ทำไมยังไง ๆ คุณภาพกล้องโทรศัพท์ก็สู้กล้องใหญ่ไม่ได้

ทุกวันนี้กล้องบนโทรศัพท์ของเรา คุณภาพดีมากขึ้นเรื่อยกว่าเมื่อก่อนมาก จนตอนนี้ช่างภาพบางคนที่ถ่ายรูปอาชีพก็มีการเอากล้องโทรศัพท์มาใช้ในการถ่ายบ้างแล้ว เหมือนที่เราเห็นจาก Campaign ต่าง ๆ ที่ผู้ผลิตเอาโทรศัพท์รุ่นใหม่ ๆ ไปให้ช่างภาพหลาย ๆ คนใช้ อย่างที่เราเห็นกันนี่แหละ แต่ถ้าเราบอกว่า ไม่ว่ายังไงคุณภาพของกล้องโทรศัพท์มันไม่มีทางเทียบเท่ากล้องแบบกล้องจริง ๆ จะเชื่อมั้ย วันนี้เรามาเล่าเหตุผลกัน

Sensor Size

Image Sensor หรือ Sensor สำหรับรับภาพ เป็นอีกส่วนที่สำคัญมาก ๆ สำหรับกล้องถ่ายภาพเลยก็ว่าได้ เมื่อก่อน เราก็ใช้เป็นแผ่นโลหะ หรือใหม่ขึ้นมาอีกก็จะเป็น กระจก และ ฟิล์มตามลำดับ พอมาเป็นกล้อง Digital เราก็จะต้องมี Sensor เข้ามารับภาพแทนนั่นเอง เป็นส่วนที่ทำให้แสงที่ประกอบออกมาเป็นภาพที่เราเห็น มันเข้าสู่ระบบนั่นเอง

มันมีผลอย่างมากในเรื่องของคุณภาพ ยิ่ง Sensor มีขนาดพื้นที่ใหญ่มากเท่าไหร่ คุณภาพของภาพก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ให้เราคิดภาพเหมือนกับเราอยากได้ น้ำฝน ถ้าเราเอาอ่างเล็กรองน้ำ เทียบกับเอาอ่างใหญ่ ๆ มารอง ยังไง ๆ อ่างใหญ่ ๆ ก็ย่อมให้น้ำที่เยอะกว่าแน่นอนใช่ป่ะ

ถามว่าขนาดของ Sensor มันต่างกันขนาดไหน เวลาเราพูดถึงขนาด Sensor ในการรับ เราจะพูดเป็นความยาวในแนวทะแยงกัน เช่น iPhone 14 Pro จะใช้เป็นขนาด 1/1.28" เพื่อความง่าย เราของคำนวณโดยใช้ 1/1.25" ละกันทำให้ขนาดของ Sensor จะอยู่ที่ 5.76 x 4.29mm หรือ 24.71 sqmm ตัว Sensor มันก็จะมีขนาดต่างกันขึ้นกับกล้องใหญ่ขึ้นไปเรื่อย ๆ ตั้งแต่ 1-Inch, Four-Thirds, APSC และ Full-Frame ยันว่าใหญ่สุด ๆ ที่มีใช้กันบ้างในปัจจุบันก็น่าจะ Medium Format

เราเทียบกับตัวที่หลาย ๆ คนหมายปองกันดีกว่า เป็นขนาด Full Frame ขนาดประมาณ 36x24mm ก็จะได้พื้นที่ 864 sqmm ก็เอาว่าใหญ่กว่า iPhone ประมาณ 35 เท่าตัวได้ นั่นทำให้ มันสามารถสู้กับสภาพแสงที่ยาก ๆ ได้ดีกว่า

เรายกตัวอย่าง 2 ภาพนี้ ทั้งสองภาพนี้ถ่ายในวัน เวลา และ สถานที่มุมเดียวกันทั้งหมด (มุมของภาพอาจจะต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากระยะเลนส์ และขนาด Sensor ที่แตกต่างกัน) ด้านซ้ายเป็นรูปจาก iPhone 14 Pro ที่เป็นตัวแทนจากมือถือ และ ขวามือเป็นรูปจาก Sony A7IV ที่เป็นตัวแทนจากกล้องใหญ่ ในสภาพแสงแรก เป็นกลางวันแดดเปรี้ยง ๆ แสงกำลังดีเลยละ เราจะเห็นได้เลยว่า มองผ่าน ๆ iPhone มันก็ไม่ได้แย่เลยนะ แต่เหมือน iPhone จะคมกว่าหน่อย (เรื่องนี้ไปว่ากันในประเด็นหลัง ๆ)

แต่ถ้าเราลองไปเล่นในสถานการณ์ที่ Extreme กว่านั้นหน่อย เป็นฉากกลางคืนกันบ้าง ภาพด้านบนมาจาก iPhone 14 Pro เราจะเห็นได้เลยว่า ฝั่งที่มาจาก iPhone เราว่ามันพยายามอย่างหนักเลยนะ ทำให้มองผ่าน ๆ มันก็.... พอได้อยู่ แต่สำหรับเราเองที่เน้นถ่ายกล้องใหญ่ก็คือ อี๊ ไปเลยละ เทียบกับกล้องใหญ่ ที่เก็บรายละเอียดขอบต่าง ๆ และ ความต่างของแสงได้ดีกว่า

สิ่งที่มันพยายามทำคือ ในความ Sensor เล็กเก็บแสงได้น้อย มันเลยพยายามทำเท่าที่ได้ ด้วยการ Denoise ออกไปให้ได้มากที่สุด ทำให้ความคมหายไป และ มันพยายามจะชดเชยความคมด้วยการปรับคมเอา ทำให้มันเลยออกมาแปลก ๆ นั่นเอง

ความละเอียด

ทำให้มันลามมาที่ ความละเอียด ที่เราชอบพูดกันว่า กล้องชั้นน่ะ ถ่ายได้ MP เยอะกว่าแกอีก กล้องชั้นดีกว่า จริงเหรอ คำตอบคือ ตอแหล ไม่เกี่ยว เป็นแค่หน่วยที่ฝ่าย Marketing เขาไว้ใช้หลอกแกเท่านั้นแหละ แต่ ๆ มันมีผลต่อเรื่องคุณภาพของภาพที่เราจะได้ออกมาอย่างรุนแรงเหมือนกัน

ถ้าเราบอกว่า ขนาดของ Sensor มันคือขนาดในโลกแห่งความเป็นจริง ความละเอียดที่เราพูดถึงมันก็คือหน่วยวัดขนาดในโลก Digital เช่น เราบอกว่า กล้องของเราสามารถจับภาพได้ที่ความละเอียด 20 MP หมายความว่า ในรูปของเราจะถูกซอยออกมาเป็น 20 ล้านส่วน หรือถ้าเราบอกกล้องเราละเอียด 100 MP รูปก็จะโดนซอยออกมา 100 ล้านส่วนด้วยกัน เหยยย ละเอียดเยอะ ๆ สิดี

แต่ ๆๆๆๆ ทุกคนอย่าลืมว่า ไม่ว่าความละเอียดของเราจะมากเท่าไหร่ สุดท้าย มันจะต้องทาบลงไปที่ขนาดในโลกความเป็นจริง ก็คือ Sensor ในกล้องของเรา เช่น เราเอา Grid จำนวน 24 ล้านช่องไปทาบบน Sensor กล้อง iPhone กับ Full Frame เลย ยังไง ๆ ขนาดช่องของ Full Frame ก็ใหญ่กว่า Sensor ของกล้อง iPhone แน่นอน

ถ้า Sensor เราเล็ก แล้วรับความละเอียดสูง ๆ คุณภาพต่อ Pixel หรือต่อช่อง ก็จะน้อยลงแน่นอน เพราะข้อมูลแสงในช่องนั้น ๆ ที่เราเอามาคำนวณมันก็จะน้อยลงอยู่แล้ว เลยทำให้เราบอกว่า มันมีผลต่อคุณภาพอยู่เหมือนกัน

ถามว่ามันมีผลขนาดไหน เราลองให้ดูโดยการเอารูปจากกล้อง A7IV และ กล้องบน iPhone 14 Pro มาย่อให้มีด้านยาวขนาด 2,048 Pixel สำหรับการลงใน Social Media เราก็จะเห็นได้เลยว่า รูปที่ย่อแล้วจากกล้อง Sony A7IV ก็ยังมีความคมกว่าทั้ง ๆ ที่มีขนาด Pixel เท่ากัน

ตัวอย่างของกล้องที่ทำตรงข้ามกับกล้องโทรศัพท์โดยสิ้นเชิงคือ Sony A7S ทั้งหลาย เขาเป็นกล้องที่ใช้ Full Frame Sensor เหมือนกับ A7 Series ปกติเลย แต่เขาลดความละเอียดลงมา เพื่อไปเอา Light Sensitivity หรือการไวแสง และลด Noise แทน เพราะมันออกมาเพื่อเป็นกล้องสำหรับถ่ายวีดีโอที่เราไม่ได้ต้องการความละเอียดระดับ 40 MP กว่าขนาดนั้น เราแค่อยากได้ระดับ 4K ก็ประมาณ 8 MP นิด ๆ เท่านั้นเอง ดังนั้นเราไปเอาคุณภาพต่อ Pixel ดีกว่าเยอะ ตัวล่าสุดคือ Sony A7SIII ก็ใส่มาให้แค่ 12.1 MP เท่านั้นเอง

นั่นทำให้ กล้องระดับ Full Frame เลย ความละเอียดเขาจะไม่ได้เยอะมาก เช่น 33MP บน Sony A7IV หรือ Sony A7RIV กดไป 61MP และ 45MP บน Canon EOS R5 เทียบกับโทรศัพท์ iPhone 14 Pro ความละเอียด 48 MP และ Samsung Galaxy S23 Ultra กดไป 200 MP ก็เรียกว่าบิ้ม ๆ ไปเลยครับ ก็นะ มันเป็น Marketing มากกว่า เจอเข้าไปหนักกว่าเดิมอีก

Lens

ถ้า Sensor คือตัวรับแสง Lens ก็คือส่วนที่พาแสงมาหา Sensor เราคุยกับหลายคนยังมีความเข้าใจว่า มันง่ายมาก ๆ คือ เราก็เอากระจกใส ๆ อันนึงมาวางหน้า Sensor ก็พอแล้ว อ่อ ค่ะ.... โอเคเลอ

แต่จริง ๆ แล้ว มันมีฟิสิกส์อะไรที่ซับซ้อนกว่านั้นเยอะมาก ๆ มันจะต้องมีเลนส์สำหรับจัดแสงที่เข้ามา ถ้ามันกระเจิงมาก เราก็อาจจะต้องหาเลนส์ที่ลดการกระเจิงไป ลดขอบม่วงนั่นนี่ ดังนั้นในเลนส์ 1 ตัวจริง ๆ มันก็จะมีเลนส์หลายชิ้นมาก ๆ ยิ่งพวกเลนส์มุมกว้างมาก ๆ หรือ ซูมหนักมาก ๆ มันจะยิ่งออกแบบยากเข้าไปใหญ่ นั่นทำให้เลนส์พวกนี้มีราคาที่สูงมาก ๆ

แต่ ๆ เราก็ไม่สามารถทำแบบนั้นในโทรศัพท์ได้ เว้นแต่โทรศัพท์เราจะหนาเท่ากับ 24-70mm อะไรแบบนั้นใช่ป่ะ มันก็ไม่ได้ไง คนด่าตาย ทำให้สิ่งที่ทำได้ก็คือ เราก็ใช้ชิ้นเลนส์ให้น้อยชิ้นที่สุด แต่ทำให้ได้คุณภาพภาพที่สูงขึ้น แต่มันก็ยังส่งผลไปในเรื่องของความหนาอยู่ดี ทำให้ในปัจจุบัน เราก็จะเห็นโทรศัพท์ที่เริ่มทำ Camera Module ที่หนากว่าตัวเครื่องกันไปแล้ว เช่น iPhone 14 Pro ที่เราใช้ จะเห็นได้เลยว่า Camera Module มันจะหนาเกินตัวเครื่องขึ้นมาซะอีก

ถามว่า เลนส์ มันเป็นตัวกำหนดอะไรบ้าง เอาจริง ๆ เลยนะ แมร่งทุกอย่างจริง ๆ ไม่งั้น มันจะไม่มีเลนส์ออกมาเยอะขนาดนี้แน่นอนใครที่ถ่ายรูปจะรู้เลยว่า อื้มมมม แมร่งหลุมกระต่ายชิบหาย !!! อันที่เห็นชัด ๆ คือ ช่วงกว้าง หรือแคบอะไรนั่นง่ายไป อีกเรื่องคือ ความคม เลนส์เป็นส่วนสำคัญมาก ๆ เพราะ ถ้าเลนส์คุณภาพไม่ดี ทำให้แสงที่ไปสู่ Sensor มันมีการกระเจิง มีการสะท้อนในส่วนที่ไม่ต้องการเยอะ ทำให้ภาพที่ออกมา ก็จะไม่คม หรือ เลนส์ความใสของเลนส์ ก็สำคัญทั้งในเหตุผลก่อนหน้า และ สีที่ได้ด้วย (ผมโดนป้ายยา Zeiss อยู่คร้าบบบบ ของเขาดีจริงโว้ยยย) จะเห็นว่า เลนส์มันเป็นเรื่องที่รายละเอียดเยอะมาก ๆ มีฟิสิกส์อยู่เบื้องหลังโคตรเยอะ

ถ้าเราลองไปดูภาพเดิมเลยก็ได้ เอาภาพที่เราว่าโทรศัพท์ถ่ายออกมาดูดีคือตอนกลางวันเลย ภาพที่เราได้ออกมา ถ้าเราซูมขอบจริง ๆ เราจะเห็นได้เลยว่า ภาพที่มาจากกล้องใหญ่เลย จะมีความคมกว่ามาก ๆ นั่นทำให้เวลาเราไปถ่ายรูปให้ใคร ทุกคนจะบอกว่า มันชัดมาก แต่จริง ๆ มันไม่ใช่ความชัด แต่เป็นความคม (นั่นแหละคือที่มาที่ Marketing ตอแหลใส่ผู้บริโภคกัน)

Aperture

Aperture หรือบ้าน ๆ เราเรียกว่า รูรับแสง อันนี้เราว่าคนที่ไม่ได้เล่นกล้องอาจจะรู้แค่ว่า ถ้าเลขน้อย ๆ นะ มันยิ่งรับแสงได้เยอะมากขึ้นกับทำให้เบลอมากขึ้น เรามาทำความรู้จักกันให้มากขึ้นดีกว่า

รูรับแสง เป็นกลไกนึงที่เราใช้ในกล้องเพื่อควบคุมปริมาณแสงที่เข้าไปสู่ Sensor มันจะเป็นกลีบ ซึ่งถ้าเป็นกล้องใหญ่เลย ตัวนี้มันจะอยู่ในเลนส์เลย และ สามารถที่จะปรับความกว้าง ความแคบได้ด้วย เช่น เลนส์นี้ สามารถปรับได้ตั้งแต่ F/1.4 จนไปถึง 20 นะอะไรแบบนั้น ทำให้เราสามารถควบคุมแสง และ Depth of Field (เดี๋ยวอธิบาย) ได้

แต่ การที่เราจะใส่มอเตอร์สำหรับการปรับความกว้างของรูรับแสงใน Camera Module บนโทรศัพท์บอกเลยว่า เป็นเรื่องยากมาก ๆ เพราะมันจะต้องเล็กมาก ๆ มอเตอร์ที่ใช้ก็ต้องตัวเล็ก ๆ ทุกอย่างเล็กไปหมดทำยาก ยังไม่นับว่า เดี๋ยวนี้โทรศัพท์เครื่องนึงมีหลายกล้องโอ้โห้ ราคาพุ่งพรวดแน่ (อันนี้ก็เหตุผลเดียวกัน ถ้าทำเลนส์ซูม Camera Module จะใหญ่มาก ๆ) ทำให้ผู้ผลิตมือถือเลยบอกว่า งั้นเอางี้ เราก็ทำให้มันปรับไม่ได้ไปเลยสิ จบ ๆ ต้นทุนถูกกว่า แบบ เยอะมาก ๆ ใช่แล้ว กล้องโทรศัพท์ ทุก ๆ วันนี้ใช้รูรับแสงแบบปรับไม่ได้ หรือ Fixed Aperture

ซึ่งผู้ผลิต ช่วงหลัง ๆ เริ่มรู้แหละว่าผู้บริโภคฉลาดขึ้น เลยเริ่มมาเล่นตรงนี้กันมากขึ้น เช่น iPhone 14 Pro ใช้รู้รับแสงขนาด f/1.78 และ Samsung S23 Ultra ใช้ f/1.8 เทียบกับพวกกล้องใหญ่ ถ้าเลนส์ทั่ว ๆ ไป เอาเลนส์ซูมตัวเดียวเที่ยวทั่วไทยก็ f/4 ไปแล้ว หรือ ถ้าเป็นเลนส์สำหรับถ่าย Portrait ก็อาจจะกดไปสัก f/1.8 หรือบางตัวว้าว ๆ โลกหน้าหน่อยก็ f/0.95 ไปก็มี (อยากลองเหมือนกันนะ น่าจะโฟกัสยากพอตัว) ดูตัวเลข เราก็น่าจะพูดได้ว่า กล้องโทรศัพท์ มันรับแสงได้พอ ๆ กัน หรือ ดีกว่ากล้องใหญ่จริงมั้ย อย่าลืมนะว่า สุดท้าย แสงเข้าไปได้ แต่สุดท้ายตัวรับคือ Sensor อยู่ดี

อีก Effect ของการเล่นกับ Aperture คือ Depth of Field หรือพวก Effect ที่เราเห็นกันว่า หูยยย มันเบลอหลังสวยมาก ๆ ยิ่งใช้ Aperture กว้าง ตัวเลขน้อยยิ่งละลายหลังสวย เราพรีกายด้วยรูปตัวเองเลยละกัน อันนี้เป็น f/1.4 และ f/2.8 (จริง ๆ Focal Length กับระยะถึง Foreground มีผลนะ แต่เราพยายามเลือกอันที่ใกล้เคียงกันสุด ๆ เท่าที่มีในคลังมาละ) ถ้าเราลองดูตัวรูปเลย จะเห็นเลยว่า หลังของรูปที่ใช้ f/1.4 จะดูละลายเยอะกว่า เหตุผลมันมีหลักทางฟิสิกส์ แต่มันจะยาว เราไว้เล่าในบทความอื่นละกัน เดี๋ยวไม่มี Content เขียน ฮ่า ๆ

ถ้าเราลองดูรูรับแสงของกล้อง Galaxy S23 Ultra ที่ f/1.8 มันเท่ากับรูปที่เราถ่ายจาก Sony A7IV มาเลย นะ ทำไมภาพที่เราได้จากโทรศัพท์มันถึงไม่เบลอหลังเท่า มันจะกลับมาที่เดิมคือ เลนส์ และ ขนาดของ Sensor อีก สั้น ๆ คือ ยิ่งขนาด Sensor ใหญ่ Aperture เท่ากัน หลังจะละลายเยอะขึ้น

Image Processor และการฟาดของ Mobile Photography

อ่านมาถึงตรงนี้น่าจะทำให้เราพอจะเห็นแล้วใช่มั้ยฮะว่า Element ต่าง ๆ บนกล้องโทรศัพท์ มันออกแบบมาให้มีขนาดเล็ก ทำให้มันจะต้องเสียสละบางอย่างออกไปส่งผลถึงคุณภาพที่แตกต่างกันมาก ๆ แต่มันก็ไม่ยอมแพ้ แหม่ เงินหนาอะเนอะ ในเมื่อกรูสู้เรื่องคุณภาพของ Hardware ไม่ได้ งั้นก็เอา Software มายัดแทรก ๆ เข้าไปละกัน

ท่านรัฐมนตรีเคยมาเล่าแล้วลองไปดูกันได้ หลักก็คือการเอา Software ที่ฉลาดมากขึ้นมาคำนวณเพื่อกลบข้อด้อยในเรื่องของ Hardware ออกไป เรายกตัวอย่างเช่น Depth of Field เลย อยากได้ละลายหลังสวย ๆ ทำไง ได้ครับพี่ !! งั้นเราทำ Image Segmentation แล้วเราเบลอ Background ออกไปเลยสิครับพี่ ก็คือ Portrait Mode ที่เราเห็นกันในโทรศัพท์หลาย ๆ รุ่น บางรุ่นก็ใช้พวก ToF (Time of Flight) ช่วย บางอันก็ใช้ Stereo Camera เอากล้องสองตัวจับเพื่อพยายามหาระยะ บางอันเก่ง ๆ เอา LiDAR ไปใช้เลยมั้ยนาย

หรือเรื่องของความคมเอง ในเมื่อชิ้นเลนส์สู้ไม่ได้ แต่อยากได้ความคม งั้นเราพัฒนา Algorithm สำหรับทำให้ภาพคมขึ้นดีกว่า ทุกวันนี้เราไม่ชอบเลยถ่ายรูปจากโทรศัพท์ออกมา มันเอาไปผ่านพวก Pipeline ต่าง ๆ ออกมา โดยเฉพาะทำให้คมเนี่ย มันจะ คมจน Over เกินไป หรือเราเรียกว่า Oversharpen นั่นแหละ มันผิดธรรมชาติ เอาว่าตอนนี้เรามองรูปผ่าน ๆ เราแยกออกแล้วว่าอันไหนโทรศัพท์ อันไหนกล้องใหญ่ ยิ่งพวกแสงยาก ๆ เช่นกลางคืน เจอ Noise บาน ๆ เพราะ Sensor เล็ก โทรศัพท์มันจะพยายามเอา Noise ออก แล้วชดเชยความคมด้วยการทำ Sharpen เข้าไปอีก จาก Over อยู่แล้ว ก็หนักเข้าไปอีก

เรื่องของสี ก็เป็นอีกส่วน ถ้าดูรูปตัวอย่างที่เราเอามาลง บนท้องฟ้า ภาพจากกล้อง iPhone ฟ้ามันฟ้าจริง ๆ แต่กลับกันท้องฟ้าจาก Sony A7IV ทำไมมันขาวแบบนั้น จริง ๆ ก็เป็นเพราะ iPhone มันจะมี Pipeline ในการปรับสีให้เราอัตโนมัติ ถ้าเป็นอาหาร มันคืออาหารสำเร็จรูปอะ แกะซองกินได้เลย มันเลยทำรูปออกมาให้คนทั่ว ๆ ไปชอบ แล้วเอาไปใช้ได้เลยมากกว่า จุดประสงค์ของการออกแบบมันต่างกัน

ถามว่า กล้องใหญ่ เอาจริง ๆ มันไม่ใช้เหรอ มันก็มีใช้ แต่มันจะออกแบบมาไม่เหมือนกันเพราะจุดประสงค์การใช้งานมันค่อนข้างต่างกันมาก ๆ และข้อมูลต้นฉบับจาก Sensor เยอะกว่าด้วย ทำให้จริง ๆ แล้ว การพัฒนา Image Processor และเรื่อง Computational Photography ก็ถือเป็นอีกขาที่สำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีการถ่ายภาพเลยนะ และ Demand ของกล้องโทรศัพท์มันพาขานี้ไปได้ไกล และเร็วมากจริง ๆ ต้องขอบคุณเขานะ

สรุป

ทั้งหมดที่เราเล่าไป เราไม่ได้จะมา Discredit ว่า กล้องโทรศัพท์มันไม่ดีนะ แต่ประเด็นที่เราต้องการจะสื่อคือ ด้วยลักษณะของการออกแบบกล้องโทรศัพท์ คุณภาพของภาพที่ได้กล้องใหญ่มักจะให้คุณภาพที่ดีกว่า ถึงจะบอกว่า มี Computational Photography แต่มันก็ยังสู้ฟิสิกส์ไม่ได้อยู่ดี แต่เรื่องนึงที่โทรศัพท์เหนือกว่ามาก ๆ คือ Practicality เรา Shoot & Go ได้ง่าย ๆ Form Factor ขนาดเล็ก เอาเข้าสถานที่บางที่ได้ เช่น Concert ดังนั้น มันออกแบบมาต่างกัน Use Case การใช้งานก็ย่อมแตกต่างกันด้วยเช่นกัน จะเอาอันไหนมาใช้ก็ขึ้นกับการใช้งานของเราว่าเราต้องการอะไรมากกว่า และ ที่ ๆ เราจะเอาไปถ่ายมันเอากล้องเข้าไปได้มั้ย