เมกะพิกเซล เยอะ ภาพ noise เยอะกว่าจริงไหม ลองดูทั้งภาพก่อนตัดสิน

ถ่ายงานเลี้ยงในร้านไฟสลัวมา กลับบ้านเปิดในคอม ซูมดูที่ 100% แล้วเห็นเม็ดหยาบ ๆ ขึ้นเต็มผนังกับเงาบนหน้าคน เม็ดพวกนี้คือ noise หรือสัญญาณรบกวนที่ทำให้ภาพไม่เนียน แล้วก็นึกถึงประโยคที่ได้ยินกันมานานว่า กล้อง เมกะพิกเซล เยอะ ภาพจะ noise เยอะกว่า เพราะพิกเซลเล็ก รับแสงได้น้อย

ประโยคนี้มีส่วนที่จริงอยู่ เรามาดูกันว่าส่วนไหนจริง ทำไมพอย่อภาพมาขนาดเท่ากันแล้วความต่างถึงเหลือน้อยกว่าที่คิด และไฟล์ใหญ่แลกกับอะไรในงานจริงบ้าง

ขอบอกขอบเขตไว้ก่อน เราเทียบกล้องที่เซนเซอร์ขนาดเท่ากัน และออกมาในยุคใกล้กัน เช่น ฟูลเฟรมราว 24 ล้านพิกเซลกับฟูลเฟรมราว 45 ล้านพิกเซล ไม่รวมการเทียบข้ามขนาดเซนเซอร์ และกล้องที่ห่างกันหลายยุค

ทำไมคนถึงเชื่อว่า เมกะพิกเซล เยอะแล้ว noise เยอะ

ความเชื่อนี้ไม่ได้มาลอย ๆ ลองนึกถึงการวางถังรองน้ำฝนบนลานกว้างเท่าเดิม ถ้าอยากวางถังให้มากขึ้น ถังแต่ละใบก็ต้องเล็กลง และรองน้ำได้น้อยลง พิกเซลบนเซนเซอร์ก็คล้ายถังพวกนี้ ยิ่งอัดพิกเซลลงในเซนเซอร์ขนาดเท่าเดิม แต่ละพิกเซลก็ยิ่งเล็กและรับแสงได้น้อยลง

Cambridge in Colour อธิบายไว้ว่าพิกเซลที่ใหญ่กว่ารับแสงได้มากกว่า สัญญาณจึงแรงกว่า และมักดู noise น้อยกว่า ทาง DPReview ก็ยืนยันว่าถ้าดูทีละพิกเซล พิกเซลที่เล็กกว่าได้แสงน้อยกว่า และ noise มากกว่าจริง

ถ้าเราซูมดูไฟล์สองกล้องที่ 100% เทียบกัน ไฟล์จากกล้องความละเอียดสูงจึงมักดูเม็ดหยาบกว่า สิ่งที่เห็นเป็นของจริง ไม่ได้คิดไปเอง

ถ้าเคยซูมดูแล้วรู้สึกว่าไฟล์ละเอียดสูงเม็ดเยอะกว่า ตาเราไม่ได้หลอก แต่ลองถามต่ออีกนิดว่าเรากำลังเทียบอะไรกับอะไรอยู่

ซูมดู 100% คือการดูไฟล์ เมกะพิกเซล สูงในขนาดที่ใหญ่กว่า

ดูที่ 100% แปลว่าหนึ่งพิกเซลในไฟล์เท่ากับหนึ่งจุดบนจอ ไฟล์ 24 ล้านพิกเซลสัดส่วน 3:2 มีด้านยาวราว 6,000 พิกเซล ไฟล์ 45 ล้านพิกเซลมีราว 8,200 พิกเซล ไฟล์ใหญ่จึงถูกขยายมากกว่าราว 1.4 เท่าในแต่ละด้าน เหมือนเอาภาพพิมพ์ใบใหญ่กว่ามายืนดูจากระยะเท่ากัน

แต่ภาพส่วนใหญ่ของเราจบที่มือถือ จอคอม หรือภาพพิมพ์ขนาดหนึ่ง ซึ่งทั้งสองไฟล์ถูกแสดงในขนาดเท่ากัน Cambridge in Colour อธิบายว่า ถ้าสองเซนเซอร์มี noise ที่ดูเท่ากันตอนดู 100% เซนเซอร์ที่มีพิกเซลมากกว่าจะให้ภาพพิมพ์ที่ดูสะอาดกว่า เพราะ noise ถูกขยายน้อยกว่าและเม็ดละเอียดกว่า

