Tìm hiểu sâu về quan hệ giữa máy scan và tương phản của bản film

Chúng ta sẽ đi sâu một chút khi bàn về bản chất máy scan đọc hiểu bản film của chúng ta như nào.

1. Tiếp cận
Từ những năm 2009, 2010 khi tôi bắt đầu quan tâm hơn về máy scan, phần lớn lời nhận xét tôi nhận được là “V700 scan màu tốt hơn V600”, “Chỉ scan đen trắng thì V600 cũng tốt”, “V500 không tốt”… Tôi luôn thắc mắc là mọi người test như nào, có dùng cùng bản film, cùng phần mềm test không… thì phần lớn cũng chỉ là cảm quan cá nhân và đọc lang thang vài bài viết của nước ngoài trên mạng.

Bài viết này đi sâu hơn chút về giới thiệu một vài thuật ngữ mới và giải thích cách mà máy scan tương tác với bản film.

2. Cơ bản về tương tác của ánh sáng với chủ thể
Khi ánh sáng va chạm vào vật thể có 3 hiện tượng xảy ra:

• Phản xạ (Reflection): là ánh sáng dội ngược lại từ bề mặt vật.
• Hấp thụ (Absorption): là ánh sáng bị chuyển hóa thành nhiệt cho bề mặt vật.
• Truyền dẫn (Transmission): là ánh sáng đi xuyên qua bề mặt vật mà không bị cản trở.

Lý thuyết ta luôn có R + A + T ≈100%. Đối với máy scan film thì ta quan tâm tới lượng ánh sáng từ bóng đèn máy scan đi qua bản film và đến với cảm biến của máy như nào. Khả năng mà ánh sáng đi xuyên qua bản film được gọi là Độ trong suốt của bản film.
Trong bài này sẽ lấy ví dụ về film Slide (positive) để khái niệm được hiểu dễ dàng hơn, như khi nói tới trong suốt thì hiểu là màu trắng trên ảnh (với negative thì trong suốt nghĩa là màu đen trên ảnh).

3. Độ trong suốt  (Opacity)
Là đại lượng thể hiện mức độ truyền dẫn ánh sáng xuyên qua vật, nôm na là khả năng ‘thẩm thấu’ ánh sáng qua bản film. Nó được tính bằng tỉ lệ nghịch của lượng sáng Truyền dẫn qua vật.

O = 1/T

Có nghĩa là vật có khả năng truyền dẫn 100% (vật không cản trở và phản xạ ánh sáng) sẽ có độ trong suốt O = 1, nghĩa là ánh sáng xuyên qua 100%. Ngược lại khi vật cản trở ánh sáng hoàn toàn thì T ≈ 0, O sẽ có giá trị cực lớn nghĩa là vật không trong suốt. Người ta chia thang độ trong suốt như sau:

Ở cột cuối cùng là biểu thị màu trên bản film slide. Độ trong suốt của bản film càng nhỏ thì film slide càng ‘trong suốt’. Đối với negative thì cũng như vậy nhưng sẽ ngược lại, nơi ‘trong’ nhất là nơi tối nhất trên ảnh.

Sau khi hiểu được mối quan hệ giữa màu bản film slide và độ trong suốt, ta tiếp cận với khái niệm mới: Mật độ điểm trên bản film.

4. Mật độ điểm trên bản film
Mật độ điểm trên bản film tạm gọi là D (Density), được tính toán dựa trên độ trong suốt O của bản film. Lưu ý đây không liên quan tới mật độ hạt nhũ tương hóa học, mà ta đang bàn đến mật độ điểm liên quan tới việc máy scan đọc hiểu bản film, tạm hiểu là điểm ‘đen’ cũng được.

D = | log(O) |

Có nghĩa là khi độ trong suốt O = 1 (nghĩa là 100% ánh sáng xuyên qua), ta có D = 0 nghĩa là bản film không có điểm ‘đen’ nào cả, hoàn toàn không cản ánh sáng xuyên qua, không hấp thụ và cũng không phản xạ. Khái niệm này quan trọng vì đối với máy scan, bản film slide có D = 0 nghĩa tương đương một frame slide rỗng, giống như là không có tấm film vậy.

Theo bảng trên, mật độ điểm càng cao thì bản film slide càng tối. Cho dễ hiểu, ta tưởng tượng gắn 1 tấm film slide qua một máy chiếu và chiếu lên màn chiếu. Vùng ảnh càng trắng có nghĩa là độ trong suốt cao, nghĩa là mật độ điểm nhỏ, càng đen nghĩa là độ trong suốt thấp và mật độ điểm cao. Nơi có mật độ điểm nhỏ nhất trên film gọi là D-min tức là vùng sáng nhất, nơi có mật độ điểm lớn nhất trên film gọi là D-max tức là vùng tối nhất. Có thể nói D-range chính là độ chênh sáng trong 1 tấm slide, nhưng với đơn vị tính khác với EV.

