Sự khác biệt giữa mắt trần và thị giác máy trong việc định nghĩa “độ sáng”
Trong thế giới công nghệ hiện đại, khái niệm "độ sáng" không chỉ giới hạn ở mắt trần mà còn mở rộng qua thị giác máy. Sự khác biệt trong cách mắt người và cảm biến máy tiếp nhận ánh sáng đã mở ra nhiều ứng dụng đột phá, thay đổi cách chúng ta hiểu và sử dụng ánh sáng.
Trong lĩnh vực xử lý hình ảnh bằng thị giác máy, các thuật ngữ như “sáng” và “tối” được sử dụng rất thường xuyên. Tuy nhiên, ý nghĩa của chúng không giống như khi nói về mắt trần của con người. Nguyên nhân là do bản chất của “ánh sáng” – yếu tố quyết định “độ sáng” – có sự khác biệt lớn.
Định nghĩa “ánh sáng”
Khi nói đến mắt trần, “ánh sáng” được giới hạn trong dải khả kiến. Tuy nhiên, trong bối cảnh thị giác máy, khái niệm “ánh sáng” mở rộng từ cực tím đến hồng ngoại, tùy thuộc vào độ nhạy của cảm biến. Hiểu được sự khác biệt này là chìa khóa để khám phá tiềm năng mà thị giác máy có thể mang lại.
“Độ sáng” của mắt trần
Cảm giác “sáng” và “tối” mà con người trải nghiệm được hình thành bởi ánh sáng tác động lên mắt, kích thích võng mạc. Nói cách khác, khái niệm ánh sáng và độ sáng trong mắt trần mang tính tương đối, phụ thuộc vào cảm giác thị giác của mỗi cá nhân.
Hình 1. “Độ sáng” của mắt trần
Nhờ sự tiến bộ của khoa học công nghệ, khái niệm về ánh sáng đã được mở rộng vượt ra ngoài phạm vi cảm nhận của mắt trần. Ánh sáng mà mắt trần nhìn thấy là ánh sáng khả kiến, nằm trong dải bước sóng từ 380 nm đến 760 nm. Những nghiên cứu khoa học đã chứng minh rằng ánh sáng khả kiến thực chất chỉ là một phần của sóng điện từ – một quang phổ rộng lớn hơn mà mắt trần không thể nhìn thấy toàn bộ.
Điều này dẫn đến sự khám phá về các dạng sóng điện từ khác có chung tính chất vật lý với ánh sáng, chẳng hạn như tia cực tím (ultraviolet) và tia hồng ngoại (infrared). Tia cực tím bao gồm các bước sóng ngắn hơn ánh sáng tím mà mắt trần cảm nhận (360 đến 400 nm). Trong khi đó, tia hồng ngoại nằm ở dải bước sóng dài hơn ánh sáng đỏ khả kiến (760 đến 830 nm).
Với hiểu biết này, ánh sáng có hai định nghĩa: một là ánh sáng hạn chế trong phạm vi mắt trần có thể nhìn thấy, và hai là ánh sáng với nghĩa rộng, được định nghĩa như một dạng năng lượng vật lý thuần túy. Thêm vào đó, mắt trần không có độ nhạy đồng đều đối với tất cả các bước sóng trong dải khả kiến. Độ nhạy của mắt đạt mức cao nhất (cảm thấy sáng nhất) ở khoảng giữa dải khả kiến, và giảm dần (cảm thấy tối hơn) về hai đầu dải bước sóng.
“Độ sáng” của thị giác máy
Phim ảnh, cảm biến hình ảnh, và các loại cảm biến quang học khác cũng có khả năng cảm nhận ánh sáng. Tuy nhiên, độ nhạy của chúng đối với các bước sóng, cũng như mức độ nhạy cảm, có thể khác biệt đáng kể so với mắt trần và so với nhau.
Trong thị giác máy, độ sáng của hình ảnh phụ thuộc vào đặc điểm của cảm biến và camera. Ánh sáng cũng tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau, và tùy thuộc vào lượng năng lượng tại mỗi bước sóng từ vùng cực tím đến hồng ngoại (đặc điểm phân bố quang phổ), cường độ kích thích mà “mắt” của máy nhận được sẽ khác nhau.
Nếu năng lượng cao tại dải bước sóng mà cảm biến có độ nhạy cao, hình ảnh sẽ trông sáng hơn. Ngược lại, nếu năng lượng tập trung ở dải bước sóng mà cảm biến có độ nhạy thấp, hình ảnh sẽ tối hơn. Chẳng hạn, một camera hồng ngoại (chỉ nhạy với vùng hồng ngoại) có thể ghi lại hình ảnh mà mắt trần không thể nhìn thấy.
Hình 2. Camera hồng ngoại có thể ghi lại hình ảnh mà mắt trần không thể nhìn thấy
