สวัสดีครับ

หากใครได้อ่านกระทู้แรกของผมเกี่ยวกับรูรับแสงที่คูณกับ Crop factor  แล้วอาจสับสนปานกลางถึงค่อนข้างมาก เป็นเพราะระเบียบวิธีในกระทู้นั้นผมใช้ตามวิธีตัวเอง ไม่ได้อ้างอิงมาตรฐานที่เขาใช้ๆกัน (แต่คำตอบตรงนะครับ)

เดี๋ยวคราวนี้จะมาย่อยเรื่องความชัดลึกเหมือนเดิมนะครับ ในแบบที่ใช้ภาษาคนทำเลนส์มากขึ้น และจะพยายามไม่ให้มันยากเกินไปครับ  อันที่จริงผมก็ไม่ได้เชี่ยวชาญอะไร แค่อยากรู้อยากเห็นน่ะครับ  หากมีอะไรผิดพลาดคงต้องรบกวนน้าๆที่แม่นในหลักการช่วยตรวจแก้ให้ด้วยครับ

...........................................

พระเอกของเรื่องนี้ชื่อว่า Circle of confusion (CoC) เท่าที่ลองหาอ่านดูไม่เจอคำแปลเป็นภาษาไทยนะครับ  (อาจจะลองแปลตรงๆว่า วงกลมแห่งความสับสน ซึ่งฟังดูสับสนกว่าตอนไม่แปลอีก) ดังนั้นเราจะเรียกมันต่อไปว่า CoC ละกันครับ

จุดหมายปลายทางของเรื่องนี้คือ เราจะไปนิยามว่า"ความชัดลึก" (ความลึกของระยะชัด : Depth of field) แปลว่าอะไร  ก่อนจะไปถึงตรงนั้นได้ ก็ต้องมาตกลงกันก่อนว่า "ความชัด” แปลว่าอะไร

ด้วยสามัญสำนึกของเรา เวลาถ่ายรูปแล้วได้ภาพชัด ก็ควรจะแปลว่า "วัตถุเป็นอย่างไร ก็ได้ภาพออกมาอย่างนั้น"  ถ้าวัตถุเป็นเส้นบางๆอย่างเส้นผม แต่ถ่ายออกมาแล้วเป็นปื้นๆเหมือนเอาสีเทียนมาขีด อย่างนี้ก็เรียกว่าไม่ชัด  ถ้ามองในระดับที่ลึกลงไปว่าวัตถุและรูปภาพประกอบด้วยจุด  ภาพที่ชัดก็ควรจะแปลว่า ถ้าวัตถุเป็นจุด ภาพก็จะต้องออกมาเป็นจุดเหมือนกัน  เมื่อเลนส์และกล้องถ่ายทอดภาพได้ครบทุกจุดบนวัตถุ ก็จะได้ภาพที่ "ชัด" ออกมา



แต่สิ่งที่เกิดขึ้นจริงคือ เลนส์สามารถถ่ายทอดจุดให้เป็นภาพของจุดได้ชัดเพียงระนาบเดียวเท่านั้น  เพราะการทำงานของเลนส์คือการบีบเส้นแสงที่วิ่งผ่านตัวมัน จากที่บานออกให้หุบเข้ามารวมกันเป็นจุด  ทำให้เกิดกรวยแสงขึ้น  และตรงที่จะเป็นภาพของจุดได้ก็คือตรงยอดของกรวยเท่านั้น  ถ้าระยะจากเลนส์ถึงฉาก (ฟิล์ม/เซนเซอร์) ผิดไป เราก็จะ "ตัด" กรวยแสงทำให้ได้ภาพวงกลม (หรือที่จริงคือรูปร่างของรูรับแสง) แทนที่จะเป็นจุด ซึ่งเราเรียกมันว่าความเบลอนั่นเอง ส่วนวงจะใหญ่หรือเล็กขึ้นอยู่กับว่าผิดระยะไปมากน้อยเท่าไหร่  





เนื่องจากกรวยมีลักษณะปลายแหลม วงกลมที่ได้จากเซนเซอร์ที่อยู่ผิดจุดจึงมีได้หลายขนาดจากเล็กไปใหญ่ ถ้าวงเล็กก็เบลอน้อย วงใหญ่ก็เบลอมาก   เราจะพบว่า รูปที่หลุดจากระยะชัดไปหน่อยนึง ไม่ได้เปลี่ยนสภาพจากชัดเป๊ะมาเป็นเบลอกระจายในทันที แต่มันจะเปลี่ยนอย่างค่อยเป็นค่อยไป  ประกอบกับตามนุษย์ซึ่งไม่ได้แยกแยะจุดได้ละเอียดมากนัก ทำให้วงแสงที่เบลอน้อยๆนั้นยังคงดูเหมือนเป็น "จุด" ได้อยู่


