สีม่วงเย็นกับปัญหาการมองเห็นของกล้อง

สีม่วงเย็นกับปัญหาการมองเห็นของกล้อง

Wuttipong Nim-orn
Wuttipong Nim-orn
Instructor of DozzDIY
หากใครที่ศึกษาการรับรู้ของเซ็นเซอร์หลังจากที่แสงวิ่งผ่านชั้นกรองเพื่อระบุว่าเป็นแสงสีอะไร เชื่อได้ว่ามันจะเป็นการนำพาไปสู่คำตอบที่ว่า ’ทำไมกล้องถ่ายภาพดิจิตอลจึงรับสีม่วงเย็นไม่ได้’ แล้วสีม่วงที่เราเห็นในภาพซึ่งก็ไม่น่าจะผิดแผกอะไรนั้นเกิดขึ้นมาด้วยกระบวนการใด ในบทความนี้จะเป็นการศึกษาในเชิงเหตุและผลซึ่งแน่นอนว่าไม่ได้ทำให้ถ่ายภาพได้ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่จะช่วยให้เข้าใจว่าถ้าจบหลังกล้องเราจะพลาดอะไรไปบ้าง
สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Spectrum)

ในสภาพแวดล้อมที่เราเห็นโดยธรรมชาติแสงแสดงตัวออกมาในรูปแบบของคลื่นและอนุภาคและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านี้เองก็เป็นสิ่งที่อยู่รอบตัวเราตลอดเวลา เพียงแต่ว่าจะมีอยู่เพียงแค่บางส่วนที่ความสามารถของมนุษย์สามารถมองเห็นได้ ซึ่งสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (Visible Spectrum) จะหมายถึงช่วงๆหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงเท่านั้น (เพราะรับรู้ได้แค่นี้) เฉลี่ยอยู่ที่ 380-780 ไมโครเมตร โดยที่มนุษย์แต่ละคนอาจจะมีความสามารถในการมองน้อยกว่าเนื่องจากความไม่สมบูรณ์หรือมากกว่าก็จะไม่ต่างจากนี้มากนัก

Visible Spectrum – สเปกตรัมที่มองเห็นได้

การรับแสงของเซ็นเซอร์รูปภาพ

เซ็นเซอร์รูปภาพนั้นบอดสี จึงต้องมีตัวแปลภาษาของแสงให้เซ็นเซอร์รูปภาพรู้ว่าในแต่ละพิกเซลนั้นควรจะเป็นแสงสีอะไร เราเรียกชั้นที่กรองแสงนั้นว่าฟิลเตอร์ซึ่งรูปแบบของฟิลเตอร์เซ็นเซอร์ที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้คือฟิลเตอร์แบบเบเยอร์’ (Bayer Filter) ด้วยการเรียงจุดพิกเซลแบบ 1 สี ต่อ 1 จุด ได้แก่ แดง,เขียว และ น้ำเงิน แปะลงไปตรงเซลล์รับภาพของเซ็นเซอร์ (เรียกว่าโฟโต้ไซต์’ – Photosite) และทุกๆสีที่เกิดขึ้นนอกเหนือจากแม่สีแสง จะเกิดขึ้นจากการผสมกันของแม่สีแสงซึ่งก็ดูปกติไม่น่ามีปัญหาอะไร

Bayer Sensor – ชั้นฟิลเตอร์แบบเบเยอร์ที่ให้ความสมบูรณ์ไม่ครบในแต่ละแม่สีแสง

แต่ว่าปัญหาด้านการมองเห็นจริงๆนั้น ถ้าสังเกตคลื่นที่มนุษย์มองเห็นได้จะพบว่า สีม่วง ที่แยกออกเป็น ม่วงเย็น (Violet) และ ม่วงร้อน (Purple) จะอยู่บริเวณนอกขอบเขตการรับรู้จากฟิลเตอร์ (ฟิลเตอร์ทำให้เซ็นเซอร์รับรู้ในขอบเขต แดงเขียวน้ำเงิน และผสมสีกันในขอบเขต) ทำให้กล้องที่เลียนเสมือนการมองเห็นของมนุษย์ไม่สามารถรับแสงสีม่วงได้

