Ma thuật đằng sau khả năng zoom 100x của Galaxy S20 Ultra là gì?

Camera của Galaxy S20 Ultra đang có một điểm đặc biệt mà hầu như chưa có ai từng tưởng tượng nó sẽ xuất hiện trên điện thoại: khả năng zoom 100x.

Samsung gọi nó là Space Zoom, và ngay cả khi zoom lên mức 100x hình ảnh cũng không còn sắc nét và rõ ràng một cách hoàn hảo nữa, đây vẫn là điều kỳ diệu so với những gì chúng ta thường biết. Thật khó có thể tin được rằng cảm biến nhỏ xíu của các camera trên điện thoại mà chúng ta từng biết và ống kính gần như không có chiều dài tiêu cự lại có thể zoom hình ảnh lên gấp 100 lần, và bạn vẫn có thể thấy được nội dung của nó.

Cho dù bí mật của phương pháp này không quá mới mẻ, khi các công ty như Huawei từng giới thiệu những camera điện thoại có khả năng zoom 50x, nhưng khả năng zoom đến 100x của Galaxy S20 Ultra vẫn là một thông số rất ấn tượng. Vậy Samsung đã làm điều đó như thế nào?

Chiều dài tiêu cự ống kính (focal length)

Chiều dài tiêu cự là khoảng cách từ trung tâm ống kính camera cho đến điểm hội tụ của ánh sáng sau khi đi qua ống kính. Đây không chỉ là thông số dành riêng cho ống kính camera. Các kính thiên văn, kính hiển vi và thậm chí cả kính áp tròng cũng có chiều dài tiêu cự. Đôi khi thông số này có thể thay đổi như ống kính camera của máy ảnh DSLR hoặc của kính hiển vi, nhưng đôi khi nó là con số cố định như kính áp tròng hoặc phần lớn ống kính camera điện thoại.

Chiều dài tiêu cự f: khoảng cách từ trung tâm ống kính camera cho đến điểm hội tụ ánh (hay mặt phẳng tiêu cự).

Chiều dài tiêu cự là một thông số quan trọng trong nhiếp ảnh. Khi khoảng cách này ngắn, bạn sẽ có được các bức ảnh với góc nhìn rộng hơn nhưng bạn sẽ mất đi khả năng làm nổi bật các đối tượng tại khoảng cách xa. Và ngược lại cũng đúng. Chiều dài tiêu cự dài hơn sẽ thu hẹp góc nhìn (hay trường nhìn thấy) nhưng bạn có thể làm nổi bật đối tượng tại khoảng cách xa hơn.

Điều này cũng tương tự như khi bạn sử dụng ống nhòm. Bạn có thể thấy những thứ ở rất xa nhưng bạn cũng chỉ có thể thấy ở một góc nhìn rất hẹp. Đây là một sự đánh đổi khi sử dụng các ống kính quang học. Tuy nhiên mọi thứ lại rất khác đối với khả năng zoom kỹ thuật số khi ảnh zoom thực chất là crop lại từ một bức ảnh gốc với góc chụp rộng hơn.

Cho dù zoom kỹ thuật số đã có mặt trên gần như mọi camera smartphone hiện nay, nhưng nếu bạn muốn có được các hình ảnh sắc nét và rõ ràng từ những đối tượng ở khoảng cách từ 10m trở lên, bạn sẽ cần một ống kính zoom quang học thực sự.

Camera ống kính tiềm vọng

Hệ thống camera ống kính tiềm vọng trên Galaxy S20 Ultra.

Tạo ra một hệ thống camera trên smartphone có chiều dài tiêu cự đủ lớn để mang lại khả năng zoom quang học là một thách thức khổng lồ. Smartphone vốn rất mỏng, và ngay cả với module camera đang gồ lên trên mặt lưng điện thoại, cảm biến máy ảnh vẫn gần như nằm sát ống kính, khiến chiều dài tiêu cự của camera rất ngắn.

Và để dịch chuyển ống kính ra xa cảm biến, Samsung đã sử dụng hệ thống ống kính tiềm vọng. Cùng nguyên tắc với ống kính tiềm vọng trên tàu ngầm nhưng thay vì có một ống kính nổi lên trên mặt lưng, ống kính và cảm biến được đặt thẳng nhau thành một hàng ngang trên mặt lưng điện thoại. Lăng kính sẽ được sử dụng để hướng ánh sáng từ ống kính đi xuyên qua hệ kính tiềm vọng vào thẳng cảm biến ở phía sau.

Một sticker dán trên máy pha cafe cũng hiện rõ dưới khả năng 100x của Samsung S20 Ultra.

Chừng nào lăng kính còn giữ được hình dạng và góc xoay chính xác, hệ thống camera này còn cho phép gia tăng chiều dài tiêu cự mà không làm méo hình ảnh. Trong khi hệ thống ống kính tiềm vọng của Oppo mang đến khả năng zoom quang học 5X, nhưng trên Galaxy S20 Ultra, Samsung sử dụng cách sắp xếp ống kính tiềm vọng riêng với tên gọi "Hybrid Optic Zoom" đã gia tăng khả năng zoom quang học lên 10X.

10 lần của 10x

Khả năng zoom quang học 10x dường như không quá ấn tượng như zoom 100x hay thậm chí như cái tên Space Zoomy. Để đạt được khả năng zoom ấn tượng này, giờ là lúc cần đến các cảm biến camera độ phân giải cao và một số thủ thuật xử lý hình ảnh.

Với khả năng zoom 100x, bạn có thể thấy cả tiêu đề của cuốn sách nằm trên giá tầng trên.

Khi bạn zoom hình ảnh vượt qua mốc 10x, bộ xử lý hình ảnh của S20 Ultra sẽ sử dụng các phương pháp zoom kỹ thuật số trên dữ liệu hình ảnh thu thập được từ cả cảm biến chụp ảnh tele 48MP và cảm biến camera chính 108MP. Hình ảnh sẽ được crop lại và làm nét dựa trên những gì ống kính máy ảnh tele "nhìn thấy" cùng với giá trị ánh sáng và các dữ liệu cảm biến khác mà cảm biến camera chính thu thập được.

Thực hiện được những tác vụ trên là nhờ vào phần cứng và thuật toán phần mềm xử lý hình ảnh mạnh mẽ trên S20 Ultra. Sử dụng bộ xử lý hình ảnh DSP của Qualcomm và phần mềm có chất lượng tương tự như những gì tính năng chụp ảnh thiếu sáng của Google, bạn có thể có được những bức ảnh sắc nét ngay cả khi zoom ở mức cao.

Những hình ảnh trên cho thấy Galaxy S20 Ultra đang làm được điều tưởng chừng không thể trên điện thoại - zoom một bức ảnh đến 100x và nhìn thấy được những chi tiết mà bạn còn không thể thấy được bằng mắt thường.