(or Lies, Damned lies, Statistics and Scanner Specs - with apologies to Benjamin Disreali)
โดย Bob Atkins
หนึ่งในสิ่งที่ถูกกล่าวถึงบ่อยที่สุด สำคัญที่สุด แต่เข้าใจน้อยที่สุด ของตัวแปรต่างๆ ในแสกนเนอร์นั้นก็คือ Dynamic Range ของแสกนเนอร์ ถ้าคุณอ่านสเปคจากผู้ผลิต คุณจะเห็นตัวเลขอย่างเช่น “Dynamic Range of 3.6” หรือ “Dynamic Range of 4.8” แต่ว่า Dynamic Range แท้จริงแล้วหมายถึงอะไร และทำไมมันถึงสำคัญ
คำจำกัดความ
คำนิยามของ Dynamic Range คือ อัตราส่วนระหว่างสัญญาณที่มีค่าสูงสุด (สว่างที่สุด) ซึ่งแสกนเนอร์สามารถบันทึกได้ ถึงสัญญาณต่ำสุด (มืดที่สุด) หน่วยที่ใช้ในการวัดคือ density unit (D) และมีค่าตามสเกล log ซึ่งหาได้จากสูตร
D = log (lo/l)
โดยที่ lo คือความสว่างของแสงที่ตกบนสไลด์ (หรือฟิล์มเนกาทีป) และ l คือความสว่างของแสงที่ทะลุผ่านสไลด์ (หรือเนกาทีฟ)
ถ้าเกิดเรากล่าวว่า แสงที่มีความสว่าง 1000 หน่วยถูกฉายบนสไลด์ และแสง 95% ถูกส่งผ่านในส่วนของ highlight (950 หน่วย) และในส่วน shadow แสงเพียง 5% ถูกส่งผ่าน (50 หน่วย)
% ของแสงที่ส่งผ่าน…….Density (D)
…………50………………..0.3
…………25………………..0.6
………...10………………..1
…………1………………….2
…………0.1……………….3
…………0.01……………..4
ความหนาแน่น (Density) ในส่วนสว่างคือ log(1000/950) = 0.02D และความหนาแน่นในส่วนมืดคือ log(1000/50) = 1.3 เพราะฉะนั้น Dmax (ค่าสูงสุดของ D) สำหรับสไลด์นี้คือ 1.3 และ Dmin (ค่าต่ำสุดของ D) คือ 0.02
อัตราส่วนของค่า log คือความแตกต่างระหว่างค่าทั้งสอง (Dmax-Dmin) เพราะฉะนั้น dynamic range ของสไลด์นี้คือ 1.3-0.02 = 1.28 คุณสามารถใช้ค่า log ของอัตราส่วนได้เลย โดยไม่จำเป็นต้องรู้ค่า D จริงๆ เพราะฉะนั้น Dynamic Range คือ log(950/50) = 1.28
Analog และ Digital
แม้ว่าเราจะคิดถึงแสกนเนอร์ฟิล์มในแง่ของอุปกรณ์ดิจิตอล แต่นั่นเป็นเพียงแค่สิ่งที่ออกมาจากแสกนเนอร์เท่านั้น เซนเซอร์จริงๆ แล้วเป็นอุปกรณ์ analog โดยส่งแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าซึ่งมีสัดส่วนกับความสว่างของแสงที่ตกบนเซนเซอร์ จากนั้นสัญญาณ Analog จะถูกแปลงเป็นสัญญาณ digital หรือที่รู้จักในนาม A/D converter
พื้นฐานดิจิตอล
สัญญาณดิจิตอลถูกสร้างขึ้นมาจาก 1 และ 0 ถ้าคุณมีตัวเลขเดียว หรือ 1 bit มันสามารถที่จะมีค่า 0 หรือ 1 เท่านั้น สองค่าเท่านั้น ไม่ได้มากอะไรเลย ถ้าคุณมีเลขสองตัว (2 bits) มันสามารถที่จะเป็น 00, 01, 10 หรือ 11 เพราะฉะนั้นตอนนี้คุณมี 4 ตัวเลขแทนที่จะเป็นสอง ด้วยเลข 3 bits คุณสามารถแทนค่า 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 หรือ 111 ได้ และนั่นเป็นเท่ากับ 8 ตัวเลข แน่นอนว่าเราสามารถเพิ่มจำนวนของ bit ได้และเพิ่มจำนวนตัวเลขที่เราสามารถแสดงได้ด้วยตัวเลขดิจิตอล