ขนาดของวงกลมที่ตาคนแยกไม่ออก (ว่ามันคือจุดหรือวงกลมเล็กๆกันแน่)  เรียกว่า Maximum permissible circle of confusion (วงกลมขนาดใหญ่ที่สุดที่ตาแยกไม่ออกว่าเป็นจุดหรือวงกลม)  หรือเรียกสั้นๆว่า Circle of confusion (CoC)


พออนุญาตให้ส่วนที่เป็นวงเล็กๆ ถือว่าเป็นส่วนที่ "ชัด” ได้ด้วย วัตถุที่หลุดออกนอกระนาบชัดไปไม่ไกลนัก คืออยู่ในระยะที่เลนส์ให้ภาพจุดบนวัตถุเหล่านั้นออกมาใหญ่ไม่เกิน CoC ก็ถือว่าอยู่ในช่วงชัดของเลนส์ด้วยเหมือนกัน ตรงนี้เองที่ทำให้เกิด "ความลึกของระยะชัด” (Depth of field) ขึ้นมาได้ครับ


CoC หามาได้ยังไง

CoC เป็นค่าที่สัมพัทธ์กับขนาดภาพและระยะการมอง แต่โดยทั่วไปจะถือว่าเป็นขนาดที่มองได้เต็มตาในระยะที่ดูสบายตา ภาพเล็กก็ต้องดูใกล้หน่อย ส่วนภาพใหญ่ต้องยืนห่างๆ

การหา CoC มีหลายมาตรฐานครับ หลักการคิดแบบคร่าวๆคือไปสมมุติว่า คนเรามักดูภาพขนาดเท่าไหร่ ที่ระยะห่างเท่าไหร่ แล้วทดลองให้แยกแยะเส้นที่ละเอียดๆดูซิว่าลายเส้นที่เล็กที่สุดบนภาพที่ตาคนเราแยกแยะได้นั้นมีขนาดเท่าไหร่ ก็จะได้ CoC บนกระดาษ  เสร็จแล้วคำนวณเทียบอัตราส่วนกลับไปว่า ตอนที่เส้นเล็กๆนั้นอยู่บนฟิล์มหรือเซนเซอร์ มันต้องมีขนาดเท่าไหร่ ค่านั้นจะคือ CoC บนฟิล์มหรือเซนเซอร์ครับ



เช่น

ถ้าทดลองให้คนดูภาพเส้นละเอียดๆ โดยภาพขนาด 8X10 นิ้ว (20X25 cm) มีเส้นทแยงมุม 32cm และระยะการมอง 25cm แล้วพบว่าตาคนแยกเส้นที่ละเอียดที่สุดได้ขนาด 0.2 mm  CoC บนกระดาษแผ่นนี้จะคือ 0.2mm  ซึ่งคิดเป็น 0.2mm/32cm  =  1/1600 ของขนาดกระดาษ
เวลาเอาค่าไปเทียบลงบนเซนเซอร์กล้อง ก็จะได้ว่า CoC เวลาแสงตกกระทบเซนเซอร์ ก็จะคือ 1/1600 ของขนาด (เส้นทแยงมุม)เซนเซอร์เช่นกัน  เช่น format 135 มีเส้นทแยงมุม 43mm ก็จะได้ว่า CoC บนนี้ก็จะเป็น 43/1600 = 0.027mm

ส่วนใหญ่เราจะใช้ CoC เป็น 1/1500 ของเส้นทแยงมุมเซนเซอร์ครับ เช่น FF (43mm) ก็จะได้ CoC  0.029mm
APS-C (28mm) จะได้ CoC 0.019mm  ถ้า Nikon 1 (16mm) ก็จะมี CoC เป็น 0.011mm   จะเห็นว่า CoC นี้ก็แปรผันตามขนาดเซนเซอร์ ซึ่งก็สอดคล้องกับสามัญสำนึกเรา คือยิ่งเซนเซอร์เล็ก ก็ยิ่งต้องการจุดที่ละเอียดมากเพราะต้องขยายขึ้นมามากกว่าชาวบ้านเขาเพื่อให้ได้ภาพขนาดเท่ากัน



