Blockdit Logo (Mobile)
Antfield
•
16 มิ.ย. 2019 เวลา 08:02 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
เบื้องหลัง ISO 409600 ของ Huawei P30 Pro
RGB VS RYB
วันนี้ขอมาคุยเรื่องเทคโนโลยีกันบ้างกับความก้าวหน้าของการถ่ายภาพด้วยกล้องของ smart phone ในช่วงที่ผ่านมาของ Huawei P30 Series
หนึ่งในการเปลี่ยนแปลงที่ Impact มาก ๆ ในครั้งนี้ก็คือ การที่กล้องของ P30 Pro สามารถดัน ISO ไปได้ถึง 409600 ซึ่งเวอร์วังมาก ๆ เทียบกับความสามารถของกล้องดิจิทัลในตลาดปัจจุบัน
-- หัวเหว่ยทำได้ไง? --
ต้องกลับมาเริ่มที่หลักการของเซนเซอร์ในกล้องถ่ายรูปปัจจุบันกันก่อน ที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือแบบ RGB ซึ่งทำงานโดยการใส่ filter กรองสีที่ผ่านไปยังตัวเซนเซอร์รับแสงที่เรียกว่า Bayer filter คิดค้นโดยนาย Bryce Bayer โดย filter ที่ว่านี้จะเรียงสลับ 3 สีแดง น้ำเงิน เขียว ในพื้นที่ 2x2 พิกเซล ตามรูป
RGB Senser
ต้องเข้าใจกันก่อนนะครับว่าเซนเซอร์รับแสงนั้นเป็นอุปกรณ์ตรวจวัดความสว่าง ดังนั้นภาพ raw ที่ได้จริง ๆ จากเซนเซอร์จึงเป็นภาพขาวดำ การจะได้ภาพสีนั้นจึงต้องย้อมสีด้วย filter สี ทั้งนี้ก่อนการย้อมสียังต้องกรองแสง ulta violet และ infrared ออกไปก่อนด้วย
เหตุผลหนึ่งที่เลือก RGB ก็เพราะตามนุษย์เราเป็น trichromatic นั่นคือเซลประสาทรับสีในตาเราตอบสนองต่อสี แดง น้ำเงินและเขียวนั่นเอง
หลังจากย้อมสี แต่งานยังไม่จบ คำถามต่อไปคือแล้วสีจริงแต่ละพิเซลในรูปที่ถ่ายมามันสีอะไรละ???
การจะบอกว่าแต่ละพิกเซลมีสีอะไรก็จะผ่านกระบวนการที่เรียกว่า demosaicing หรือ debayering ซึ่งเป็นอัลกอลิทึ่มที่ซับซ้อน และโดยปกติจะเป็นลิขสิทธิ์ของผู้ผลิตกล้องแต่ละราย
หลักการคร่าว ๆ คือการนำค่าข้อมูลแสงและสีแต่ละพิกเซลมาประเมินเปรียบเทียบกับพิกเซลข้าง ๆ โดยรอบเพื่อประเมินว่าพิกเซลนี้ควรเป็นสีอะไร ผู้ผลิตกล้องรายไหนเขียนอัลกอลิทึ่มดีก็จะให้ภาพที่สีดูสมจริงเหมือนที่ตาเราเห็น (อันเป็นที่มาของคาแรคเตอร์สีของกล้องแต่ละเจ้า และยังเป็นที่มาของปัญหาภาพติดแดงของกล้อง P30 Pro ที่ถ่ายด้วยเซนเซอร์ตัวใหม่นี้ด้วย)
ทั้งนี้นักแต่งภาพจะรู้ดีว่าหากเปิดภาพ raw file ด้วยโปรแกรมแต่งภาพคนละตัวก็จะให้ภาพสีต่างกันมากน้อยแล้วแต่ภาพ ก็เพราะอัลกอลิทึ่มของโปรแกรมแต่งภาพที่แปลงข้อมูลสีนั่นเอง
กลับมาเรื่อง Bayer filter สงสัยกันไหมครับว่าทำไม ต้อง 1 แดง 2 เขียว 1 น้ำเงิน ทำไมเขียวเยอะกว่าเพื่อน
light spectrum & Brightness
กลับมาความรู้เรื่องสเปคตรัม ของแสง จำได้ไหมครับ สีของรุ้งเรียงยังไง >> ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง << เห็นอะไรไหมครับ เขียวอยู่กลาง กลางแล้วยังไง?