Giờ quan sát ví dụ sau:

Ví dụ với bản film slide trên, tại nơi sáng nhất của tấm ảnh (đám mây), nếu chiếu tấm slide này lên màn chiếu thì ở vùng sáng nhất đó có khoảng 50% ánh sáng xuyên qua, chiếu theo bảng trên thì nó có D-min = | log(50%) | = 0.3, tương tự với nơi tối nhất (mặt đất góc dưới bên trái) có khoảng 0.01% ánh sáng xuyên qua, tức D-max = | log(0.01%) | = 4.

Chênh lệch giữa 2 trị số này gọi là D-range = D-max – D-min = 4-0.3 = 3.7. Đây là trị số quan trọng nhất để đánh giá khả năng scan của máy scan và độ lớn của dải thông tin (về khía cạnh exposure) mà tấm film đang mang. Cơ bản mà nói thì D-range càng cao thì ảnh càng nhiều chi tiết. Trong nhiều tài liệu cũng có thể hiểu D-range vừa là Range of Density cũng có thể hiểu là Dynamic Range.

5. Mật độ điểm (Density) trên máy scan
Chúng ta nhắc lại về cách một máy scan hoạt động:

Ánh sáng chiếu xuyên qua bản film, đi qua một gương 45 độ, qua một thấu kính và đi vào cảm biến. Về cơ bản máy scan không khác gì một chiếc máy ảnh, ở đây bản film đóng vai trò là vật thể.

Máy scan lý tưởng là máy scan có thể đọc được mọi chi tiết trên bản film có độ trong suốt từ 100% (slide rỗng) cho tới nhỏ vô cùng (slide vô cùng đen). Tuy nhiên do giới hạn công nghệ và khả năng mà bản film có thể đạt được mà máy scan hiện nay chỉ có thể đọc được chi tiết trong các khoảng D-min D-max nằm từ 0 – 5. Lúc đó giá trị 0 có nghĩa là bản film rất trong suốt, có thể coi như không lắp film vào scan, 5 là bản film rất đen ‘đặc’.

Với một máy scan có D-min = 1, D-max = 4, có nghĩa là máy có thể đọc được chi tiết các phần của slide có mật độ bản film Density nằm từ 1-4. Nếu bản film cực kỳ thiếu sáng (D>4) hoặc film cực kỳ thừa sáng (D<1) thì máy scan không thể phân biệt được chi tiết trong các vùng này nữa, đối với nó thì đây chỉ là vùng toàn đen và toàn trắng.

Giờ ta xem tiếp một vài VD sau, khi máy scan có D-range từ 1-4, và khi phải scan các tấm slide có dải exposure khác nhau.

Ảnh A: D-min = 0.5, D-max = 3, D-range = 3-0.5 = 2.5. Vùng có Density từ 0.5 – 1 máy scan không phân biệt được chi tiết (mất chi tiết vùng sáng), vùng có Density từ 1-3 nằm trong khả năng của máy scan nên ảnh đầy đủ chi tiết trong khoảng này.

Ảnh B: D-min = 1.5, D-max = 3.5, D-range = 3.5 -1.5 = 2. Cả bản slide nằm trong khả năng của máy scan nên ảnh ra đầy đủ chi tiết mọi vùng.

Ảnh C: D-min = 2.5, D-max = 4.5, D-range = 4.5-2.5 = 2. Vùng có Density từ 4-4.5 máy scan không phân biệt được chi tiết (mất chi tiết vùng tối), vùng có Density từ 2.5-4 nằm trong trong khả năng của máy scan nên ảnh đầy đủ chi tiết trong khoảng này.

Kết luận: Mọi máy scan đều có khoảng D-range nhất định, mọi ảnh có Density nằm trong khoảng vận hành của máy sẽ cho đầy đủ màu sắc và chi tiết như nhìn được bằng mắt thường trên slide, các ảnh có vùng nằm ngoài phạm vi của máy scan sẽ bị mất chi tiết. D-min và D-max của scanner cũng quan trọng, nó cho thấy máy có khả năng đọc bản film vùng sáng hay vùng tối có cân bằng hay không. Máy có D-range = 3 nhưng D-min = 0.5, D-max = 3.5 sẽ scan chi tiết vùng sáng trên slide tốt hơn; nhưng nếu D-min = 1.5, D-max = 4.5 sẽ có khả năng scan chi tiết trên vùng tối slide tốt hơn.

6. Mối quan hệ giữa mật độ điểm trên film, độ tương phản và khẩu độ chênh sáng
Ta đã hiểu khái niệm về mật độ điểm Density của bản film, nhưng điều này chỉ có ý nghĩa với máy scan, không có ý nghĩa với nhiếp ảnh. Trong nhiếp ảnh thì khái niệm quy đổi từ Density ra chính là tương phản (contrast), là sự khác biệt giữa vùng sáng nhất và tối nhất trên ảnh. Từ tương phản ta quy ra mức độ chênh sáng giữa vùng tối nhất và sáng nhất trên ảnh theo cách sau:

f-stop = log(1/Contrast-ratio)

Bảng trên hiểu như sau: với bản film có dải mật độ điểm D-range =1.5, nghĩa là nơi sáng nhất được lộ sáng nhiều gấp 32 lần nơi tối nhất, cũng có nghĩa là 2 vùng này chênh nhau 5 khẩu. Ngược lại nếu chụp được một tấm ảnh có nơi sáng nhất chênh nơi tối nhất 6 khẩu, nghĩa là D-range của bản film sẽ là 1.8.

