Liệu ảnh JPEG có thể được tinh chỉnh để đạt chất lượng RAW hay không?

Suốt nhiều năm qua, người chơi ảnh vẫn luôn đau đáu một câu hỏi: "Liệu một bức ảnh JPEG có thể được tinh chỉnh để đạt chất lượng ngang ngửa một bức ảnh RAW không?"

Tại sao lại có câu hỏi này? Bởi các nhiếp ảnh gia từ khi mới vào nghề đều được dạy rằng "nên chụp ảnh RAW". Ngày nay, rất nhiều ảnh chỉ ở định dạng JPEG, từ ảnh chụp bằng điện thoại, ảnh stock, đến những bức ảnh cũ vô giá. Sẽ rất tốt nếu chúng ta có thể tăng cường chất lượng những hình ảnh JPEG lên mức RAW để có thể đáp ứng những đòi hỏi trong khâu biên tập ảnh RAW của các nhiếp ảnh gia ngày nay.

Không may là, câu trả lời từ trước đến nay luôn là "Không". Định dạng JPEG được giới thiệu vào năm 1994, chủ yếu để giảm kích cỡ tập tin và tiết kiệm bộ nhớ lưu trữ. Những hình ảnh được lưu dưới dạng JPEG có kích cỡ nhỏ hơn rất nhiều và cũng mất rất nhiều thông tin - những thông tin này không thể khôi phục được, và những thiệt hại về mặt chất lượng cũng không thể đảo ngược. Vẫn có những thay đổi bạn có thể thực hiện để hình ảnh trông tốt hơn một chút, ví dụ như sử dụng plugin Photoshop "Topaz DeJPEG" - vốn sử dụng một thuật toán để loại bỏ những sản phẩm phụ của quá trình nén ảnh, cho ra sản phẩm gần "tối ưu". Tuy nhiên, DeJPEG dù có thần thông mấy cũng không thể khôi phục các chi tiết đã mất được.

Hình 1: bạn có đoán được hình nào là JPEG, hình nào là RAW, hình nào là JPEG được tăng cường chất lượng không?

Nhưng nếu câu trả lời "Không" kia có thể trở thành "Có" thì sao? Trước khi đi sâu hơn, hãy đào sâu một chút về sự khác biệt giữa hình ảnh JPEG và RAW.

Hình ảnh RAW xuất hiện khi các máy ảnh kỹ thuật số DSLR chất lượng cao bắt đầu thay thế máy phim. Một ảnh RAW thường được tạo ra trực tiếp từ một máy ảnh DSLR bằng cách lưu dữ liệu cảm biến hình ảnh với mức độ hao hụt được giảm đến mức tối thiểu, nhờ đó có thể đạt được chất lượng hình ảnh tối đa trong quá trình hậu kỳ. Điều này khả thi bởi máy ảnh DSLR sử dụng các cảm biến hình ảnh tốt nhất và có các thành phần quang học chất lượng cao, kết quả cho ra các hình ảnh RAW chất lượng cao.

Hình ảnh JPEG thường được tạo ra bởi các máy ảnh nhỏ, như điện thoại, hoặc được lưu sau quá trình biên tập để giảm kích cỡ, giúp đăng tải lên mạng dễ dàng hơn. Điện thoại hay các máy ảnh PnS giá rẻ có cảm biến hình ảnh rất nhỏ, tạo ra hình ảnh với độ nhiễu hạt cao hơn nhiều. Quá trình tiền xử lý trên máy ảnh do đó cần được thực hiện để giảm độ nhiễu hạt, giúp hình ảnh trông tốt hơn. Quá trình này cũng loại bỏ nốt các chi tiết trong hình ảnh. Tiếp đó, nó còn bị chuyển sang không gian màu sRGB 8-bit để giảm lượng dữ liệu trong hình. Đây là lúc vấn đề xuất hiện, bởi sRGB chỉ có thể hiển thị khoảng 50% số màu sắc mà mắt bạn có thể thấy được. Cuối cùng, bộ mã hóa JPEG sẽ nén hình ảnh để có kích cỡ tập tin nhỏ hơn nữa, dẫn đến thông tin tiếp tục bị mất!