ด้วย 8 bits เราสามารถแสดงตัวเลขได้ 256 ตัวเลขเทียบเท่ากับเลขฐานสิบ 0-255 เพราะฉะนั้น ด้วย A/D converter แบบ 8 bit คุณสามารถเปลี่ยนสัญญาณ analog เป็นตัวเลขดิจิตอลได้จาก 0-255 ตอนนี้เข้ามาสู่คำถามที่ว่า Dynamic Range ของ A/D converter แบบ 8-bit
นั่นคืออัตราส่วนระหว่างสัญญาณที่ค่าน้อยที่สุดที่มันสามารถบันทึกได้ต่อสัญญาณที่มีค่ามากที่สุด สัญญาณที่มีค่าน้อยที่สุดคือ 1 และสัญญาณที่มีค่ามากที่สุดคือ 255 เพราะฉะนั้น dynamic range คือ log(255/1) = 2.4
ภาพขาวดำต้องการเพียง 1 channel (1 A/D) แต่ว่าภาพสีต้องใช้ทั้งสาม channel (แดง, เขียว และ น้ำเงิน) เพราะฉะนั้นภาพสีจะใช้จำนวนบิทมากกว่าภาพขาวดำสามเท่า อย่างไรก็ตาม Dynamic Range ของสัญญาณสีก็เท่ากับ DR ของแต่ละ channel เพราะฉะนั้นเมื่อคุณอ่านเจอว่าสี 24-bit ความจริงแล้วคือ 8-bit channel สามอัน ไม่ใช่ 24-bit อันเดียว และ dynamic range ก็ถูกกำหนดโดย 8 บิทนั้น
ข้างล่างเป็นตารางแสดงค่า Dynamic Range สูงสุดทางทฤษฏี ที่ n-bit สามารถมีได้ โดย n สามารถเป็น 8, 10, 12, 14 และ 16 (ตัวเลขที่มักเจอในแสกนเนอร์)
จำนวนบิท (สี)…………..Dmax
8 (24)……………………2.4
10 (30)………….………3.0
12 (36)………………….3.6
14 (42)………………….4.2
16 (48)………………….4.8
สิ่งหนึ่งที่ควรจะกล่าวถึงในที่นี้คือ นี่เป็นตัวเลข dynamic range สูงสุดที่ A/D converter สามารถให้ได้ ในสถานการณ์ที่ทุกอย่างสมบูรณ์แบบ และไม่มี noise ถ้าคุณป้อนสัญญาณ analog ที่มี dynamic range 2.0 พวกมันก็จะให้สัญญาณ digital ที่มี DR 2.0 เช่นกัน ไม่ว่าจะใช้จำนวนกี่บิท แต่ถ้าคุณป้อนสัญญาณที่มี DR 3.2 ให้กับ 8-bit A/D คุณจะได้สัญญาณดิจิตอลที่มี DR 2.4 เพราะนั่นเป็นค่าสูงสุดที่ 8-bit A/D สามารถทำได้ อย่างไรก็ตาม ถ้าคุณป้อนสัญญาณที่มี DR 3.2 เข้าไปใน 16-bit A/D คุณจะได้สัญญาณดิจิตอลที่มี DR 3.2 ออกมา ไม่ใช่ 4.8 ซึ่งเป็นค่าสูงสุดของ A/D
Scanners
Dynamic Range ของเครื่องแสกนเนอร์เป็นเพียงอัตราส่วนระหว่างสัญญาณที่สว่างที่สุดที่สามารถบันทึกได้ ต่อสัญญาณมืดสุดที่สามารถจับได้ การบันทึกสัญญาณสว่างๆ นั้นไม่ใช่ปัญหามากมาย เพราะมันค่อนข้างง่ายที่จะตั้งค่าแสกนเนอร์ที่ไม่มีฟิล์ม slide เสียบอยู่ ให้ผลิตสัญญาณที่มีค่าน้อยกว่าค่าสูงสุดเล็กน้อย สำหรับระบบ 8-bit ก็คือราวๆ 250 (สัญญาณ 8-bit มีค่าได้ตั้งแต่ 0-255) การบันทึกส่วนมืดนั้นเป็นเรื่องที่ยากยิ่งกว่า เพราะว่าเซนเซอร์ทุกตัวผลิต noise เพราะฉะนั้นถ้าคุณเร่งสัญญาณเพื่อที่จะพยายามอ่านค่าสัญญาณต่ำๆ คุณก็เร่ง noise ไปด้วยในตัว เพราะฉะนั้นมันจึงมีค่าต่ำสุดที่สามารถอ่านได้ และมันก็เกี่ยวข้องโดยตรงกับ noise ที่ถูกสร้างขึ้นมา
เซนเซอร์ที่ผลิต noise น้อยที่สุด (และสามารถตรวจจับสัญญาณที่อ่อนที่สุดได้) ถูกเรียนว่า photomultiplier tube หรือ PMT ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นหลอดสุญญากาศและทำงานด้วยแรงดันไฟ 1000-1500V PMT ที่มี noise น้อยที่สุดทำงานในห้องที่ได้รับการปรับอากาศให้มีอุณหภูมิต่ำกว่าปกติเพื่อลด noise ลงไปอีก PMT ถูกใช้ในแสกนเนอร์ แต่เฉพาะในเครื่อง drum scanner ขนาดใหญ่และราคาแพงเท่านั้น เครื่องเหล่านี้หนัก 150 ปอนด์และมีราคาค่างวดกว่า $50,000
เครื่องแสกนเนอร์ตั้งโต๊ะมักจะใช้ solid state detector (CCD/CMOS) ซึ่งไม่ได้รับการระบายความร้อน พวกมันผลิต noise ขึ้นมากกว่า PMT และไม่สามารถจับสัญญาณอ่อนๆ ที่ PMT สามารถทำได้ สัญญาณอ่อนๆ มาจากส่วนที่หนาแน่นที่สุดในภาพ (เช่น ส่วนมืดของภาพ) และเครื่องแสกนเนอร์แบบ CCD ไม่สามารถมองเห็นส่วนมืดได้มากเท่าเครื่องแสกนเนอร์แบบ PMT สามารถทำได้ หรือพูดในอีกแง่หนึ่งก็คือ เครื่องแสกนเนอร์แบบตั้งโต๊ะมี DR สู้เครื่อง drum scanner ไม่ได้ และแล้วเราก็กลับเข้าสู่เรื่องของ dynamic range อีกครั้ง
ยิ่ง DR สูงมากเท่าไร ก็ยิ่งได้ข้อมูลออกมามากขึ้นเท่านั้นจากส่วนมืดของสไลด์ เพราะฉะนั้น DR สูงๆ เป็นสิ่งที่ดีและเป็นสิ่งที่ทุกคนปรารถนา ข้างล่างนี้คือภาพประกอบสิ่งที่ผมกำลังกล่าวถึง
ภาพข้างบนแสดงถึงเสกลจากสีขาวไปถึงสีดำ สองภาพข้างล่างแสดงสิ่งที่คุณจะได้ถ้าหากคุณแสกนภาพบนสุดด้วยแสกนเนอร์สองเครื่อง เครื่องนึงมี DR และ Dmax สูง ส่วนอีกเครื่องมี DR/Dmax ต่ำกว่า ทั้งสองเครื่องไม่สามารถบันทึกรายละเอียดทั้งหมดจากภาพต้นฉบับได้ แต่ว่าแสกนเนอร์ที่มี DR สูงกว่าสามารถบันทึกได้มากกว่า ตัวอย่างนี้อาจจะเกินความจริงไปหน่อยเพื่อความเข้าใจง่าย
Dmax เท่าไรที่คุณต้องการ?
ฟิล์มเนกาทีปส่วนมากที่ถ่ายมาอย่างถูกต้อง และล้างอย่างถูกต้องมักจะมี Dmax ต่ำกว่า 1.5 และเนกาทีฟที่ over ก็ไม่ค่อยจะไปเกินกว่า 2.0 เท่าไร เพราะฉะนั้น DR 2.0 มักจะสามารถจัดการทุกเนกาทีฟที่คุณมีได้ และเครื่องแสกนเนอร์ทุกตัวก็สามารถทำได้
สิ่งเดียวกันนี้เป็นจริงกับการแสกนภาพพิมพ์ด้วยเช่นกัน (แม้ว่าคุณจะต้องใช้แสกนเนอร์แบบ flatbed ไม่ใช่ฟิล์มแสกนเนอร์) Dmax ของส่วนที่มืดที่สุดของหมึก หรือจากภาพอัดมือมักจะอยู่ที่ประมาณ 2.0 เพราะฉะนั้นมันจึงไม่น่าจะเกินความสามารถของเครือ่งแสกนดีๆ
อย่างไรก็ตาม ฟิล์มสไลด์นั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง Dmax ของฟิล์ม slide สามารถพุ่งขึ้นไปถึง 3.5 และ Velvia ก็อ้างว่าสามารถที่จะขึ้นไปถึง 4.0 ในส่วนที่มืดที่สุด ซึ่งแม้แต่เครื่องแสกนเนอร์ที่ดีที่สุดก็ยังเอาไม่อยู่
Scanner Specs
นอกจากเรื่องของความละเอียด ตัวแปรอีกตัวหนึ่งที่ถูกระบุมาจากผู้ผลิตแสกนเนอร์คือ dynamic range เพราะว่ามันเป็นค่าที่สำคัญมากๆ ที่จะระบุคุณภาพของไฟล์จากฟิล์มสไลด์ ยกตัวอย่าง ข้างล่างเป็นสเปคจากเครื่อง Minolta Dimage Scan Dual III:
* “ด้วย 16-bit A/D converter และ DR 4.8, DiMAGE Scan Dual III สามารถสร้างไฟล์ที่มีโทนสวยงามและสีเทียบเคียงกับฟิล์มต้นฉบับ 16-bit A/D converter สามารถที่จะแยกสีได้ 65,536 สีสำหรับแต่ละสี ความสามารถในการบันทึกความลึกและความละเอียดอ่อนของฟิล์มต้นฉบับนั้นน่าทึ่งอย่างมาก DR ของแสกนเนอร์คือ 4.8”
มันหมายความว่าอย่างไร? มันมี DR 4.8 จริงหรือไม่? คำตอบคือ ไม่ มันอาจจะมี 16-bit A/D ซึ่งหมายถึงว่าในทางทฤษฎี A/D สามารถมี DR 4.8 แต่อย่างที่ผมกล่าวไปในข้างต้น ถ้าคุณป้อนสัญญาณที่มี DR ต่ำกว่านั้นเข้าไป สิ่งที่คุณได้ออกมาก็คือ DR นั้นๆ และเนื่องจาก DR ของ CCD/CMOS นั้นอยู่ที่ราวๆ 3.4-3.6 เพราะฉะนั้นนั่นคือ DR ที่คุณจะได้ ยิ่งเซนเซอร์และวงจรดีขึ้นเท่าไร DR ก็ยิ่งดีขึ้นเท่านั้น เพราะฉะนั้นมันอาจจะอยู่ระหว่าง DR2.8-3.6 คุณไม่มีวันรู้ เพราะว่าผู้ผลิตไม่ระบุค่าที่วัดได้ แต่ระบุเพียงค่าสูงสุดทางทฤษฎีจากเซนเซอร์ที่ไร้ noise ซึ่งมันไม่มีอยู่จริง
*Nikon Coolscan IV ED มี 12-bit A/D converter (36-bit color) และอ้างว่ามี DR 3.6 สำหรับ Nikon Super Coolscan 8000ED ระบุในเสปคว่ามี 14-bit A/D converter และมี DR 4.2 (รู้สึกคุ้นๆ ไหม อนุญาตให้กลับไปดูตารางข้างบนได้)
• Canon ระบุว่า Canoscan FS4000US มี DR 4.2 และก็อย่างที่คุณเดา มันมี 14-bit A/D converter
เริ่มมองเห็น pattern หรือยัง?
Drum scanner ที่ใช้ PMT มีค่า DR ที่วัดได้เพียงราวๆ 4.0 นั่นเกือบเป็นลิมิทแล้ว และก็เพียงพอ เพราะมีเพียงสไลด์หรือเนกาทีฟไม่กี่อันที่สามารถเข้าใกล้ 4.0D ได้ เพราะฉะนั้นจึงไม่มีแรงจูงใจที่จะสร้างเครื่องที่มี DR สูงกว่านั้น เครืื่องแสกนเนอร์ตั้งโต๊ะที่ดีที่สุดอาจจะมี DR สูงถึง 3.6 แต่ผมอาจจะมองโลกในแง่ดีไปหน่อย 14-bit A/D converter น่าจะสามารถจัดการกับ DR ระดับนี้ได้ เนื่องจากมันอยู่ในลิมิทของ 12-bit พอดี และ 16-bit ก็โอเค แต่ว่าไม่จำเป็น
เพราะฉะนั้นจึงสรุปได้ว่า ไม่ต้องสนใจสเปคจากผู้ผลิตในส่วนของ DR เพราะว่ามันไม่มีประโยชน์อะไรเลย เป็นเพียงแทคติคทางการตลาดเท่านั้น ไม่ได้หมายความว่ามันไม่มีเครื่องแสกนเนอร์ที่ดี ดีกว่า และดีที่สุดเมื่อพูดถึง DR เพียงแต่ว่าคุณไม่สามารถบอกอะไรได้จากสเปคเลย 16-bit อาจจะไม่ดีไปกว่า 14-bit ผมเลือกที่จะมีเครื่องแสกนเนอร์ 12-bit ที่มี sensor ที่ผลิต noise ต่ำมากกว่าเครื่อง 16-bit ที่ใช้เซนเซอร์ทั่วๆ ไปซึ่งมี noise สูงกว่า คุณยังต้องการอย่างน้อย 12-bit เพราะว่าถ้าต่ำไปกว่านั้น A/D จะกลายเป็นคอขวดแทน
http://photo.net/learn/drange/
คัดลอกจาก
พอดีกำลังอยากได้ฟิล์มสแกนเนอร์ดีๆสักตัว
กูเกิ้ลพาไปเจอบทความน่าอ่าน
เลยขอเอามาฝากนะครับ :)
บทความ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น