16-bit như thế nào. Những chỗ khác nhau đều được phóng lớn nhằm chứng minh cho quan điểm nói trên.



Giả sử một bức hình chụp cảnh mặt trời lặn có dày đặc những chỗ đậm màu vàng. Khi làm việc với không gian gam màu hẹp và độ sâu 8-bit, thì có rất nhiều những chỗ vàng như thế. Và như vậy không xảy ra hiện tượng giãn lớn.

Nếu giữ nguyên độ sâu màu 8-bit nhưng khi chuyển sang không gian gam màu lớn hơn, thì dải màu vàng lập tức bị giảm đi bởi vì cần nhiều ‘bit’ hơn để hiển thị màu xanh lục và màu đỏ. Muốn giữ nguyên trạng các phần sắc màu vàng, chúng ta cần phải chuyển sang độ sâu màu16-bit. Thí dụ trên đây còn cho thấy ngược lại việc chuyển sang 16-bit trong không gian có gam màu nhỏ hơn cũng không cải thiện được tình huống.