Chiếu sáng trong ảnh và ứng dụng

TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18. 2014 
54 
CHIẾU SÁNG TRONG ẢNH VÀ Ƣ́NG DỤNG 
Lê Thị Đình11 
TÓM TẮT 
Trong cuộc sống, chúng ta cần có những bức ảnh sống động, phản ánh đúng, đủ 
trong từng thời kỳ, thời điểm nhất định.Chiếu sáng trong ảnh là quá trình chúng ta có thể 
thêm các hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh. Với việc thêm các hiệu ứng ánh sáng thực vào 
các bức ảnh đó có thể làm cho các bức ảnh sáng sủa, lãng mạn hơn và ngược lại cũng có 
thể làm cho bức ảnh đó trở nên tối tăm, ảm đạm hơn. Chiếu sáng ảnh có thể chỉnh sửa được 
mầu sắc ánh sáng, thay đổi chất lượng bề mặt bức ảnh. Bài viết này nghiên cứu một số kỹ 
thuật chiếu sáng trong ảnh, đồng thời giới thiệu chương trình cài đặt để tạo ra được các 
bức ảnh với màu sắc tùy ý. 
Từ khóa: Kỹ thuật chiếu sáng, hiệu ứng ánh sáng. 
1. SƠ LƢỢC VỀ CHIẾU SÁNG TRONG ẢNH 
Với sự phát triển rất mạnh mẽ của một số loại hình nghệ thuật văn hóa đòi hỏi chúng 
ta có những bức ảnh sống động rõ nét phản ảnh đúng, đủ trong từng thời kỳ, thời điểm nhất 
định. Để đáp ứng đƣợc các yếu tố đó đòi hỏi các bức ảnh phải đƣợc điều phối mầu sắc, ánh 
sáng cho phù hợp với các yêu cầu thực tế. Nhằm hỗ trợ thêm cho việc tạo ra các bức ảnh 
nhƣ mong muốn chúng ta cần nghiên cứu các kỹ thuật chiếu sáng trong ảnh. 
Chiếu sáng ảnh là quá trình chúng ta có thể thêm các hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh. 
Với việc thêm các hiệu ứng ánh sáng thực vào các bức ảnh đó có thể làm cho các bức ảnh 
sáng sủa, lãng mạn hơn và ngƣợc lại cũng có thể làm cho bức ảnh đó trở nên tối tăm, ảm 
đạm hơn. Chiếu sáng ảnh có thể chỉnh sửa đƣợc màu sắc ánh sáng, thêm vào nhiều kiểu ánh 
sáng một cách đa dạng, thay đổi chất lƣợng bề mặt bức ảnh, thêm vào nhiều loại hiệu ứng 
ánh sáng bao quanh. 
Một số hình ảnh minh họa cho việc chiếu sáng trong ảnh. 
2. KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG TRONG ẢNH 
11
ảnh gốc ảnh sau khi đƣợc tăng thêm 
ngồn sáng 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18. 2014 
55 
2.1. Một số kỹ thuật chiếu sáng trong ảnh. 
2.1.1. Kỹ thuật Phong Shading 
Phong shading dùng để chỉ một tập hợp các kỹ thuật trong đồ họa máy tính 3D. 
Phong shading bao gồm: Mô hình của sự phản chiếu ánh sáng từ các bề mặt và 
phƣơng pháp ƣớc tính màu sắc điểm ảnh bằng những dạng bình thƣờng của bề mặt, các bề 
mặt đó đã đƣợc nội suy trên những đa giác định dạng. 
Nhƣ vậy để trở thành phong shading thì vị trí phản chiếu phải là bóng của điểm ảnh 
2.1.2. Kỹ thuật phản chiếu ngược Phong Shading 
Kỹ thuật phong shading đƣợc xây dựng thành các phƣơng trình Phong để áp dụng 
cho bóng quan sát trong một bức ảnh có pháp tuyến bề mặt của những vật thể nhìn thấy 
đƣợc. 
Ngƣợc lại khi các bức ảnh có bóng quan sát bề mặt pháp tuyến nhìn thấy đƣợc đều 
tính toán đƣợc những pháp tuyến nhất định nhằm xác định một bức ảnh là tự nhiên hay đã 
qua chỉnh sửa. 
Đó chính là kỹ thuật phản chiếu ngƣợc của phong shading 
2.1.3. Kỹ thuật Gouraud Shading. 
Gouraud shading, là một phƣơng pháp đƣợc sử dụng trong đồ họa máy tính để mô 
phỏng các hiệu ứng khác nhau của ánh sáng và màu sắc trên bề mặt của một đối tƣợng. 
