จำนวน Megapixel กับ ขนาดเซนเซอร์กล้อง บนสมาร์ทโฟน อะไรสำคัญกว่ากัน ?

สำหรับกล้องบนสมาร์ทโฟน จำนวน Megapixel กับขนาดเซนเซอร์
อะไรสำคัญกว่ากัน ?

ในการวิเคราะห์คุณภาพของ กล้องถ่ายรูปแบบดิจิทัล (Digital Camera) เป็นเรื่องที่มีความซับซ้อนซ่อนเงื่อนอยู่พอสมควร แม้ความจริงจะเป็นสิ่งตายตัว แต่หลายครั้งที่ผู้ใช้ถูกนักการตลาดประดิษฐ์คำมาทำให้ไขว้เขว ตัวอย่างที่เห็นได้บ่อย คือการนำเอาจำนวน เมกะพิกเซล (Megapixel) มาใช้บ่งชี้คุณภาพกล้องสามารถบันทึกได้ แต่ปัญหาคือ Megapixel มันบ่งบอกคุณภาพได้จริงๆ เหรอ ?

ซึ่งถ้าเรานำสเปกของกล้องดิจิทัล ไม่ว่าจะเป็น กล้อง DSLR หรือ กล้อง Mirrorless ก็ตาม มาเทียบกับกล้องในสมาร์ทโฟน คุณน่าจะสังเกตเห็นว่า แม้แต่ในสมาร์ทโฟนระดับเริ่มต้น หรือระดับกลาง หลายรุ่นทางผู้ผลิตให้กล้องมาถึงระดับ 48 Megapixel กันเลยทีเดียว

ในขณะที่กล้อง DSLR หรือ Mirrorless ส่วนใหญ่มีความละเอียด 24-36 Megapixel เท่านั้นเอง หากว่าค่า Megapixel มันบ่งบอกคุณภาพได้จริง ทำไมภาพจากกล้องในสมาร์ทโฟนจึงมีคุณภาพด้อยกว่าภาพจากกล้อง DSLR หรือ Mirrorless ที่มีค่า Megapixel ต่ำกว่าล่ะ ?

ในบทความนี้ เราเลยอยากจะมาอธิบายเกี่ยวกับความสำคัญของจำนวน Megapixel และขนาดเซนเซอร์ ให้เข้าใจกันมากขึ้น

หลักการทำงานของ เซนเซอร์รับภาพ ในกล้องดิจิทัล
(Image Sensor Working Principle)

เพื่อให้เข้าใจเนื้อหาภายในบทความนี้ง่าย ๆ เราคิดว่า คุณผู้อ่านควรเข้าใจหลักการทำงานของกล้องดิจิทัลกันก่อนสักเล็กน้อย โดยภายในกล้องดิจิทัลจะมีเซนเซอร์สำหรับรับภาพที่ทำงานโดยการเปลี่ยนข้อมูลแสงที่ส่องผ่านเลนส์มาตกกระทบเป็นสัญญาณไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม ตัวเซนเซอร์รับแสงจะไม่ได้มีเพียงชิ้นเดียว มันจะประกอบไปด้วยเซนเซอร์รับแสงจำนวนมากเรียงต่อกัน โดยเซนเซอร์รับแสง 1 ตัว ก็จะมีค่าเท่ากับ 1 พิกเซล (Pixel) แต่ละพิกเซลนี้ก็จะคอยวัดค่าแสงเพื่อเปลี่ยนเป็นสัญญาณไฟฟ้าส่งไปประมวลผลให้ออกมาเป็นภาพ (จริง ๆ มีขั้นตอนมากกว่านี้ แต่ขออนุญาตเล่าแค่หลักการเบื้องต้นพอ)

ภาพขยายของเซนเซอร์รับภาพ
ภาพจาก : https://landingfield.wordpress.com/2013/02/06/peeping-into-pixel-a-micrograph-of-cmos-sensor/

เมกะพิกเซล มีความสำคัญอย่างไร ?
(How important are Megapixels ?)

เมกะพิกเซล หรือ "Megapixel (MP)" หมายถึงหลักล้านของพิกเซล เช่น 1 MP ก็จะเท่ากับ 1,000,000 พิกเซล 24 MP ก็เท่ากับ 48,000,000 พิกเซล (48 ล้านพิกเซล) นั่นเอง

หน้าที่ของพิกเซลบนเซนเซอร์คือการรับสัญญาณภาพ ดังนั้น จึงมีความเชื่อว่าจำนวนพิกเซลยิ่งเยอะยิ่งดี เพราะสามารถเก็บข้อมูลได้ความละเอียดสูงขึ้น ซึ่งมันก็เป็นเรื่องจริง อย่างภาพที่มีความคมชัดจะมีความละเอียดอย่างน้อย 300 ppi (อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ ppi ได้ที่นี่) นั่นหมายความว่ารูปที่ถ่ายจากกล้องความละเอียด 8 MP จะรับชมได้อย่างคมชัดที่ขนาด 8 x 10 นิ้ว หากขยายมากกว่านั้น ภาพก็จะเริ่มเบลอ