แหล่งทดสอบที่จริงจังจึงเทียบกันที่ขนาดเดียวกัน หน้าเทียบภาพสตูดิโอของ DPReview มีโหมด Compare ที่ย่อภาพทุกกล้องลงมาเท่าความละเอียดสูงสุดที่ทุกตัวมีร่วมกัน ส่วนค่า Photographic Dynamic Range ของ Photons to Photos ซึ่งวัดช่วงจากมืดสุดถึงสว่างสุดที่ภาพยังใช้งานได้ ก็คิดเทียบกับภาพพิมพ์ 8×10 นิ้วที่ดูจากระยะราวช่วงแขน

เวลาจะเทียบ noise ระหว่างสองกล้อง ลองย่อภาพให้ขนาดเท่ากันก่อน แล้วค่อยดูกัน

noise ส่วนใหญ่มาจากแสงทั้งหมดที่เซนเซอร์รับ

แสงไม่ได้ไหลเข้ากล้องเรียบ ๆ เหมือนน้ำก๊อก มันมาเป็นอนุภาคเล็ก ๆ ที่เรียกว่าโฟตอน ตกลงแต่ละพิกเซลแบบสุ่มเหมือนเม็ดฝน ต่อให้ฝนตกแรงเท่ากันทั้งลาน ถังสองใบที่วางติดกันก็ได้น้ำไม่เท่ากันเป๊ะ ความไม่เท่ากันนี้เรียกว่า shot noise DPReview สรุปว่า noise จำนวนมากที่เราเห็นไม่ได้มาจากตัวกล้อง แต่มาจากความสุ่มของแสงเอง และขึ้นกับค่าแสงที่เราเลือกเป็นหลัก

ความแกว่งนี้มีหลักง่าย ๆ คือราวรากที่สองของแสงที่รับได้ ถ้าพิกเซลได้แสง 100 หน่วย จะแกว่งราว 10 หน่วย หรือ 10% ถ้าได้ 400 หน่วย จะแกว่งราว 20 หน่วย หรือแค่ 5% แสงยิ่งมาก ภาพก็ยิ่งเนียน

ทีนี้ลองเทถังเล็ก 4 ใบที่ได้ใบละ 100 หน่วยรวมกัน จะได้ 400 หน่วย แกว่งราว 20 หน่วย เท่ากับถังใหญ่หนึ่งใบที่กินพื้นที่เท่ากันพอดี DPReview อธิบายว่าเมื่อรวมพิกเซลเล็กเข้าด้วยกัน shot noise จะหักล้างกันจนได้ผลเหมือนพิกเซลใหญ่ และการย่อภาพก็คือการรวมพิกเซลข้างเคียงแบบนี้

แล้วอะไรกำหนดแสงทั้งหมด? DPReview ชี้ว่าคือแสงต่อพื้นที่คูณพื้นที่เซนเซอร์ แสงต่อพื้นที่มาจากรูรับแสงกับความเร็วชัตเตอร์ ส่วนพื้นที่คือขนาดเซนเซอร์ ไม่ใช่จำนวนพิกเซล DPReview เคยเทียบกล้องสองตัวที่พิกเซลขนาดแทบเท่ากันแต่เซนเซอร์คนละขนาด ดูที่ 100% แทบไม่ต่าง แต่พอย่อลงขนาดเดียวกัน เซนเซอร์ใหญ่ดูดีกว่า

อีกเรื่องคือเทคโนโลยีเซนเซอร์ เช่น เซนเซอร์แบบรับแสงด้านหลัง หรือ BSI ที่ย้ายวงจรไปไว้อีกฝั่ง แสงจึงไม่ต้องลอดผ่านวงจรก่อนถึงส่วนที่รับแสง นี่คือเหตุผลที่เราเทียบเฉพาะกล้องยุคใกล้กัน

ถ้าอยากได้ภาพเนียนขึ้น ลองหาทางให้แสงเข้ากล้องมากขึ้นก่อน เช่น เปิดรูรับแสงกว้างขึ้น หรือย้ายไปมุมที่มีแสงมากกว่า

แล้วตรงไหนที่ เมกะพิกเซล เยอะ ยังเสียเปรียบจริง

ยังมี noise อีกชนิดที่เรียกว่า read noise คือ noise จากวงจรตอนกล้องอ่านค่าจากแต่ละพิกเซล DPReview อธิบายว่ามันอยู่ในส่วนที่มืดที่สุดของภาพ และเห็นชัดเมื่อเราดึงภาพที่ถ่ายมืดให้สว่างขึ้นมาก ๆ

พิกเซลยิ่งมาก วงจรก็ยิ่งอ่านหลายครั้ง DPReview คำนวณว่าถ้ารวมพิกเซลเล็ก 4 ช่องที่มี read noise ต่อช่องเท่าพิกเซลใหญ่ read noise รวมจะสูงขึ้น 2 เท่า ไม่ใช่ 4 เท่า เพราะเพิ่มตามรากที่สองของจำนวนพิกเซล