Trong thực tế, Gouraud shading đƣợc sử dụng để đạt đƣợc ánh sáng mịn trên bề mặt 
đa giác thấp (low polydon) mà không có các yêu cầu nặng nề về tính toán chiếu sáng cho 
mỗi điểm ảnh. 
Nguyên tắc cơ bản của phƣơng pháp này là: 
Cách tính pháp tuyến trên bề mặt của mỗi đỉnh trong mô hình 3D là pháp tuyến này 
đƣợc tạo nên bởi trung bình của các pháp tuyến bề mặt những hình đa giác có chung đỉnh 
đó. 
Sử dụng cách tính này, ánh sáng tính toán dựa trên mô hình phản chiếu Phong, sau 
đó đƣợc điều chỉnh để tạo ra cƣờng độ màu sắc ở các đỉnh. Cƣờng độ điểm ảnh ở màn hình 
có thể đƣợc nội suy song tuyến từ giá trị màu sắc đƣợc tính tại các đỉnh. 
2.1.4. Phép nội suy Phong 
Phép nội suy phong là thể hiện phƣơng pháp nội suy màu trên hình đa giác. Để thực 
hiện đƣợc điều đó ta thực hiện nội suy tuyến tính một véc tơ bình thƣờng trên bề mặt của 
một đa giác từ những pháp tuyến đỉnh của đa giác đó. 
Hình 2.1.3. Mô tả kỹ thuật Gouraud Shading 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18. 2014 
56 
Các pháp tuyến bề mặt đƣợc nội suy và trở lại bình thƣờng tại mỗi điểm ảnh sau đó 
đƣợc sử dụng trong mô hình phản chiếu Phong để có điểm màu cuối cùng. Đó chính là phép 
nội suy phong. 
2.2.Tính bất biến về màu sắc với RETINEX 
Theo lý thuyết retinex, ba cơ quan thụ cảm khác nhau đƣợc sử dụng bên trong võng 
mạc trƣớc hết phản ứng với sóng dài, sóng trung và sóng ngắn. 
Các cơ quan thụ cảm này đo năng lƣợng của các phần khác nhau của quang phổ thấy 
đƣợc. Mỗi bộ thụ cảm hoạt động nhƣ một đơn vị thực hiện đo năng lƣợng. 
Lý thuyết về tính bất biến của màu sắc đƣợc thể hiện thông qua thí nghiệm mà Land 
đã thực hiện với nội dung nhƣ sau: 
Land đặt hai tờ giấy với hệ số phản xạ là là 40% và 80% cạnh nhau. Nguồn sáng 
đƣợc lựa chọn sao cho số lƣợng ánh sáng phản xạ từ trung tâm tờ giấy thứ nhất tƣơng 
đƣơng với lƣợng ánh sáng phản xạ từ tờ giấy còn lại. Tờ bên trái tối hơn so với tờ phía bên 
phải. Tuy nhiên, nếu bút chì đƣợc đặt lên mép giữa hai tờ giấy thì hai tờ giấy có cùng hệ số 
phạn xạ. Đồ thị phía bên phải thể hiện cƣờng độ ánh sáng 
Không phải tự nhiên mà có tính bất biến ánh sáng (ví dụ lúc đầu chƣa che thì không 
có hiện tƣợng này) 
Vùng biên đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên tính bất biến. Biên chính là chỗ 
giao nhau giữa hai tờ giấy đó nên nếu ta có thể làm triệt tiêu biên hoặc làm trơn biên (ví dụ: 
lấy vật gì đó che chỗ giao nhau hai tờ giấy lại) thì sẽ xuất hiện, hiện tƣợng bất biến ánh sáng 
đó là ý tƣởng xuyên suốt của tính bất biến về màu sắc. 
2.3. So sánh các kỹ thuật chiếu sáng ảnh 
Kỹ thuật Gouraud shading có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với kỹ thuật truyền thống 
Flat Shading - vốn yêu cầu một lƣợng lớn các phép xử lý tính toán, do đó sẽ không thích 
Hình 2.2.2. Biểu đồ mô tả tính bất biến màu sắc 
Hình 2.2.1. Mô tả thí nghiệm của Land 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18. 2014 
57 
hợp trong các ứng dụng thời gian thực, đòi hỏi thời gian tính toán nhanh. Hơn nữa, với kỹ 
thuật Gouraud shading, ảnh kết quả sẽ mịn và có độ trơn hơn nhiều, không tạo ra hiệu ứng 
đa mặt trên đối tƣợng nhƣ với kỹ thuật Flat Shading. 
Tuy nhiên, so sánh với kỹ thuật Phong Shading thì Gouraud shading có một số điểm 
thuận lợi và hạn chế riêng. 
