Hiệu suất của một chiếc máy ảnh kỹ thuật số phụ thuộc vào nhiều yếu tố—cảm biến hình ảnh, ống kính bạn sử dụng, v.v. Trong số này, một trong những yếu tố quan trọng nhất là bộ xử lý hình ảnh, liên quan đến hầu hết các chức năng và quy trình trong chụp ảnh. Trên các máy ảnh Canon EOS, cốt lõi đằng sau sự xuất sắc chụp ảnh là bộ xử lý hình ảnh DIGIC, được phát triển nội bộ bởi Canon. Đọc tiếp để tìm hiểu thêm về nó.

Bộ xử lý hình ảnh là gì?

Bộ xử lý hình ảnh là gì?

Trước khi chúng ta có thể hiểu bộ xử lý hình ảnh có chức năng gì, chúng ta hãy xem cách một chiếc máy ảnh kỹ thuật số tạo ra hình ảnh.

Hình ảnh kỹ thuật số được tạo ra như thế nào: giải thích đơn giản hóa

(1) Ánh sáng từ cảnh đi vào máy ảnh qua ống kính.
(2) Ánh sáng được ghi lại bởi cảm biến hình ảnh.
(3) Cảm biến hình ảnh mã hóa thông tin trong ánh sáng thành tín hiệu điện. 
(4) Các tín hiệu điện này được xử lý bởi bộ xử lý hình ảnh để tạo thành hình ảnh kỹ thuật số. Trong các máy ảnh Canon EOS, bộ xử lý hình ảnh này được gọi là DIGIC.

Như sơ đồ bên trên cho thấy, công việc chính của bộ xử lý hình ảnh của máy ảnh kỹ thuật số là giúp cảm biến hình ảnh chuyển ánh sáng thành hình ảnh kỹ thuật số. Nhưng không chỉ có vậy. Máy ảnh kỹ thuật số được tạo thành từ các thành phần khác nhau, chẳng hạn như bộ phận cửa trập và các bộ phận giao tiếp với ống kính, tất cả hoạt động cùng nhau vì chúng nhận hướng dẫn từ “bộ não” của máy ảnh—bộ xử lý hình ảnh DIGIC.

Lịch sử của DIGIC

Bộ xử lý hình ảnh DIGIC bắt nguồn từ khi Canon thoát khỏi quy chuẩn sử dụng bộ xử lý LSI (tích hợp quy mô lớn) sản xuất hàng loạt và quyết định phát triển bộ xử lý của riêng họ. “Bộ xử lý hình ảnh” đột phá đó tạo ra khả năng xử lý nhiều dữ liệu hơn ở tốc độ cao, và mở đường cho các máy ảnh tiên tiến hơn, có độ phân giải cao hơn.

Chiếc máy ảnh đầu tiên được trang bị bộ xử lý hình ảnh này là PowerShot S10 (Phiên bản tiếng Anh), được ra mắt vào năm 1999. Sau nhiều lượt tinh chỉnh, cuối cùng nó đã được tích hợp vào EOS 10D (Phiên bản tiếng Anh) (ra mắt năm 2003) với tên gọi “DIGIC”.

 

Điều gì xảy ra bên trong máy ảnh khi bạn chụp?

Bạn đã từng nghĩ về những gì xảy ra bên trong máy ảnh khi bạn chụp ảnh?

DIGIC, bộ não đa nhiệm của máy ảnh

Trên thực tế, công cụ xử lý hình ảnh còn làm được nhiều việc hơn chứ không chỉ là chuyển ánh sáng do cảm biến hình ảnh thu được thành hình ảnh kỹ thuật số.

Ví dụ, khi chúng ta nhấn một nửa nút chụp bằng cách sử dụng chế độ phơi sáng tự động có bật AF (tự động lấy nét), đã có ít nhất hai quy trình đang diễn ra:

Khi nhấn một nửa nút chụp, bộ xử lý hình ảnh bắt đầu đo sáng. Từ đó, nó sẽ tính toán các thiết lập phơi sáng tốt nhất cho cảnh, sau đó giao tiếp với các bộ phận liên quan để điều chỉnh thiết lập cho phù hợp.

