ไดนามิกเรนจ์คืออะไร และทำไมจึงเก็บรายละเอียดทั้งส่วนสว่างกับส่วนมืดพร้อมกันไม่ได้?

ไดนามิกเรนจ์คือความสามารถของกล้องในการบันทึกรายละเอียดที่ยังใช้งานได้ทั้งในส่วนที่สว่างที่สุดและมืดที่สุดของภาพจากการเปิดรับแสงครั้งเดียว เมื่อส่วนสว่างถึงจุดอิ่มตัวของเซนเซอร์แล้ว โดยทั่วไปจะกู้คืนไม่ได้ ส่วนเงาสามารถดึงให้สว่างขึ้นได้ แต่จะเห็นนอยส์มากขึ้น ไฟล์ RAW เปิดพื้นที่ให้ปรับแต่งได้มากกว่า แต่ไม่สามารถสร้างแสงหรือรายละเอียดที่ไม่ได้ถูกบันทึกไว้ตั้งแต่แรกขึ้นมาได้

ไดนามิกเรนจ์นิยามอย่างไร?

ในการถ่ายภาพ ไดนามิกเรนจ์มักแสดงเป็น “สต็อป” (stops) ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่างสัญญาณที่สว่างที่สุดก่อนอิ่มตัวกับเกณฑ์นอยส์ในบริเวณมืดที่ถือว่ายอมรับได้ การเพิ่มขึ้นหนึ่งสต็อปจะทำให้ช่วงความสว่างเพิ่มเป็นสองเท่า คำอธิบายการวัดไดนามิกเรนจ์ของ Imatest รายงานช่วงดังกล่าวตามเกณฑ์อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนหลายระดับ จึงแสดงให้เห็นว่า “ยอมรับได้” ไม่ใช่มาตรฐานสากลเพียงแบบเดียว ไดนามิกเรนจ์เชิงวิศวกรรม ช่วงที่ใช้ได้ในงานพิมพ์ และเกณฑ์อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่เว็บไซต์รีวิวใช้ อาจแตกต่างกันทั้งหมด ดังนั้นจึงเปรียบเทียบตัวเลขจากคนละแหล่งไม่ได้หากไม่พิจารณาวิธีการวัด

ไดนามิกเรนจ์ก็ไม่ใช่สิ่งเดียวกับคอนทราสต์ของภาพ ไฟล์ที่มีไดนามิกเรนจ์สูงสามารถนำไปแมปเป็นภาพคอนทราสต์ต่ำได้ ขณะที่ฉากที่มีไดนามิกเรนจ์ต่ำก็สามารถทำให้มีคอนทราสต์จัดด้วยเคิร์ฟได้ ความสามารถในการบันทึกกับการนำเสนอภาพขั้นสุดท้ายเป็นคนละขั้นตอนกัน

ไฮไลต์ที่หลุดกับนอยส์ในเงาต่างกันอย่างไร?

เมื่อพิกเซลมีประจุเต็มความจุของโฟโตไดโอดแล้ว การเพิ่มค่าแสงจะไม่บันทึกระดับโทนเพิ่มอีก ไฮไลต์สำคัญจะกู้คืนได้ยากเมื่อทุกแชนเนลสีอิ่มตัวพร้อมกัน สิ่งที่เรียกว่าการกู้คืนไฮไลต์จาก RAW บางครั้งหมายถึงยังมีแชนเนลหนึ่งที่ไม่อิ่มตัว และซอฟต์แวร์สร้างข้อมูลขึ้นใหม่โดยอาศัยความสัมพันธ์ของสี แต่บริเวณที่ขาวสนิทไม่มีพื้นผิวจริงให้กู้คืน

ในทางกลับกัน ส่วนเงามักยังมีสัญญาณอ่อน ๆ อยู่ แต่รีดนอยส์และโฟตอนนอยส์จะมีสัดส่วนมากขึ้นเมื่อเทียบกับสัญญาณ การดึงเงาให้สว่างขึ้นจึงขยายทั้งสัญญาณและนอยส์ไปพร้อมกัน ดูคำอธิบายที่มาของนอยส์ได้ที่ นอยส์ในภาพเกิดขึ้นได้อย่างไร

ทำไม RAW กับ JPEG จึงมีความยืดหยุ่นต่างกัน?

ไฟล์ RAW เก็บข้อมูลจากเซนเซอร์ที่มีบิตเดพท์สูงกว่าและผ่านการประมวลผลติดไฟล์น้อยกว่า จึงปรับไวต์บาลานซ์ เคิร์ฟ และการลดนอยส์ภายหลังได้ง่ายกว่า ส่วนไฟล์ JPEG ผ่านการแมปโทน การเพิ่มความคม การลดนอยส์ และการเข้ารหัสแบบ 8 บิตมาแล้ว การปรับแต่งอย่างหนักจึงมีโอกาสทำให้เกิดแถบสีหรืออาร์ติแฟกต์จากการบีบอัดมากกว่า ดูการเปรียบเทียบโดยละเอียดได้ที่ ความแตกต่างระหว่าง RAW, JPEG และ HEIF

แต่ RAW ไม่ใช่หลักประกันที่ช่วยแก้ได้ทุกอย่าง เซนเซอร์ที่อิ่มตัว วัตถุที่กำลังเคลื่อนไหว หรือจุดโฟกัสที่เลือกผิด ไม่สามารถแก้ด้วยการเปลี่ยนรูปแบบไฟล์ได้ ฮิสโตแกรมในกล้องมักมาจากพรีวิว JPEG ดังนั้น Picture Style และไวต์บาลานซ์จึงมีผลต่อตำแหน่งที่คำเตือนปรากฏ ในสถานการณ์สำคัญควรเผื่อระยะความปลอดภัยไว้อย่างเหมาะสม

ISO มีผลต่อไดนามิกเรนจ์อย่างไร?