Hình 2: kích cỡ cảm biến hình ảnh trên máy ảnh

Hình 3: biểu đồ không gian màu

Có thể tóm tắt sự khác biệt giữa JPEG và RAW như sau:

- Cảm biến/quang học: JPEG kích cỡ nhỏ, RAW kích cỡ lớn --> ảnh JPEG nhiễu hạt nặng, đặc biệt ở các vùng tối

- Không gian màu: JPEG sRGB, RAW lấy dữ liệu trực tiếp từ cảm biến (đôi lúc là Adobe RGB) --> JPEG chỉ còn giữ lại 50% lượng màu sắc nhìn thấy được

- Bits/kênh màu: JPEG 8 bit/kênh, 24 bit/điểm ảnh; RAW 10-12 bit/kênh, 30-36 bit/điểm ảnh --> ảnh JPEG bị hiện tượng banding khi tăng độ tương phản ở những vùng đều màu như bầu trời, khả năng chỉnh sửa hậu kỳ giới hạn

- Độ nén: JPEG nén theo khối, RAW không nén --> ảnh JPEG bị bể hạt, rìa răng cưa, mất chi tiết, bệt màu ở rìa.

Nhưng bạn nên nhớ rằng, một hình ảnh JPEG khi được lưu ở mức chất lượng trên 70, nó trông gần đẹp bằng hình ảnh RAW. Vấn đề chỉ xuất hiện khi bạn biên tập, chỉnh sửa quá nhiều phần trong ảnh.

Với những thông tin đã bị mất trong quá trình mã hóa JPEG, và sự thật là máy ảnh JPEG thường có ống kính lẫn cảm biến nhỏ, bạn dễ dàng đi đến kết luận rằng không thể tăng cường hình ảnh JPEG lên mức RAW. Trên thực tế, kết luận đó là chính xác, cho đến thời gian gần đây!

Trong vòng vài năm qua, chúng ta đã đạt được những bước phát triển mang tính cách mạng trong Trí tuệ nhân tạo và ứng dụng của nó trong tăng cường chất lượng hình ảnh. Sử dụng "deep learning", các mạng lưới thần kinh nhân tạo đã đạt được những kết quả ấn tượng. Vậy thì, tại sao chúng ta không thử sử dụng AI để tăng cường chất lượng hình ảnh JPEG lên mức RAW?

Ở trên, chúng ta vừa nói rằng, về mặt lý thuyết, khôi phục các thông tin đã mất là điều bất khả thi. Làm sao một mạng lưới thần kinh nhân tạo lại có thể làm điều không thể?

Cách dễ dàng nhất để giải thích điều đó là AI tiếp cận vấn đề này từ một góc nhìn rất khác biệt. Thay vì cố đảo ngược quá trình làm mất thông tin, vốn bất khả thi, chúng ta huấn luyện một mạng thần kinh "nhớ" hình ảnh RAW trông ra sao trước khi nó được chuyển sang một hình ảnh JPEG. Chúng ta huấn luyện mạng lưới thần kinh bằng một lượng lớn các hình ảnh RAW chất lượng cao cùng với các phiên bản JPEG tương ứng của chúng, để nó học và nhớ những sự tương đồng. Sau khi đã được "học" đủ số hình ảnh cần thiết, mạng lưới thần kinh sẽ "nhớ" được cách xuất ra một hình ảnh chất lượng cao hơn ngay cả khi chúng ta nhập vào một hình ảnh JPEG mới mà nó chưa từng được biết. Giống như khi bạn thấy một người bạn từ xa vậy. Dù họ quá xa, bạn không thể hình dung ra các chi tiết bằng mắt thường, bạn có thể hình dung hoặc nhớ người bạn đó trông ra sao với những chi tiết sống động.

Hình 4: cấu trúc mạng thần kinh trong não chúng ta

Hình 5: cấu trúc một mạng thần kinh nhân tạo

Để hướng tiếp cận này đạt hiệu quả, các nhà nghiên cứu phải đối mặt với những thách thức sau:

- Bộ dữ liệu hình ảnh RAW dùng để huấn luyện: Họ cần những hình ảnh RAW thuộc mọi chủ đề và mọi loại ảnh - rất nhiều ảnh. Họ đã phải tìm trên mạng, xin mọi người khác cho phép mạng lưới thần kinh được thấy những hình ảnh RAW của họ, lục tìm lại những hình ảnh cũ, hoặc...tự tay chụp thêm hình. Cuối cùng, họ đã tạo dựng được bộ dữ liệu hình ảnh RAW toàn diện nhất từng thấy trong lĩnh vực deep learning.

- Một kiến trúc mạng thần kinh phù hợp và phương thức phù hợp để huấn luyện nó: đối với thách thức này, các nhà nghiên cứu đã tận dụng những nghiên cứu trước đó liên quan đến upsampling hình ảnh (Topaz AI Gigapixel) và giảm nhiễu hạt (Topaz AI Clear), và sử dụng kiến trúc mạng thần kinh đã được chứng minh là có hiệu quả. Họ thậm chí còn đi xa hơn, đào sâu hơn, tạo ra hơn 30 lớp thần kinh, đầu tư vào những máy chủ GPU lớn và chạy chúng trong nhiều tháng trời cùng lúc để giúp mạng lưới từ từ học hỏi từ bộ dữ liệu hình ảnh RAW lớn của họ.

- Chạy mạng thần kinh sâu đủ nhanh trên một chiếc PC: các nhà nghiên cứu tiếp tục tinh chỉnh GPU độc quyền của riêng họ dựa trên bộ máy suy luận của mạng thần kinh để cho phép nó chạy ở mức chấp nhận được ít nhất là trên những chiếc máy tính cá nhân tầm trung.

Sau nhiều tháng huấn luyện, họ tạo ra được một phần mềm mới mang tên "Topaz JPEG to RAW AI". Bạn nhớ hình ảnh đầu bài (hình 1) chứ? Hình bên phải là ảnh RAW chất lượng cao, hình bên trái là ảnh JPEG được nén với chất lượng 15, và hình giữa là hình JPEG sau khi được tăng cường chất lượng bằng "Topaz JPEG to RAW AI". Đây là một hình ảnh khá khó, và kết quả cho ra chưa hẳn ngang với chất lượng RAW, nhưng AI đã làm rất tốt, xét việc hình ảnh JPEG trước đó đã bị nén quá mạnh và mất hầu hết mọi chi tiết.

Tổng thể, chúng ta có thể xem tóm tắt kết quả như sau:

- Về khả năng khử nhiễu: AI khử được 4/5, tương đương với RAW

- Về khôi phục chi tiết: AI khôi phục được 4/5, tương đương với RAW

- Về bit: JPEG 8 bit, AI 16 bit, RAW 10-12 bit

- Về không gian màu: JPEG sRGB, AI ProPhoto RGB 4/5, RAW Adobe RGB 4/5

- Về mức màu đen: JPEG không còn chi tiết trong vùng đen, AI khôi phục được 2/5, RAW 5/5

- Về mức màu trắng: JPEG không còn chi tiết trong vùng trắng, AI khôi phục được một 2/5 chi tiết highligh nếu ít nhất một kênh RGB không bị bão hòa màu, RAW 5/5

- Về độ mờ hình ảnh: AI làm hình ảnh sắc nét hơn, nhưng đôi lúc khiến nó hơi mất tự nhiên (4/5), RAW không làm sắc nét, mọi thứ đều tự nhiên (4/5).

Dưới đây là một số hình ảnh khác để so sánh:

Loại bỏ các sản phẩm phụ sau nén:

Khôi phục chi tiết và độ sắc nét:

Khử nhiễu:

Những hình ảnh JPEG được tăng cường chất lượng có ngang với ảnh RAW không? Tùy vào sự đánh giá của bạn. Nếu muốn thử qua AI này, bạn có thể tải bản dùng thử của Topaz JPEG to RAW AI tại đây.

Minh.T.T


Đánh giá gần đây
Đọc nhiều nhất Phản hồi nhiều nhất

1 Chuyên gia Nhật khẳng định đa số mọi người đều cắt móng chân sai cách, đây mới là cách làm đúng!

2 Trung Quốc không thể tấn công tàu sân bay của Mỹ, và đây là lý do tại sao

3 Tại sao những nước nghèo không in thêm tiền để giàu có hơn?

4 Đừng tùy tiện mượn cáp sạc của người không quen biết nếu bạn không muốn nhận lấy những hậu quả khôn lường

5 12 mẹo và kỹ thuật giúp bạn trở thành cao thủ gõ 10 ngón, thoát kiếp "mổ cò"

Tin Liên quan
Các tin khác
a
Xem thêm
Góc nhìn VNREVIEW