Khi bạn khởi động AF, DIGIC sẽ phân tích thông tin từ cảm biến hình ảnh để phát hiện và theo dõi đối tượng. Đồng thời, nó giao tiếp với ống kính để di chuyển cơ chế lấy nét bên trong ống kính và thiết lập tiêu điểm.

Dĩ nhiên, chức năng của DIGIC không chỉ có thế. Trên thực tế, đó chỉ là sự khởi đầu. Lưu đồ bên dưới cho thấy DIGIC tham gia mọi giai đoạn tạo ra hình ảnh như thế nào, trước và sau khi bạn nhả cửa trập:

Vâng, đó là lượng xử lý cần thiết cho chỉ một hình ảnh!

Bây giờ hãy tưởng tượng—nếu bạn chụp 10 khung hình mỗi giây, quy trình trên sẽ phải lặp lại 10 lần mỗi giây. Độ phân giải cảm biến hình ảnh càng cao, càng nhiều dữ liệu để xử lý trên mỗi lần chụp và gánh nặng cho bộ xử lý càng lớn. Đó là lý do tại sao một bộ xử lý hình ảnh nhanh, mạnh mẽ là rất quan trọng để có hiệu suất máy ảnh cao hơn.

DIGIC đã cải thiện như thế nào trong những năm qua

2002	DIGIC	Đạt được khả năng xử lý tín hiệu chỉ với một chip xử lý
2004	DIGIC II	Nhanh hơn, ít nhiễu hơn
2006	DIGIC III	Ảnh có độ phân giải cao hơn; hỗ trợ phát hiện khuôn mặt
2008	DIGIC 4	Ảnh có độ phân giải cao hơn; nhanh hơn; phát hiện chuyển động
2011	DIGIC 5	Giảm nhiễu tốt hơn; cân bằng trắng tốt hơn
2013	DIGIC 6	Khả năng quay video (Full HD/60p)
2016	DIGIC 7	Ảnh có độ phân giải cao hơn; nhiều chức năng hơn (theo dõi đối tượng, phát hiện, ổn định hình ảnh)
2018	DIGIC 8	Chức năng chụp và khả năng quay video được cải thiện (4K)
2020	DIGIC X	Khả năng video được cải thiện (>4K); nhanh hơn; hỗ trợ thuật toán học sâu

DIGIC và công nghệ học sâu

DIGIC X: Hỗ trợ công nghệ học sâu

Phiên bản mới nhất của DIGIC là DIGIC X, hỗ trợ công nghệ học sâu cùng với nhiều cải thiện khác.

Tại sao DIGIC lại cần thiết cho công nghệ học sâu?

Học sâu là một hình thức học máy sử dụng nhiều lớp mạng nơron nhân tạo, dựa trên các cấu trúc tương tự trong não người. Việc sử dụng công nghệ học sâu đẩy nhanh sự phát triển của các thuật toán nhận dạng đối tượng để chúng có thể phát hiện phạm vi các loại đối tượng đa dạng hơn với độ chính xác cao hơn.

EOS R7 + RF600mm f/4L IS USM @ f/4, 1/1600 giây, ISO 100
Học sâu là những gì đã giúp đào tạo thuật toán trong máy ảnh được trang bị DIGIC X để nhận dạng một con chim là một con chim.

Máy ảnh không thể tự “học”: điều này đòi hỏi nhiều sức mạnh xử lý chứ không chỉ là có thể lắp vào một thân máy. Thay vào đó, chúng được nạp các thuật toán học sâu là kết quả của việc học được thực hiện tại phòng thí nghiệm phát triển. Chạy những thứ này đòi hỏi phải có bảng mạch và công suất xử lý chuyên biệt, là những thứ có trong DIGIC X.