  แล้ว CoC ทำให้เกิดความชัดลึกได้ยังไง  

การมีแสงวิ่งมาจากหนึ่งจุดบนวัตถุ เข้ามาที่เลนส์ เลนส์บีบแสงให้กลายเป็นกรวย พุ่งไปที่เซนเซอร์ ถ้าระยะภาพและระยะวัตถุสอดคล้องกัน (1/f = 1/u + 1/v) ยอดกรวยแสงนี้ก็จะไปตกที่ผิวเซนเซอร์พอดี จุดดังกล่าวบนวัตถุก็จะอยู่ใน "ระนาบชัด”



ถ้าเลื่อนวัตถุเดิมเข้ามาใกล้เลนส์นิดหน่อย จะทำให้กรวยแสงนี้ยาวขึ้น และยอดกรวยจะเลยไปด้านหลังเซนเซอร์  แสงที่วิ่งชนเซนเซอร์จึงเป็น "ภาคตัดกรวย” รูปวงกลม แต่ถ้าเราขยับแค่นิดเดียว มันก็จะคือวงกลมแถวๆยอดกรวยซึ่งมีขนาดไม่ใหญ่นัก ถ้าวงกลมที่ว่านี้มีขนาดไม่เกิน CoC เราจะได้ว่าวัตถุก็จะยังปรากฏภาพชัดอยู่ แม้จะอยู่ไม่ตรงระนาบชัดซะทีเดียว คือเลื่อนเข้า-ออกได้นิดหน่อย

กรณีที่วัตถุเลื่อนออกห่างจากเลนส์ก็เหมือนกัน ก็จะได้กรวยแสงที่ตัดกันก่อนถึงเซนเซอร์ และวิ่งเลยไปเป็นยอดกรวยอีกรูปหนึ่ง ได้วงกลมตัดเซนเซอร์ ซึ่งถ้าขนาดเล็กกว่า CoC วัตถุก็จะยังอยู่ในระยะชัดเช่นกัน


ขนาดวงกลมในรูปนั้นออกจะใหญ่เกินจริงไปมากนะครับ จินตนาการว่าของจริงมันต้องเล็ก 1/1500 ของเฟรมเท่านั้นเอง แต่จำเป็นต้องวาดขนาดใหญ่ไม่งั้นจะมองไม่ออกครับ


รูรับแสงแคบ = ชัดลึกเพิ่ม

มาถึงหลักการพื้นฐานของการถ่ายภาพ "หรี่รูรับแสง ได้ชัดลึกเพิ่ม”ว่ามันเกี่ยวกับ CoC ยังไงกันแน่

จากรูปจะเห็นว่าขนาด "ฐาน”ของกรวยแสงที่ว่านั้น ก็คือขนาดชิ้นเลนส์นั่นเอง
ถ้าชิ้นเลนส์เล็กลง หรือเอา diaphragm มาขวางไว้ กรวยจะสูงเท่าเดิม แต่ฐานเล็กลง ทำให้ลักษณะกรวยแหลมมากขึ้น



เมื่อกรวยแสงแคบเรียวขึ้น ระนาบที่ตัดกรวยให้ได้ขนาดไม่เกิน CoC จึงเลื่อนไปมาได้ไกลมากขึ้นกว่าตอนที่กรวยกว้าง  ส่งผลให้วัตถุสามารถขยับเข้าออกจากตำแหน่งเดิมได้ไกลมากขึ้น โดยที่เรายังคงเห็นภาพชัดเจนอยู่ ดังนั้นเมื่อรูรับแสงแคบ เราจึงได้ช่วงชัดลึกเพิ่มขึ้นนั่นเอง


จบครับ

..................................................

เรื่องราวและการคำนวณเป๊ะๆหาอ่านได้ใน http://en.wikipedia.org/wiki/Circle_of_confusion นะครับ
เรื่องราวคราวนี้ยาวพอสมควรเลย (ที่จริงเนื้อหานิดเดียว แต่น้ำเยอะ) แต่ผมพยายามไม่ใส่สมการลงไปนะครับ เอาแค่ไอเดียคร่าวๆเท่านั้น  ถ้าใครสนใจสามารถหาอ่านเพิ่มเติมโดยค้นคำว่า Circle of confusion ได้ครับ  ขอบคุณที่เข้ามาอ่านจนจบครับ  สุขสันต์วันศุกร์ทุกท่านนะครับ