ลองคิดแบบเดียวกันกับกล้องที่เราคุยกัน ไฟล์ 45 ล้านพิกเซลมีพิกเซลมากกว่า 24 ล้านพิกเซลราว 1.9 เท่า ถ้า read noise ต่อพิกเซลเท่ากันพอดี ตอนย่อให้เท่ากัน read noise รวมจะมากกว่าราว 1.4 เท่า DPReview มองว่านี่คือกรณีแย่สุด เพราะพิกเซลที่เล็กลงมักมี read noise ต่อพิกเซลต่ำลงด้วย และผลจะเห็นในส่วนที่มืดมาก ๆ หรือตอนใช้ ISO สูงมาก ซึ่งเป็นช่วงที่ read noise มีน้ำหนักมากกว่า shot noise

ในความจริงตัวเลขมักไม่แย่ขนาดนั้น DPReview ยกตัวอย่างว่าเพิ่มพิกเซล 1.5 เท่า read noise รวมเพิ่ม 1.2 เท่า และลด read noise ต่อพิกเซลแค่ 19% ก็ชดเชยได้หมด ส่วนในที่แสงดีที่ shot noise เป็นตัวหลัก DPReview บอกว่าถ้าดูขนาดเท่ากันจะแทบไม่ต่างกัน

อีกข้อคือ noise แบบเป็นลายเส้นหรือแถบ ที่เรียกว่า pattern noise หรือ banding DPReview บอกว่ามันไม่ได้สุ่มทั้งหมด จึงไม่หายไปเมื่อย่อภาพ

ถ้างานของเราชอบถ่ายมืดไว้ก่อนแล้วไปดึงเงาขึ้นทีหลังเยอะ ๆ ตรงนี้คือส่วนที่ความละเอียดอาจมีผลจริง ลองถ่ายให้แสงพอตั้งแต่ตอนถ่ายดูก่อน

ไฟล์ใหญ่แลกกับอะไรบ้างในงานจริง

ลองดูกล้องสองรุ่นที่ Nikon เปิดตัววันเดียวกัน คือ 14 ตุลาคม 2020 ทั้งคู่เป็นฟูลเฟรม Z 7II ความละเอียด 45.7 ล้านพิกเซล Z 6II ความละเอียด 24.5 ล้านพิกเซล สองรุ่นนี้ถูกวางให้ตอบงานคนละแบบ เลยเหมาะใช้ดูว่าความละเอียดแลกกับอะไร

เรื่องแรกคือพื้นที่การ์ด คู่มือทางการระบุว่าไฟล์ RAW แบบบีบอัดไม่เสียข้อมูล 12 บิตของ Z 7II ใหญ่ราว 36.8 MB ส่วน Z 6II ราว 20.6 MB การ์ดใบเดียวกันจึงเต็มเร็วกว่าเกือบสองเท่า

เรื่องที่สองคือการถ่ายต่อเนื่อง กล้องมีหน่วยความจำพักไฟล์ชั่วคราวที่เรียกว่าบัฟเฟอร์ ไฟล์ยิ่งใหญ่ บัฟเฟอร์ก็เต็มเร็ว ข่าวเปิดตัวของ Nikon ระบุว่าที่ไฟล์ RAW ชนิดเดียวกันกับการ์ด CFexpress 128GB Z 7II ถ่ายต่อเนื่องได้ราว 77 ภาพ Z 6II ได้ราว 124 ภาพ ความเร็วสูงสุด Z 7II ได้ 10 ภาพต่อวินาที Z 6II ได้ราว 14 ภาพต่อวินาที ทั้งหมดมีเงื่อนไขการตั้งค่าตามที่ผู้ผลิตระบุ

เรื่องที่สามคือคอมพิวเตอร์ ไฟล์ใหญ่ใช้เวลาโหลด แต่ง และส่งออกนานกว่า ยิ่งใช้ตัวลด noise ที่ประมวลผลหนักก็ยิ่งรอนาน

ส่วนของที่ได้กลับมาก็ชัด DPReview สรุปว่าภาพจากกล้อง 45 ล้านพิกเซลมีรายละเอียดมากกว่ากล้อง 12 ล้านพิกเซล แม้ย่อลงมาขนาดเท่ากันแล้ว และเพราะมีพิกเซลมากกว่าตั้งแต่ต้น ไฟล์ใหญ่จึงครอปได้มากกว่าโดยยังเหลือความละเอียดพอใช้

ก่อนเลือกความละเอียด ลองนึกดูว่างานเราถ่ายต่อเนื่องบ่อยแค่ไหน วันหนึ่งถ่ายกี่ภาพ และครอปบ่อยไหม คำตอบตรงนี้สำคัญกว่าเรื่อง noise