Các máy ảnh được trang bị DIGIC X và chúng có thể làm gì

EOS-1D X Mark III: Ra mắt DIGIC X

Máy ảnh đầu tiên có DIGIC X, EOS-1D X Mark III, có khả năng phát hiện đầu thông qua học sâu. Tính năng này bổ sung cho khả năng phát hiện khuôn mặt hiện hữu, cải thiện khả năng theo dõi đối tượng trong các cảnh chẳng hạn như thể thao trong đó khuôn mặt của một vận động viên có thể bị che khuất.

EOS R5 và EOS R6: Phát hiện động vật thông qua học sâu

EOS R5 (Phiên bản tiếng Anh) và EOS R6 khai thác công nghệ học sâu để phát hiện mắt, khuôn mặt, và toàn bộ cơ thể của mèo, chó và chim.

EOS R3, EOS R7, EOS R10 và những máy ảnh khác

EOS R3 sử dụng học sâu để hỗ trợ:
- Phát hiện xe đua thể thao
- Phát hiện thân người
- Phát hiện đầu của các vận động viên thể thao mùa đông đeo kính bảo hộ và mũ bảo hiểm
- Cải thiện khả năng phát hiện mắt

EOS R3, EOS R7 và EOS R10 theo sau nó, cũng sử dụng công nghệ học sâu để cải thiện độ chính xác của cân bằng trắng tự động.

Tìm hiểu thêm về các chức năng AF của EOS R3 trong:
Tìm hiểu các Tính Năng AF trên EOS R3

Máy ảnh có DIGIC X có thể phát hiện gì

Đối tượng	Các bộ phận được phát hiện	EOS R3	EOS R5/R5 C	EOS R6	EOS R7/R10	EOS-1D X Mark III
Con người	Mắt/Mặt/Đầu	●	●	●	●	●
	Thân	●	●	●	●	-
Chó/Mèo/Chim	Mắt/Mặt/Toàn Thân	●	●	●	●	-
Chó/Mèo/Chim	Mắt/Mặt/Toàn Thân	●	●	●	●	-
Đua xe thể thao Dẫn động 4 bánh/2 bánh	Cả xe/bộ phận	●	●	●	●	-

●Video: Eye Detection AF trên EOS R3

Vai trò của DIGIC khi chụp liên tục tốc độ cao

Chụp liên tục tốc độ cao và theo dõi đối tượng chính xác

DIGIC làm gì khi chụp liên tục?

Bạn có nhớ quy trình xử lý được nêu trước đó trong bài viết này? Trong khi chụp liên tục, quy trình đó được lặp lại cho mỗi lần chụp. Ngoài ra, DIGIC cũng thực hiện các tính toán để dự đoán vị trí của các đối tượng chuyển động và giữ cho chúng đúng nét. Trên các máy ảnh hỗ trợ lấy nét tự động dựa trên học sâu, điều này bao gồm việc chạy thuật toán học sâu nặng về xử lý.

EOS R3 hiện nay có khả năng chụp liên tục nhanh nhất trong tất cả các máy ảnh EOS: hình ảnh có độ phân giải đầy đủ lên đến 30 khung hình/giây với màn trập điện tử khi nó được ra mắt lần đầu tiên, và lên đến 195 khung hình/giây (cho tối đa 50 ảnh) với bản cập nhật phần sụn 1.2.0, được công bố vào tháng 7, 2022. Hãy tưởng tượng: toàn bộ quy trình xử lý được tiến hành 50 lần trong vòng chưa đầy một giây. Đây là minh chứng cho tốc độ và sức mạnh của DIGIC X.