Nhƣợc điểm chính của kỹ thuật Phong Shading so với Gouraud Shading đó là độ 
phức tạp tính toán tăng lên rất nhiều bởi vì mô hình phản xạ Phong Reflection sẽ đƣợc tính 
toán tại mỗi điểm ảnh thay vì tại mỗi đỉnh của đa giác nhƣ là trong Gouraud Shading. 
So với kỹ Phong Shading thì Gouraud Shading thƣờng sẽ cho ra những kết quả không 
mong đợi. 
Trong trƣờng hợp các hiệu ứng ánh sáng có cƣờng độ cao và chói tại một số vị trí cục 
bộ nào đó (ví dụ nhƣ hiệu ứng làm nổi bật gƣơng) sẽ không đƣợc hiển thị một cách đúng 
đắn 
Ngoài ra nếu ánh sáng nằm trong vùng giữa của một đa giác nhƣng không trải đều ra 
các đỉnh của đa giác đó thì nó quá trình xử lý nội suy của kỹ thuật Gouraud Shading thƣờng 
sẽ cho ra những kết quả không mong đợi. 
Nhìn chung, mô hình Phong Shading và Phong Refection làm việc hiệu quả hơn 
Gouraud Shading khi mà chúng đƣợc áp dụng cho các hiệu ứng làm nổi bật gƣơng. 
Hơn nữa, mặc dù mô hình Phong Refection có nhƣợc điểm là tính toán phức tạp, tuy 
nhiên có các giải pháp cài đặt thay thế khác giúp giảm thiểu độ phức tạp tính toán mà không 
làm mất đi nhiều hiệu quả chiếu sáng, ví dụ nhƣ Blinn–Phong shading model. Các kỹ thuật 
Phong Shading và Phong Reflection thƣờng đƣợc sử dụng đồng thời với nhau để tạo ra các 
hiệu ứng chiếu sáng trong đồ họa 3D. 
3. CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 
3.1. Bài toán chiếu sáng trong ảnh 
Thực hiện đƣa vào một ảnh bất kỳ theo yêu cầu. 
Thêm nguồn sáng mới cho bức ảnh. Nguồn sáng này chúng ta có thể thiết lập mới, 
cũng có thể những nguồn sáng đƣợc phối sẵn tùy chọn cho từng bức ánh phù hợp . 
Khi có nguồn sáng nhƣ mong muốn thì chúng ta phải thực hiện việc chọn ra tọa độ 
thích hợp để chiếu nguồn sáng vào trong ảnh. 
Trong nguồn sáng cung cấp cho ảnh chúng ta cần chú ý xây dựng kiểu nguồn sáng, 
màu sắc cho nguồn sáng, cũng nhƣ cƣờng độ và bán kính nguồn sáng phù hợp với các tùy 
chọn cho bức ảnh cần chiếu sáng nêu trên. 
Ngoài ra chƣơng trình cũng phải đáp ứng đƣợc nhu cầu thay đổi, cập nhật mức độ, 
phạm vi chiếu sáng từng loại hình ảnh nghệ thuật. Tôi đã dùng ngôn ngữ C++ để cài đặt. 
3.2.Các khối Modul trong chƣơng trình đã đƣợc thực hiện. 
Khối Modul thực hiện mở một ảnh mới 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18. 2014 
58 
Khối Modul thực hiện xử lý thêm nguồn sáng vào ảnh 
Khối Modul thực hiện thêm nguồn sáng mới 
Khối Modul thực hiện thiết lập thông số nguồn sáng 
Khối Modul thực hiện các sự kiện khi thay đổi nguồn sáng 
Khối Modul thực hiện hiển thị kết quả xử lý ảnh 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] PTS Nguyễn Ngọc Kỷ, Bài giảng xử lý ảnh cho Cao học Tin học, 1997, ĐHBK Hà 
Nội, Hà Nội 1997; 
[2] PGS.TS Đỗ Năng Toàn, TS Phạm Việt Bình, Giáo trình môn học Xử lý ảnh, 2007, 
Khoa CNTT, Đai học Thái Nguyên, Thái Nguyên ; 
[3]  
[4]  
[5]  
[6]  
[7]  
[8]  
[9]  
[10] Ths. Lê Thị Đình, Luận Văn Thạc Sỹ- Khóa 8 Đại học CNTT Thái Nguyên 
A RESEARCH ON IMAGE LIGHTING TECHNIQUES 
AND THEIR APPLICATIONS 
Le Thi Dinh 
ABSTRACT 
 In life, we need clear and vivid pictures which reflect well in a certain time and 
period. Image lighting is a process in whicoverh we can add factual effects to images. By 
the addition of lighting effects to images , we can make the pictures become brighter or 
more romantic, and vice versa gloomier or darker. Image lighting can edit photo colors of 
light or change the quality of photo surfaces. This article studies some image lighting 
techniques and solves some mentioned problems. 
 Key words: Image lighting techniques and their applications.