เลือก “รูรับแสง” ค่าไหนให้คมชัด ความลับอยู่ที่...

ในการถ่ายภาพนั้น หลายคนมักคิดเหมือนๆ กันว่ายิ่งเราใช้ค่ารูรับแสงแคบเท่าไหร่ภาพก็จะยิ่งชัดมากเท่านั้น โดยเมื่อเราใช้ค่ารูรับแสงมากภาพก็จะยิ่งมีความชัดลึกเพิ่มขึ้น ซึ่งในอดีตตอนที่ผมเริ่มถ่ายภาพก็คิดเช่นนี้มาตลอด แต่เมื่อได้ลองปรียบเทียบภาพถ่ายที่ค่ารูรับแสงต่างๆกัน ก็พบว่าการใช้ค่ารูรับแสงที่แคบมากเกินไปก็ไม่ทำให้ภาพชัดมากขึ้นอย่างที่คิด กลับทำให้ภาพมีความคมชัดลดลงมากยิ่งขึ้น

สำหรับในคอลัมน์นี้ ผมได้ไอเดียจากคุณมติพล ตั้งมติธรรม เพื่อนผมเองที่ช่วยอธิบายหลักการทางวิทยาศาสตร์ให้เข้าใจแบบ “ภาษาคน” มากที่สุด จนผมอดไม่ได้ที่อยากจะนำมาบอกต่อให้กับผู้ที่ชื่นชอบการถ่ายภาพ โดยเนื้อหาหลักก็คือการทำความเข้าใจกับปัญหาเรื่องความคมชัดของการถ่ายภาพนั้น นอกจากเรื่องคุณภาพของเลนส์แล้ว ยังเกิดจากการเลือกใช้ค่ารูรับแสงที่ทำที่ทำให้ได้ภาพที่คมชัดที่สุดของเลนส์กับกล้องตัวนั้นๆ อีกด้วย เราเคยสังเกตกันไหมครับว่า ในกรณีที่เราต้องการให้ได้ภาพที่คมชัดที่สุดนั้น ก็มักจะมีนักถ่ายภาพหลายๆท่าน กล่าวไว้ว่า “ f/8.0 สิ...ชัดที่สุด” แต่เราเคยคิดกันไหมว่าจริงๆ แล้ว กล้องถ่ายภาพของเรากับเลนส์ที่เราใช้นั้น ความจริงแล้วค่ารูรับแสงที่ชัดที่สุด ดีที่สุดควรเป็นค่าไหน ซึ่งหากเราใช้กล้องถ่ายภาพแบบ compact ล่ะ เราจะทราบได้อย่างไรว่าควรใช้รูรับแสงเท่าไร แล้วถ้าเราใช้กล้องที่มี Sensor แบบ APS-C หรือแบบ Full Frame เราจะสามารถใช้รับแสงได้มากสุดเท่าไร...ปัญหาเหล่านี้เรามีคำตอบครับ

ในการถ่ายภาพเราอาจเคยได้ยินคำว่า “Diffraction Limit” กันอยู่บ่อยครั้ง ซึ่งคำนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพอย่างไร? เรามาลองทำความเข้าใจกันไปพร้อมๆ กันครับ สำหรับเนื้อหาในคอลัมน์นี้ผมได้นำมาเรียบเรียงใหม่ให้สามารถทำความเข้าใจกันไม่ยากมากนัก

การถ่ายภาพนั้นก็เปรียบเหมือนการวาดภาพด้วยแสงนั่นเอง และคุณสมบัติอย่างหนึ่งของแสงก็คือมันสามารถเลี้ยวเบนได้ ซึ่งผลจากการเลี้ยวเบนของแสงนี่เอง ที่ทำให้คุณภาพความคมชัดของภาพลดลง ซึ่งมันสามารถเกิดขึ้นได้กับกล้องทุกตัวไม่ว่ากล้องของคุณจะมีขนาดพิกเซลกี่ล้านพิกเซลก็ตาม การเลี้ยวเบนของแสงนี้มักเกิดจากการใช้รูรับแสงที่แคบมากเกินไป หรือพูดง่ายๆ ว่าใช้รูรับแสงเกิน Limit นั้นเอง ซึ่ง Diffraction Limit นั้นเป็นขอบเขตทางทฤษฎี และเกิดขึ้นจากคุณสมบัติความเป็นคลื่นและการแทรกสอดของแสง

การเลี้ยวเบน (Diffraction) คืออะไร
การเลี้ยวเบน คือปรากฏการณ์ที่คลื่นสามารถเคลื่อนผ่านสิ่งกีดขวางแล้วสามารถเคลื่อนที่อ้อมไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางได้ เช่น การเลี้ยวเบนผ่านขอบของสิ่งกีดขวาง หรือ การเลี้ยวเบนผ่านช่องเล็กๆ ยกตัวอย่างเช่น ลองเอาน้ำใส่ในกาละมัง แล้วโยนหินเม็ดเล็กๆลงไป จะเห็นคลื่นที่เกิดขึ้น และแนวกระจายคลื่น จากจุดที่หินหล่นลงผิวน้ำ กระจายออกไป จากนั้นลองเอาวัตถุมาวางขวางแนวกระจายคลื่นนี้ดูจะเห็นว่า มีคลื่นบางส่วนเกิดการเลี้ยวเบน

หลักการของการเลี้ยวเบนของแสงผ่านรูรับแสง คือ
“ถ้าขนาดรูรับแสงกว้างกว่าความยาวคลื่นมาก คลื่นจะเกิดการเลี้ยวเบนน้อย
แต่ถ้าขนาดรูรับแสงแคบ เมื่อเทียบกับความยาวคลื่น คลื่นจะเกิดการเลี้ยวเบนมาก”

ในการถ่ายภาพนั้นแสงจะเดินเข้ามาได้เป็นเส้นตรง มากระทบยัง Sensor ในกล้องของเรา
- เมื่อเราเปิดรูรับแสงกว้าง แสงก็จะเดินเข้ามาได้เป็นเส้นตรง กระทบยัง Sensor ของเรา และตกลงบนแต่ละPixel แบบพอดี (ดังเช่นภาพด้านซ้ายบน)
- แต่เมื่อเราบีบรูรับแสงให้แคบลง แสงจะถูกบีบอัดและมีการฟุ้งกระจาย จนมันเหลือมล้ำไปกระทบ Pixel อื่นๆ เกิดเป็น diffraction ขึ้นมา (ดังเช่นภาพด้านขวาบน) ซึ่งสามารถเกิดขึ้นกับกล้องทุกตัว แต่จะมากน้อยก็ขึ้นกับผู้ผลิตว่า “การันตี” ที่ค่ารูรับแสงเท่าไรบ้าง

จากหลักการเบื้องต้น เราสามารถสรุปได้ว่า "ยิ่งขนาดของรูที่แสงผ่านมีขนาดเล็กเท่าไร จะยิ่งเกิดการเลี้ยวเบนแทรสอดได้มากเท่านั้น โดยแสงที่ผ่านช่องแคบรูปวงกลมจะมีลักษณะเป็น Airy Disk"

โดยเมื่อเราบีบรูรับแสงให้แคบมากเท่าไร ขนาดของ Airy Disk ก็จะกว้างมากเท่านั้น ซึ่งเมื่อขนาดของ Airy Disk เริ่มกินขนาดบน Sensor เท่ากับ 2-3 pixel ขึ้นมาเมื่อไร ก็จะเริ่มเกิดปัญหาภาพไม่คมชัด เพราะนั่นหมายความว่าเราจะไม่สามารถแยกจุดสองจุดที่อยู่ห่างกัน 2-3 pixel ออกจากกันได้

ตัวอย่างเช่น : เมื่อขนาดรัศมีของ Airy Disk = 1.22*ความยาวคลื่นแสง*f-number
ถ้าเราใช้ความยาวคลื่นแสงที่ 550 nm และกำหนดให้ขนาดรัศมีของ Airy Disk ไม่เกิน 1 pixel บน CCD
เมื่อกำหนดขนาด Pixel ของกล้องแต่ละประเภท เท่ากับ
Full frame= 6410 nm
APS-C = 4880 nm
compact = 3754 nm

จะได้ว่า กล้องจะเริ่มติด Diffraction limit ที่ f-number
f/5.6 : สำหรับกล้อง Compact
f/8.0 : สำหรับกล้อง APS-C
f/11.0 : สำหรับกล้อง Full frame

ในการคำนวณว่า กล้องจะเริ่มติด Diffraction limit ที่ f-number เท่าไรนั้น ก็ขึ้นกับว่าเราใช้กล้องประเภทไหน มีขนาดของพิกเซลเท่าไร เราก็จะสามารถหาค่ารูรับแสงที่จะทำให้เราได้ภาพที่มีความคมชัดของกล้องและเลนส์นั้นๆ ได้ไม่ยากครับ