Máy ảnh số ngày nay có thể chụp tấm ảnh raw có tương phản lên tới 1/2048, tức là 11 khẩu.

7. Khả năng chụp/scan của một vài thiết bị
Giờ sử dụng khẩu độ chênh giữa vùng sáng nhất và tối nhất làm thước đo, ta có thể tạm quy đổi ra (một cách tương đối) về khả năng chụp ảnh của một vài thiết bị :

Note: Thực ra film slide không hề có dynamic range thấp, tuy thấp so với âm bản nhưng vẫn tương đối tốt so với các máy ảnh DSLR dòng entry level. Vấn đề mọi người hay nói là slide dễ chụp sai sáng phần lớn là do:

• D-range nhỏ nên thay đổi nhỏ về exposure sẽ dẫn đến ảnh hưởng lớn (với negative thì sẽ hầu như khó thấy sự ảnh hưởng)
• Việc scan không đủ tốt nên không ghi nhận chi tiết của slide, rất nhiều slide khi scan bị mất chi tiết nhưng quan sát bằng mắt thường vẫn thấy chi tiết ở bản slide.

8. Ghi nhận chi tiết tại những vùng nằm ngoài dải scan
Máy scan về cơ bản nó cũng giống máy ảnh, nếu có trường hợp tấm ảnh cần scan nằm ngoài dải mà nó có thể scan được thì máy sẽ tăng thời gian scan lên (giống như giảm tốc độ chụp ở máy ảnh).

Tấm slide cần scan trên có D-range = 2, máy scan có D-range = 3. Như vậy mọi chi tiết của tấm film nằm hoàn toàn trong khả năng của máy scan. Tuy nhiên Máy scan có density trong dải 1 – 4, ảnh có density trong dải 2.5 – 4.5, như vậy phần nằm từ 2.5 – 4 sẽ được máy scan bắt trọn, còn phần từ 4-4.5 sẽ bị mất chi tiết. Để khắc phục điều này, máy scan tăng thời gian chiếu sáng qua bản slide, lúc này khả năng của máy scan dịch chuyển lên dải từ 1.5 – 4.5 và hoàn toàn có thể scan bản slide trong 1 lần scan duy nhất.

Note: máy ảnh số cũng tương tự, khi cần chụp vật nằm ngoài dải D-range thì người chụp có lựa chọn tăng thời gian phơi sáng (giảm tốc độ chụp) hoặc tăng ISO. Với cách tăng ISO thì ngoài việc dịch chuyển được D-range của máy còn gây ra việc thu nhỏ chính D-range này đi. Nghĩa là tăng ISO chụp ảnh làm giảm tương phản của tấm ảnh đi.

9. D-range của máy scan không phải lúc nào cũng cùng tiêu chuẩn
2 máy scan có thể có cùng D-range nhưng không có nghĩa ảnh scan từ 2 máy này sẽ đầy đủ chi tiết giống nhau. Lý do là các hãng áp dụng các tiêu chuẩn ghi nhận D-range của sản phẩm khác nhau. Quan sát ví dụ sau, ta xét tới 2 máy scan có D-range = 3 nhưng cách hoạt động hoàn toàn khác nhau.

VD1: máy Scan #1 có D-range từ 1-4, scan 3 tấm slide A B C có Density như sau:

Máy scan #1 có thể scan D-range = 3 trong 1 lần duy nhất. Vậy nên:

• Slide A: D-range = 2 < D-range của Scanner #1, có dải 4-4.5 nằm ngoài khả năng scan, máy tăng thời gian scan đến vị trí màu đỏ để scan slide A
• Slide B: D-range = 2 < D-range của Scanner #1, nằm hoàn toàn trong dải 1-3 thuộc phạm vi của scan, máy scan Slide B bình thường.
• Slide C: D-range = 3 = D-range scanner #1, máy scan slide C trong 1 lần scan duy nhất.

VD2: máy Scan #2 có Drange từ 1-4 theo NSX công bố, tuy nhiên nó không thể scan dải này trong 1 lần duy nhất. D-range thực của máy chỉ là 2.

• Slide A: D-range = 2 = Drange scanner #2 tuy nhiên có dải 4-4.5 nằm ngoài dải mặc định nên máy tăng thời gian scan để scan slide A trong 1 lần.
• Slide B: D-range = 2 = D-range scanner #2 và nằm hoàn toàn trong dải mặc định của máy, máy scan slide B bình thường.
• Slide C: D-range = 3 > 2 = D-range scanner #2, nhưng vẫn =D-range mà NSX công bố, vậy nên máy chỉ có thể scan bản slide C dải từ 1-3 (mất chi tiết vùng tối) hoặc scan dải từ 2-4 (mất chi tiết vùng sáng), nhưng không thể làm 2 việc này cùng lúc. Vậy nên slide C sẽ bị mất chi tiết vùng tối hoặc mất chi tiết vùng sáng, dù D-range của nó vẫn nằm trong dải mà NSX công bố.