เรื่อง+ภาพ : ศุภฤกษ์ นฤเบศร์ไกรสีห์
บทความนี้มาจาก Camerart Magazine ฉบับ 209/2015 Fevruary
บทที่ 5 การเกิดภาพของเซ็นเซอร์รับแสง
อิมเมจเซ็นเซอร์ในกล้องดิจิตอลทั้ง CCD และ CMOS ทำงานเหมือนกันคือ เมื่อมีแสงตกลงไปบนเซ็นเซอร์ จะเกิดสัญญาณไฟฟ้าขึ้นมา กล้องจะนำสัญญาณนั้นไปขยายและส่งไปยัง Analog to Digital Converter ทำหน้าที่แปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นข้อมูลดิจิตอล หรือภาพดิจิตอลนั้นเอง ปริมาณไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนั้นจะขึ้นกับปัจจัย 2 ประการคือ ปริมาณแสงที่ตกลงบนเซ็นเซอร์ และความไวต่อแสงของเซ็นเซอร์
Image Sensor เป็นหัวใจสำคัญสำหรับกล้องดิจิตอล ทำหน้าที่เปลี่ยนแสงให้เป็นสัญญานไฟฟ้า กำหนดคุณภาพของไฟล์ภาพที่จะเกิดขึ้นในลำดับต่อไป
ชั้นล่างสุดของ Image Sensor คือ Photosite ทำหน้าที่เปลี่ยนแสงให้เป็นกระแสไฟฟ้า มีช่วงการทำงานในช่วงหนึ่ง
ปริมาณแสงที่ตกลงบนเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์จะตอบสนองคือให้กำเนิดสัญญาณไฟฟ้าได้เมื่อมีปริมาณแสงที่เหมาะสมตกลงบนเซ็นเซอร์ในปริมาณหนึ่งเท่านั้น ยกตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ตอบสนองต่อแสงตั้งแต่ 1-100000 lux/second หากน้อยกว่านี้เช่น 0.2 lux/second นั้นก็จะไม่เกิดสัญญาณไฟฟ้า นั้นคือ ไม่เกิดภาพขึ้นมา เป็นคำตอบว่า ทำไมในส่วนมืดถึงไม่ปรากฏรายละเอียดในภาพถ่าย หรือทำไมเมื่อเราวัดแสงผิดภาพถึงเป็นสีดำ เพราะเซ็นเซอร์ไม่สามารถเก็บภาพขึ้นมาได้นั่นเอง
ส่วนปริมาณแสงที่มากเกินไปจะทำให้ปริมาณไฟฟ้าถึงขีดจำกัด เซ็นเซอร์จะไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างได้ ทำให้เวลาถ่ายภาพย้อนแสง หรือมีส่วนสว่างจ้าในภาพ ส่วนสว่างจ้านั้นจะกลายเป็นสีขาวเรียบมองไม่เห็นรายละเอียด เพราะเซ็นเซอร์แยกความแตกต่างในปริมาณแสงที่มากเกินไปไม่ได้แล้วนั่นเอง ความแตกต่างระหว่างปริมาณแสงน้อยที่สุดกับมากที่สุดที่จะทำให้เกิดสัญญาณไฟฟ้าและมีความแตกต่างของสัญญาณได้ เราเรียกว่า ช่วงการรับแสง หรือ Dynamic Range
เซ็นเซอร์ทุกตัวจะมีช่วงปริมาณแสงที่เหมาะสมในการทำให้เกิดสัญญาณไฟฟ้า ถ้ามากกวานั้นจะแยกความแตกต่างไม่ได้ น้อยกว่านั้นไม่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ ทำให้เกิดภาพที่มีรายละเอียดจำกัด ช่วงความสว่างของแสงจากมืดที่สุดถึงสว่างที่สุดที่สามารถเกิดภาพได้เรียกว่า Dynamic Range
ภาพถ่ายทั้งหมดเกิดจากความแตกต่างของสีและแสง ส่วนสว่างมากเป็นสีขาว สว่างน้อยเป็นสีดำ การถ่ายภาพจึงเป็นการเล่นกับช่วงความสว่างของวัตถุ เวลาเราถ่ายภาพจะใช้ค่าเฉลี่ยความสว่างของวัตถุมาใช้งาน
ค่า Dynamic Range ของกล้อง DSLR จาก dpreview.com
เซ็นเซอร์ที่มีช่วงการรับแสงกว้างจะให้ภาพมีรายละเอียดส่วนสว่างและส่วนมืดที่ดีกว่า สามารถดึงรายละเอียดส่วนต่างๆ ในการปรับแต่งภาพได้ดี มีโทนสีต่อเนื่องและดูเป็นธรรมชาติมากกว่า กล้องดิจิตอลที่ดีต้องมีช่วงการรับแสงกว้าง (Wide Dynamic Range) เพื่อให้รับแสงได้กว้าง ปรากฏรายละเอียดได้ดีในส่วนสว่างและส่วนมืด และต้องมีความลึกสีของเซ็นเซอร์ (Bit Depth) สูงด้วย ค่า Bit Depth จะบอกถึงความสามารถในการไล่ระดับโทนสีตลอดช่วง Dynamic Range ของกล้องว่าไล่ระดับได้มากน้อยเพียงไร โดยมีการคำนวณง่ายๆ จาก “จำนวนโทนสี = 2 ยกกำลัง Bit” เช่น กล้องมีค่าความลึกสี 14Bit จะมีจำนวนระดับโทนสี 2 ยกกำลัง 14 คือ 16,384 ขั้น ซึ่งค่า Bit Depth ดูได้จากโบรชัวร์ของกล้องนั่นเอง ส่วน Dynamic Range ได้จากการทดสอบโดยตรง