ความเข้าใจผิดเรื่อง เมกะพิกเซล กับ noise ที่พบบ่อย

เรื่องแรก ย่อภาพเพื่อเทียบคือการซ่อนปัญหา ความจริงคือภาพเกือบทุกภาพถูกย่ออยู่แล้วตอนแสดงบนมือถือหรือเว็บ การเทียบที่ขนาดเท่ากันจึงใกล้กับที่คนดูเห็นจริงที่สุด ส่วนการดู 100% ยังมีประโยชน์ไว้เช็คโฟกัส

เรื่องที่สอง ซื้อกล้องความละเอียดต่ำแล้ว noise จะหายไปเยอะ ถ้าเซนเซอร์ขนาดเท่ากันและยุคใกล้กัน ความต่างเมื่อดูขนาดเท่ากันมีบ้างในเงามืด แต่ไม่มากอย่างที่เห็นตอนซูมดู การให้แสงเข้ามากขึ้นตอนถ่ายได้ผลกว่า

เรื่องที่สาม เอากล้องเก่ามากมาเทียบกับกล้องใหม่ แล้วสรุปเรื่องพิกเซล Cambridge in Colour ยกตัวอย่างกล้องรุ่นเก่าที่ noise สูงกว่า เพราะวงจรภายในยังไม่ซับซ้อนเท่า ความต่างแบบนี้มาจากเทคโนโลยี ไม่ใช่จำนวนพิกเซลอย่างเดียว

คืนนี้มาลองเทียบ noise แบบที่คนดูเห็นจริงกัน

เลือกภาพของเราที่ถ่ายในที่แสงน้อยมาหนึ่งภาพ เปิดดูที่ 100% ก่อน สังเกตว่าเม็ด noise หนักแค่ไหนตรงผนัง ท้องฟ้า หรือเงา

จากนั้นส่งออกภาพเดิมสองแบบ แบบแรกขนาดเต็ม แบบที่สองย่อด้านยาวเหลือราว 2,000 พิกเซล ไม่ต้องเปิดตัวลด noise เพิ่ม แล้วส่งเข้ามือถือ เปิดดูเต็มจอทีละภาพ

ถ้ามีกล้องสองตัวที่ความละเอียดต่างกัน ลองถ่ายฉากเดียวกัน ค่าแสงเดียวกัน แล้วย่อให้ด้านยาวเท่ากันก่อนเทียบ หรือลองเปิดหน้าเทียบภาพสตูดิโอของ DPReview เลือกกล้องที่สนใจ แล้วกดโหมด Compare ดู

ถ้าย่อแล้วยังเห็นเม็ดหยาบหรือลายเส้นอยู่ ลองดูว่าภาพนั้นถ่ายมืดแล้วมาดึงสว่างทีหลังหรือเปล่า ถ้าใช่ ลองถ่ายใหม่โดยให้แสงเข้ามากขึ้นตั้งแต่ตอนถ่าย จะช่วยได้มากกว่าการเปลี่ยนความละเอียดกล้อง

สิ่งที่อยากให้จำกลับไป

ความเชื่อที่ว่ากล้อง เมกะพิกเซล เยอะ noise เยอะ จริงเมื่อซูมดูทีละพิกเซล แต่ภาพที่คนดูเห็นจริงถูกแสดงในขนาดเดียวกัน และเมื่อย่อให้เท่ากัน ความต่างก็เหลือน้อย เพราะ noise ส่วนใหญ่มาจากแสงทั้งหมดที่เซนเซอร์รับ ซึ่งขึ้นกับขนาดเซนเซอร์ ค่าแสงที่เราเลือก และเทคโนโลยีเซนเซอร์ ส่วนที่ไฟล์ใหญ่แลกจริงคือพื้นที่การ์ด บัฟเฟอร์ ความเร็วถ่ายต่อเนื่อง เวลาทำงานบนคอม และ read noise ในเงามืดบางกรณี

แล้วภาพของเราส่วนใหญ่ไปจบที่ไหน มือถือ จอคอม หรือภาพพิมพ์ใบใหญ่? เคยลองย่อภาพแล้วเทียบดูไหม เห็นต่างกันแค่ไหน?

อ่านต่อ

อยากเข้าใจว่าขนาดเซนเซอร์มีผลกับแสงทั้งหมดยังไง อ่านต่อที่ ขนาดเซนเซอร์ Full Frame, APS-C, M43 ต่างกันยังไงในงานจริง เลือกชนิดไฟล์ได้ที่ ไฟล์ RAW หรือ JPEG ถ่ายแบบไหนดี และถ้ากำลังจะใช้กล้องไฟล์ใหญ่ ดูเรื่องการ์ดต่อที่ การ์ดความจำ V30 V60 V90 ต่างกันยังไง ใครอยากอ่านคำอธิบายเชิงเทคนิคฉบับเต็ม ลองเปิด The effect of pixel size on noise ของ DPReview กับ Digital Camera Sensor Sizes ของ Cambridge in Colour