เราสามารถตรวจสอบ Airy Disk ของกล้องเราได้เองว่าจะเกิดปัญหา Diffraction ในค่ารูรับแสงไหนจาก เว็บไซค์ตามลิงค์ได้ http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/diffraction-photography.htm โดยสามารถเลือกรุ่นของกล้องของเราและขนาดรูรับแสงต่างๆ ได้ดังตัวอย่างด้านล่าง
ภาพจาก http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/diffraction-photography.htm)">
http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/diffraction-photography.htm )">
http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/diffraction-photography.htm) ">
ตัวอย่างภาพเปรียบเทียบ เมื่อใช้ค่ารูรับแสงที่ไม่แคบจนเกินไป (f/8.0) กับรูรับแสงที่แคบมากๆ (f/22.0) ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนว่าเมื่อ ใช้ค่ารูรับแสงแคบมากๆ จนทำให้เกิด Diffraction ภาพจะมีความคมชัดลดลงอย่างเห็นได้ชัด จนทำให้ภาพมีความเบลอดังภาพบนขวา (ภาพจาก http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/diffraction-photography.htm)

เราสามารถทดลองคำนวณค่ารูรับแสงของกล้องเราได้เอง ซึ่งสามารถเข้าไปตามลิงค์ http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/diffraction-photography.htm โดยเลือกขนาดของ Sensor รับภาพของกล้อง แล้วลองเลือกขนาดของรูรับแสง จากนั้นคลิก Calculate เพื่อคำนวณค่าการเกิด Diffraction Limit ว่ากล้องจะเริ่มติด Diffraction limit ที่ f-number เท่าไรได้ดังภาพตัวอย่างด้านล่าง
http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/diffraction-photography.htm )">
สรุปง่ายๆ คือ
เปิดรูรับแสงกว้างมากเกินไป : ผลเกิดจากบริเวณขอบเลนส์มีความโค้งมาก แสงที่ผ่านบริวณดังกล่าวจึงมักจะเกิดการหักเห ภาพบริเวณขอบภาพมักจะเบลอไม่คมชัด
บีบรูรับแสงให้แคบมากเกินไป : ผลจากแสงเลี้ยวเบน (Diffraction) แสงจะมีการฟุ้งกระจาย จนมันเหลือมล้ำไปกระทบ Pixel อื่นๆ จนทำให้ภาพเบลอไม่คมชัด

"นั่นหมายความว่า ไม่สำคัญว่าเลนส์ที่เราใช้ จะเป็นเลนส์ที่ดีหรือมีความคมชัดแค่ไหน แต่ถ้าเราใช้รูเปิดรับแสงที่แคบเกินไปแล้วนั้น ความคมชัดของภาพจะถูกจำกัดอยู่ด้วยธรรมชาติการเลี้ยวเบน-แทรกสอดของคลื่นแสง"

ดังนั้น หากเราต้องการถ่ายภาพให้ได้ความคมชัดที่ดีที่สุดเราก็ สามารถตรวจสอบขนาดของพิกเซลของกล้องเราก่อน และคำนวณว่าค่ารูรับแสงที่จะไม่ทำให้เกิด Diffraction ที่ค่าไหนก่อน เราก็จะสามารถใช้งานอุปกรณ์ถ่ายภาพได้อย่างเต็มประสิทธิภาพของเราได้อย่างดีที่สุดสำหรับภาพถ่ายของเราได้ครับ



เกี่ยวกับผู้เขียน

ศุภฤกษ์ คฤหานนท์

สำเร็จการศึกษาครุศาสตรบัณฑิต สาขาฟิสิกส์ จากมหาวิทยาลัยราชภัฏเชียงใหม่ และครุศาสตรมหาบัณฑิต สาขาเทคโนโลยีและการสื่อสาร จากมหาวิทยาลัยราชภัฏเชียงใหม่

ปัจจุบันเป็นเจ้าหน้าที่สารสนเทศทางดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) หรือ สดร., เคยทำวิจัยเรื่อง การทดสอบค่าทัศนวิสัยท้องฟ้าบริเวณสถานที่ก่อสร้างหอดูดาวแห่งชาติ มีประสบการณ์ในฐานะวิทยากรอบรมการดูดาวเบื้องต้น และเป็นวิทยากรสอนการถ่ายภาพดาราศาสตร์ในโครงการประกวดภาพถ่ายดาราศาสตร์ ประจำปี 2554 ของ สดร.ในหัวข้อ “มหัศจรรย์ภาพถ่ายดาราศาสตร์ในเมืองไทย”

“คุณค่าของภาพถ่ายนั้นไม่เพียงแต่ให้ความงามด้านศิลปะ แต่ทุกภาพยังสามารถอธิบายด้วยหลักการทางวิทยาศาสตร์ได้อีกด้วย”

อ่านบทความ ศุภฤกษ์ คฤหานนท์ ทุกวันจันทร์ที่ 1 และ 3 ของเดือน