ในกล้องหลายรุ่น เซนเซอร์จะรองรับไฮไลต์ได้มากกว่าเมื่อใช้ ISO พื้นฐาน หลังจากเพิ่มอะนาล็อกเกน เพดานเอาต์พุตเดิมจะเทียบเท่ากับประจุในเซนเซอร์ที่น้อยลง ดังนั้นเฮดรูมของไฮไลต์จึงมักลดลง เซนเซอร์บางรุ่นที่มี dual conversion gain จะเปลี่ยนโหมดการอ่านค่าที่ ISO ระดับหนึ่ง ซึ่งช่วยลดนอยส์ในเงาได้ ผลคือเส้นกราฟไม่ได้ราบรื่นเสมอไป

“Expose to the right” ควรหมายถึงการเพิ่มค่าแสงจริงโดยไม่ทำให้ไฮไลต์สำคัญอิ่มตัว และไม่กระทบความเร็วชัตเตอร์กับรูรับแสงที่ต้องการ ไม่ใช่การเร่ง ISO อย่างไม่มีหลักการหรือบังคับให้ฮิสโตแกรมไปอยู่ทางขวา หากต้องการควบคุมค่าแสง ดู วิธีใช้การชดเชยแสง

ควรถ่ายคร่อมแสงและใช้ HDR เมื่อใด?

สำหรับสถาปัตยกรรมที่อยู่นิ่ง ภายในอาคารที่มีหน้าต่าง และภาพพระอาทิตย์ตก คุณสามารถถ่ายหลายค่าแสงแล้วรวมไฮไลต์กับเงาเข้าด้วยกัน ขั้นตอนคือการล็อกองค์ประกอบภาพ ไวต์บาลานซ์ และรูรับแสงไว้ จากนั้นเปลี่ยนความเร็วชัตเตอร์เพื่อถ่ายคร่อม ตรวจสอบให้เฟรมที่มืดที่สุดปกป้องไฮไลต์ได้ และเฟรมที่สว่างที่สุดให้เงาที่สะอาดพอ คน ใบไม้ คลื่น และยานพาหนะอาจทำให้เกิดภาพซ้อนจากการรวมภาพ จึงควรลดช่วงเวลาระหว่างแต่ละเฟรม หรือยอมรับข้อแลกเปลี่ยนของการถ่ายภาพด้วยค่าแสงเดียว

ภาพ HDR สุดท้ายยังต้องถูกแมปให้อยู่ในช่วงความสว่างที่จอภาพหรือกระดาษรองรับ ผลลัพธ์ที่ดูเป็นธรรมชาติขึ้นอยู่กับคอนทราสต์เฉพาะที่และการจัดการสี HDR ไม่ได้หมายถึงการบีบเงาและไฮไลต์ทั้งหมดจนมีความสว่างเท่ากัน

ควรอ่านผลการทดสอบอย่างไรให้ถูกต้อง?

1. ตรวจสอบว่าการทดสอบวัดจาก RAW หรือ JPEG และวัดเฉพาะเซนเซอร์หรือเอาต์พุตจากกล้องทั้งระบบ ตัวอย่างเช่น กราฟ PDR ของ Photons to Photos เผยแพร่นิยามและหลักเกณฑ์การวัดของกราฟ Photographic Dynamic Range ไว้
2. ตรวจสอบเกณฑ์อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน ขนาดเอาต์พุตที่ปรับให้เป็นมาตรฐาน และบิตเดพท์
3. เปรียบเทียบกล้องโดยใช้คำนิยาม ISO เดียวกันและความละเอียดใกล้เคียงกัน พร้อมสังเกตช่วงเปลี่ยนของ dual gain
4. อย่าเท่ากับว่าความแตกต่างเพียงเศษเสี้ยวของสต็อปจะหมายถึงความแตกต่างของคุณภาพภาพที่มองเห็นได้โดยตรง
5. พิจารณาเลนส์ ค่าแสง และสภาพการถ่ายจริง แทนการจัดอันดับกล้องจากตัวเลขสูงสุดเพียงตัวเดียว

แหล่งอ้างอิง

• Photons to Photos: กราฟ Photographic Dynamic Range
• Imatest: การวัดไดนามิกเรนจ์

ก่อนหน้า / ถัดไป

• ก่อนหน้า: เมกะพิกเซลมากขึ้นหมายถึงคุณภาพภาพดีขึ้นหรือไม่?
• ถัดไป: นอยส์ในภาพเกิดขึ้นได้อย่างไร