เพราะอยู่กลางดังนั้นแสงสีเขียวจึงเป็นส่วนประกอบหลักของความสว่างของรูปนั่นเอง (ตามภาพด้านบน)
ดังนั้นหากต้องการเก็บแสงให้ได้มากที่สุดก็จึงต้องเลือกเขียว 2 นั่นเอง
**แทรกเกร็ดความรู้ชีวะ** และนี่ก็เป็นเหตุผลว่าทำไมใบไม้ถึงมีสีเขียว เพราะสีเขียวจะดูดซับพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้มีประสอทฑิภาพที่สุด
-- แล้วย้อมสีอื่นไม่ดีกว่าเหรอ? --
ก็มีครับ เช่น CYM หรือสี cyan, yellow, and magenta แต่ก็มีข้อเสียอยู่จึงทำให้มีใช้น้อยมาก
RGB additive
จากรูปการผสมสีของแสง จะเห็นได้ว่าสี cyan, yellow และ magenta เป็นสีผสม ดังนั้นอัลกอลิทึ่มในการแปลสีสำหรับเซนเซอร์แบบนี้จึงซับซ้อนโครต ๆ และยากที่จะให้สีที่ตรง จึงทำให้ไม่เป็นที่นิยมกัน
แต่หัวเหว่ยมาด้วยแนวคิดใหม่ในการเลือกใช้เซนเซอร์แบบ RYYB แทน!?
-- ทำไมเลือกสีเหลืองแทนเขียว? --
ก็เพราะสามารถโกยแสงเข้าเซนเซอร์ได้เยอะขึ้นไปอีกยังไงละ เพราะ filter สีเหลือง คือตัดแค่แสงสีฟ้าออกไป โดยหัวเหว่ยบอกว่าด้วยเซนเซอร์ใหม่จะได้ปริมาณแสงเข้าเซนเซอร์มากขึ้นอย่างน้อย 40%
แถมการเลือกใช้ filter คู่กับสีน้ำเงินและสีแดงยังลดความซับซ้อนในการเขียนอัลกอลิทึ่มด้วย ในงานเปิดตัวหัวเหว่ยบอก 2 ไม่จำเป็นต้องมาจาก 1+1=2 เท่านั้นเพราะ 4-2 ก็ได้ 2 นะคร้าบบบ (แต่เซนเซอร์ CYM เดิมย้อมเป็นสีผสมทั้งสามสีเลย การแปลสีจึงยากกว่าเยอะ)
เรียกว่ายิงปืนนัดเดียวได้นกสองตัว ได้แสงเยอะขึ้น ทำให้ดัน ISO ได้อย่างเว้อวัง และยังใช้งานได้จริงกับพลังการประมวลผลของ smart phone ปัจจุบันด้วย
อีกไม่นานเราคงได้เห็นเซนเซอร์ RYYB ในตลาดกล้องและ Smart phone มากขึ้นอย่างน้อยก็ในกล้องของ Leica และผู้ผลิตเซนเซอร์เองก็คือโซนี่
คราวหน้าผมจะมาเล่าถึงการนำแนวคิดคล้าย ๆ กันนี้มาประยุกต์กับคณิตศาสตร์ชั้นสูงที่เมื่อก่อนผมเคยสงสัยนะว่าเราจะเรียนรื่องนี้ไปทำไม นำมาใช้ในงานวิเคราะห์การสั่นสะเทือนของเครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรมเพื่อการวางแผนซ่อมบำรุงที่แม่นยำขึ้น
Reference:

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา