HDR - Hình đa tông (High Dynamic Range)

Hình đa tông hay còn gọi là hình HDR, là hình ảnh thể hiện được chi tiết nhiều tông ảnh với phạm vi tông ảnh (Dynamic range) cao hơn khả năng ghi nhận của máy ảnh. Điều này cho phép chúng ta thấy được tất cả ánh sáng trong một khung cảnh, mà một tấm ảnh bình thường không có khả năng thể hiện, đơn giản do giới hạn về kỹ thuật. Một chức năng được gọi là“Merge to HDR hay HRD toning” bên trong phần mềm Photoshop cho phép  kết hợp nhiều hình ảnh có độ phơi sáng khác nhau thành một hình ảnh duy nhất, trong đó chứa đựng các tông ảnh của tất cả các tấm hình.

	→
Tấm hình bình thường		Hình HDR
Hình của Kyle Kruchock

Hạn chế của phạm vi tông ảnh và lý do dùng HDR

Độ phân giải của cảm biến máy ảnh kỹ thuật số ngày càng tăng cao dần, và kích thước của điểm ảnh cũng nhỏ lại, một trong những tính năng không hưởng lợi từ điều này chính là phạm vi tông ảnh. Điều này được thể hiện đặc biệt trong các máy ảnh nhỏ gọn hiện đại với nhiều triệu điểm ảnh, nhưng hình ảnh của nó dễ dàng gặp các vấn đề liên quan đến vùng quá sáng hay nhiễu ảnh trong vùng tối. Hơn nữa, có những khung cảnh đơn giản chỉ chứa một phạm vi sáng lớn hơn khả năng ghi nhận của một máy ảnh kỹ thuật số hiện tại

Về khía cạnh độ sáng, gần như các máy ảnh đều có thể ghi nhận một phạm vi rộng lớn, vấn đề thực hiện trong một tấm hình thì không thể được. Bằng cách thay đổi tốc độ chụp, máy ảnh có thể thay đổi lượng sáng đi vào cảm biến. Bức hình đa tông tận dụng tính năng này bằng cách tạo ra nhiều hình với độ phơi sáng khác nhau.

Bên trong tập tin hình HDR

Photoshop tạo ra một hình HDR bằng cách sử dụng các thông tin chứa trong EXIF ​​của mỗi tấm ảnh để xác định tốc độ màn trập, khẩu độ và ISO. Điều này cho phép Photoshop biết được lượng ánh sáng thực tế đi vào mỗi vùng của từng tấm ảnh. Vì ánh sáng này có thể khác nhau về cường độ, Photoshop tạo ra hình HDR bằng cách sử dụng 32-bit để chứa thông tin của mỗi kênh màu (bình thường chỉ có 16 hoặc 8-bit).

Từ đó, bức hình HDR có khả năng chứa một phạm vi lớn mức độ sáng, có thể điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu của bạn. Tuy nhiên, lợi ích chính của các hình 32-bit được sử dụng hiệu quả hơn các hình ảnh 8 hoặc 16-bit, vì thế chúng tôi gọi hình 32-bit là "hình đa tông thấp" hoặc hình LDR.

Các tập tin HDR 32-bit có thể chứa một phạm vi tông ảnh lớn hơn, bởi nó sử dụng các bit của mình để xác định con số động,còn được gọi là ký hiệu khoa học. Một con số động bao gồm một số thập phân từ 1 đến 10, nhân với 10 lũy thừa nào đó, ví dụ như 5.4 x10 ³ , trái ngược với các số nguyên thông thường của 0-255 (cho bit-8) hoặc 0-65535 (cho 16 -bit). Bằng cách này, một tập tin ảnh 32-bit có thể xác định 4,300,000,000 mức độ sáng, được thể hiện dưới con số động là 4,3 x 10 ^9, , đó là con số quá lớn.

Con số động chắc chắn trông sẽ ngắn gọn hơn, số bit nhiều hơn sẽ thể hiện con số lớn hơn, vậy phạm vi tông ảnh sẽ rộng hơn? Có những vấn đề xảy ra. Các bit được sử dụng để xác định màu sắc chính xác hơn, chứ không mở rộng phạm vi tông ảnh. Điều này dẫn đến, các BIT càng xa được sử dụng để mô tả các tông tối hơn so với tông sáng hơn.

(00000000)  Trắng
(00000001)
(00000010)
(00000011)
(00000100)
(00000101)
…….
(11111111) Đen

Tông sáng thực tế

Các BIT của hình LDR từ từ giãn rộng ra

Tập tin HDR giải quyết tình trạng khó khăn của LDR bằng cách dùng những giá trị tông ảnh thể hiện qua số nổi, tương ứng với độ sáng thực tế của chủ đề. Điều này tạo nên các bit được đặt cách đều nhau trong phạm vi năng động và cho hiệu quả cao hơn. Con số động cũng đảm bảo rằng tất cả các tông ảnh được ghi lại với độ chính xác tương đối giống nhau, từ con số như 2.576x10 ³ và 8.924x10 ⁹ đều cùng là một chữ số có bốn số, mặc dù con số theo sau có thể lớn hơn gấp triệu lần.

Lưu ý: Số BIT sử dụng càng cao, không có nghĩa  hình ảnh sẽ có nhiều màu sắc hơn, một tập tin HDR không bảo đảm phạm vi tông ảnh cao hay thấp mà tùy vào bức hình thực tế.

Các bit mở rộng tạo ra con số rất lớn được cung cấp bởi định dạng HDR, và kết quả cho phép lưu một phạm vi tông ảnh gần như vô hạn. Đây chỉ là khả năng lưu, còn mức độ cao thấp của phạm vi tông ảnh còn tùy thuộc vào khả năng ghi nhận của máy ảnh trên từng tấm hình. Tuy nhiên, màn hình máy tính của bạn và máy in chỉ hiển thị tông ảnh trong một phạm vi giới hạn. Vì thế chúng ta cần chuyển đổi tập tin HDR 32-bit thành các hình ảnh có thể xem được trên máy tính của bạn, hoặc trên bản in của bức ảnh. Bước chuyển đổi này được gọi là"sắp xếp tông ảnh"