ปัญหาของแสงสีม่วงที่มีมาอย่างยาวนาน

เนื่องจากว่าเซ็นเซอร์รูปภาพของกล้องถ่ายภาพดิจิตอลจะรับได้ต่ำสุดที่ราวๆ 420nm การจะแก้ไขให้สีม่วงเย็นให้แสดงได้ถูกต้องนับเป็นเอกสิทธิ์ของบริษัทที่พัฒนาในแต่ละค่ายและคนส่วนมากไม่อาจล่วงรู้ในส่วนนี้ได้ก็จริง แต่ที่แน่ๆเราก็พอเดาได้ว่าจะต้องเกิดจากปัญญาประดิษฐ์หรือชุดโปรแกรมที่ต้องคาดเดาเอาเอง ซึ่งในเมื่อเป็นแบบนั้นแล้วสีก็ไม่มีความแม่นยำ 100% อย่างแน่นอน โดยที่อาจจะเพี้ยนไปเป็นสีที่ใกล้เคียงการรับรู้ของกล้อง เช่นถ่ายภาพสีม่วงเย็น (Violet) แต่กลับได้สีน้ำเงิน (Blue)

กล้องที่ดีมากขึ้นจะเก็บสีม่วงได้ดีมากขึ้นด้วย และรุ้งกินน้ำก็เปป็นตัววัดประสิทธิภาพในการเก็บสีดังกล่าวได้ดี
Photo by Paweł Fijałkowski from Pexels

ยิ่งมองย้อนไปถึงการคาดเดาสีที่รับรู้ได้ เช่น การถ่ายวัตถุที่มีสีแดงทั้งชิ้น แต่เซลล์รับสีแดงในฟิลเตอร์มีเพียงแค่ 25% ของพื้นที่ทั้งหมดในฟิลเตอร์ (100% ของเซ็นเซอร์ = แดง25% + เขียว50% +น้ำเงิน25%) พื้นที่อีก 75% ที่ไม่ใช่สีแดงอาจจะประมวลผลเป็นสีแดงที่อ่อนหรือเข้มกว่ามาให้ ทำให้สีอาจไม่อิ่มตัวเท่าความเป็นจริง ส่งผลให้สีม่วงที่เกิดขึ้นจากการประมวลผลนั้น ถ้าไม่ผิดไปเลยก็ได้สีมาไม่สมจริงขึ้นไปอีก (ยังไม่กล่าวถึงสีม่วงที่เก็บค่าไม่ได้)

แล้วเราจะแก้ไขปัญหาที่มีมาอย่างยาวนานนี้ได้อย่างไร?

ตอนนี้เราก็รู้แล้วว่าต่อให้เป็นกล้องอะไรสีม่วงก็เป็นปัญหาอยู่ดี สาเหตุที่ทำให้กล้องถ่ายภาพดิจิตอลมักมองสีม่วงเย็น (Violet) เป็นสีน้ำเงิน (Blue) ขอให้ย้อนกลับมาดูค่าการตอบสนองของคลื่นแสงที่มนุษย์มองเห็น จะพบว่าที่ช่วงคลื่นความยาว 450 นาโนเมตรนั้นมีการมองเห็นของมนุษย์ตอบสนองทั้งแดงและน้ำเงิน แต่ในกล้องถ่ายภาพดิจิตอลนั้นกลับไม่พบการตอบสนองของแสงสีแดงในช่วงความยาวคลื่นดังกล่าว

ความยาวคลื่นที่ตอบสนองโดยสายตามนุษย์เทียบกับเซ็นเซอร์รูปภาพจากกล้องถ่ายภาพดิจิตอล
(ที่มา : https://www.quora.com/Why-does-purple-light-appear-blue-in-cameras)

ปัจจุบันกล้องที่มีราคาแพงและเซ็นเซอร์ใหญ่ขึ้นก็มีการพัฒนาให้รับแสงสีม่วงได้ดีมากยิ่งขึ้น แต่การแก้ไขหลักๆนั้นอยู่ในรูปของภาพต้นฉบับที่ไม่สมบูรณ์จึงต้องเอาสีม่วงที่สร้างได้จากโปรแกรมตกแต่งภาพถ่ายมาชดเชยเข้าไปแทน แทบจะไม่มีวิธีอื่นที่ดีไปกว่าการเรียนรู้โปรแกรมตกแต่งภาพถ่ายเพื่อชดเชยความสามารถที่ไม่ครบถ้วนนี้เลย

หลักสูตรถ่ายภาพและแต่งภาพจากเรา