	Độ phân giải pixel hình ảnh	Màn trập cơ (tốc độ chụp liên tục tối đa)	Màn trập điện tử (tốc độ chụp liên tục tối đa)
EOS-1D X Mark III	20.1MP	16 fps	20 fps
EOS R3	24.1MP	12 fps	195 fps*
EOS R5/R5 C	45.0MP	12 fps	20 fps
EOS R6	20.1MP	12 fps	20 fps
EOS R7	32.5MP	15 fps	30 fps
EOS R10	24.2 MP	15 fps	23 fps

* Lên đến 50 tấm. Với bản cập nhật phần sụn 1.2.0.

DIGIC, khoa học màu sắc, và chất lượng hình ảnh

Nền tảng của chất lượng hình ảnh

Bộ xử lý hình ảnh làm gì sau khi bạn chụp một tấm ảnh?

Hãy tóm tắt lại quy trình được mô tả trong phần đầu của bài viết. Trên thực tế, Phần (4) của quy trình phức tạp hơn rất nhiều. Để trình bày bằng ngôn ngữ bình dân, nó trông giống như thế này hơn:

Dữ liệu RAW giống như phiên bản kỹ thuật số của phim âm bản—nó cần được rửa (xử lý) theo cách kỹ thuật số trước khi chúng ta có thể xem ảnh. Chính bộ xử lý hình ảnh DIGIC điều khiển cảm biến hình ảnh, đọc tín hiệu điện, và rửa ảnh kỹ thuật số.

Nắm thông tin này: Vai trò của DIGIC trong khoa học màu sắc

Bản thân cảm biến hình ảnh là "mù màu"—nó chỉ có thể thu thập thông tin về cường độ ánh sáng chiếu tới nó, chứ không thể ghi lại màu sắc. Ảnh màu có được chủ yếu là do:

1. Một dải bộ lọc màu RGB (CFA) nằm ở phía trước của cảm biến hình ảnh, lọc ánh sáng thành các thành phần màu đỏ (R), xanh lục (G), và xanh lam (B) riêng biệt. Cảm biến hình ảnh không thể tự phân biệt màu sắc, nhưng nó có thể ghi lại cường độ ánh sáng trong từng thành phần, sau đó nó truyền đến bộ xử lý hình ảnh dưới dạng tín hiệu điện. Những tín hiệu này cũng được mã hóa trong tập tin RAW dưới dạng dữ liệu kỹ thuật số.

2. Một thuật toán depayer (Phiên bản tiếng Anh) (hay khử mosaic), mà bộ xử lý hình ảnh sử dụng để xử lý dữ liệu R, G, và B từ cảm biến hình ảnh, sau đó dựng (“tái tạo”) màu sắc trong hình ảnh.

Đây là hai yếu tố chính đằng sau cái mà nhiều người gọi là “khoa học màu sắc” của máy ảnh. Màu sắc được tạo ra ngay từ máy ảnh phản ánh mức độ xử lý hiệu quả của bộ xử lý hình ảnh đối với dữ liệu màu.

Điều gì xảy ra khi bạn tháo bộ lọc màu khỏi cảm biến hình ảnh? Tìm hiểu ở đây (Phiên bản tiếng Anh)—nhưng đừng tự mình thử điều này!

DIGIC cũng tiến hành xử lý hậu kỳ để cải thiện chất lượng và hình thức trực quan của hình ảnh lấy thẳng từ máy ảnh. Những quy trình này bao gồm áp dụng:
- Chỉnh quang sai ống kính
- Creative filter
- Kết hợp HDR trong máy ảnh
- Đa phơi sáng

Quy trình xử lý hình ảnh hoàn tất khi hình ảnh được chuyển đổi thành JPEG (8 bit) và/hoặc HEIF (10 bit), được nén, và ghi vào thẻ nhớ. Bây giờ bạn đã biết tại sao các tập tin JPEG hoặc HEIF lấy thẳng từ máy ảnh trông đẹp hơn nhiều so với các tập tin RAW!

HDR PQ HEIF: Ảnh HDR chỉ trong một lần phơi sáng

Có thể tạo video 8K

Sức mạnh xử lý cho phép quay video 8K

Ngày nay, quay video độ phân giải cao đã trở thành một chức năng thiết yếu trên tất cả các máy ảnh kỹ thuật số. Tuy nhiên, để quay được video chất lượng cao, độ phân giải cao thì cần sức mạnh xử lý rất lớn do lượng dữ liệu trong mỗi khung hình.

Trước khi có DIGIC 7, Canon chủ yếu ưu tiên chụp ảnh tĩnh khi phát triển các bộ xử lý hình ảnh. Tuy nhiên, từ DIGIC 8 trở đi, nó bắt đầu tập trung nhiều hơn vào các chức năng xử lý liên quan đến video. Điều này đã làm phát sinh ra những chiếc máy ảnh có khả năng quay video tốt hơn trước, từ khả năng quay phim 4K đến hỗ trợ nhiều tính năng video hơn.

Các thông số kỹ thuật video chính cho máy ảnh với DIGIC X

	Độ phân giải cao nhất	4K tăng tần số lấy mẫu	Tốc độ khung hình cao
EOS-1D X Mark III	5.5K DCI RAW 60P	Từ 5.5K	4K 120P
EOS R3	6K DCI RAW 60P	Từ 6K	4K 120P
EOS R5	8K DCI RAW 30P	Từ 8.2K	4K 120P
EOS R5 C	8K DCI RAW 60P	Từ 8.2K	4K 240P*
EOS R6	4K UHD IPB 60P	Từ 5.1K	FHD 120P
EOS R7	4K UHD IPB 60P	Từ 7K	FHD 120P
EOS R10	4K UHD IPB 60P Đã Crop	-	FHD 120P

* Với bản cập nhật phần sụn 1.2.0.

Một khung hình 4K DCI/UHD lần lượt là 8,85 và 8,3 megapixel. Mặc dù mức đó là thấp hơn nhiều so với một tấm ảnh tĩnh trên cùng một máy ảnh, nhưng AF và tự động phơi sáng phải được tính toán lại cho mỗi khung hình. Điều này có nghĩa là quy trình xử lý được giới thiệu bên trên được lặp lại 60 lần mỗi giây khi bạn quay video 60 fps.

Sợ bạn nghĩ rằng đó là vì 4K có kích thước nhỏ, hầu như tất cả các máy ảnh DIGIC X đều có thể quay 4K tăng tần số lấy mẫu—có nghĩa là chúng đang xử lý nhiều dữ liệu hơn 4K. Trên thực tế, khung hình 8K lớn hơn bốn lần so với khung hình 4K và EOS R5 C có khả năng ghi hình RAW 8K DCI 60P. Điều này phản ánh khả năng của DIGIC X.

Xem thêm:
EOS C70, R5 C, R5, hay R3: Nên Mua Máy Nào Để Quay Video?
8K, 4K và Full HD là gì? Tôi Có Thể Sử Dụng Chúng Bằng Cách Nào?

Kết luận

Tóm tắt: DIGIC, cốt lõi của hiệu suất máy ảnh

Khi thảo luận về hiệu suất của máy ảnh, nhiều người chú ý đến các tính năng như dãy tương phản của cảm biến hình ảnh. Tuy nhiên, chúng ta không nên bỏ qua bộ xử lý hình ảnh, hiệu suất của nó quyết định chất lượng hình ảnh cuối cùng.

Trong quá trình Canon theo đuổi chất lượng hình ảnh cao, DIGIC đã trải qua nhiều năm cải tiến. Phiên bản mới nhất của nó, DIGIC X, được phát triển với sự cân nhắc đến cả tính năng chụp ảnh tĩnh và quay phim. Với bảng mạch chuyên dụng để xử lý các thuật toán học sâu cũng như các cải tiến giúp tăng tốc các quy trình khác nhau, nó là thành phần cốt lõi quan trọng để đạt được chất lượng hình ảnh vượt trội và trải nghiệm chụp ảnh mượt mà.