คำนวณจาก 8 x 10 = (8*300) x (10*300) = 2,400 x 3,000 = 7,200,000
(7.2 MP ปัดเศษไปเป็น 8 MP)

​​​อย่างไรก็ตาม ทุกวันนี้ แทบจะไม่มีใครพิมพ์ภาพออกมากันแล้ว ส่วนใหญ่เราก็ดูภาพบนสมาร์ทโฟน, แท็บเล็ต หรือคอมพิวเตอร์ กล้องดิจิทัลส่วนใหญ่มีความละเอียดเริ่มต้นที่ 24 MP จึงเป็นความละเอียดที่ค่อนข้างเหลือเฟือแล้ว แม้แต่กล้องระดับมืออาชีพอย่าง Hasselblad X1D II 50C ยังมีความละเอียดเพียง 50 MP หรือ Sony A7RIV ก็ยังใช้เซนเซอร์ความละเอียดเพียง 61 MP ดังนั้นเซนเซอร์ความละเอียด 64 MP บนสมาร์ทโฟนจึงค่อนข้างสูงเกินความจำเป็นไปมาก

และหากสังเกตสมาร์ทโฟนระดับเรือธงที่มีกล้องคุณภาพสูง คุณจะสังเกตเห็นว่าไม่มีค่ายไหนเลือกใช้เซนเซอร์ความละเอียด 64 MP เลย ทั้ง iPhone 13 Pro Max, Galaxy Z Flip4 หรือ Xperia 5 IV ต่างก็ใช้เซนเซอร์กล้องความละเอียด 12 MP ถ้า Megapixel ทำให้คุณภาพของภาพถ่ายดีขึ้นจริง แล้วทำไมสมาร์ทโฟนระดับเรือธงเหล่านี้ ถึงยังเลือกใช้ความละเอียดแค่เพียง 12 MP กันล่ะ ? เหตุผลก็เป็นเรื่องของขนาดเซนเซอร์ที่เราจะกล่าวในหัวข้อถัดไป

ขนาดของ เซนเซอร์รับภาพ มีผลต่อภาพอย่างไร ?
(How does Image Sensor Size affect image quality ?)

ย้อนกลับไปในหัวข้อ "หลักการทำงานของเซนเซอร์รับภาพในกล้องดิจิทัล" เราได้อธิบายไปแล้วว่าเซนเซอร์นั้นประกอบขึ้นจากเซนเซอร์รับแสงจำนวนหลายพิกเซลเรียงต่อกัน อย่างไรก็ตาม ขนาดของเซนเซอร์นั้นไม่ใช่ว่าจะสร้างให้มีขนาดใหญ่เท่าไหร่ก็ได้ เพราะมันต้องมีขนาดสัมพันธ์กับเลนส์ด้วย 

ยกตัวอย่างเซนเซอร์ของ iPhone 13 Pro Max นั้นมีขนาดของเซนเซอร์อยู่ที่ 1/1.66" ความละเอียด 12 MP ถ้าถามว่าสามารถทำความละเอียดเป็น 64 MP ด้วยเซนเซอร์ขนาดเท่าเดิมได้หรือไม่ ? คำตอบก็คือได้ ด้วยการลดขนาดของพิกเซลลง เราก็สามารถเพิ่มความละเอียดภาพได้แล้ว

อย่างไรก็ตาม หน้าที่ของพิกเซลคือการรับสัญญาณแสง เมื่อขนาดพิกเซลเล็กลง มันก็จะส่งผลโดยตรงกับคุณภาพของภาพในหลายด้าน ซึ่งเซนเซอร์ของกล้องในสมาร์ทนั้น เดิมทีก็มีขนาดที่เล็กอยู่แล้ว ผลกระทบจึงค่อนข้างรุนแรง ส่งผลเสีย ดังต่อไปนี้

ถูกแสงรบกวน (Noise)

เมื่อเราลดขนาดพิกเซลลง ปริมาณแสงที่มันสามารถจับได้ก็น้อยลงไปด้วย ในระหว่างที่ตัวพิกเซลรับสัญญาณแสงมันจะรับเอาสัญญาณส่วนที่ไม่ต้องการเข้ามาด้วยอย่างไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ทางวิศวกรได้แก้ไขปัญหานี้ด้วยการวิเคราะห์ข้อมูลแสง เพื่อค้นหาแสงหลักที่ต้องการ แล้วลบเอาข้อมูลแสงรบกวนออก

แต่ถ้าพิกเซลเรามีขนาดเล็กมาก เพราะพยายามยัดจำนวนพิกเซลเข้าไปให้มากที่สุดในพื้นที่จำกัด ข้อมูลแสงที่เซนเซอร์เก็บได้ก็จะมีไม่มากพอที่จะใช้ในการจัดการกับแสงรบกวนได้

ภาพที่มี Noise รบกวน
ภาพจาก : https://www.makeuseof.com/megapixel-vs-sensor-size-whats-more-important-smartphone-camera/

ถ่ายในที่แสงน้อยได้แย่

การถ่ายภาพในตอนกลางวันที่มีแสงเจิดจ้า พิกเซลขนาดเล็กจะไม่ได้รับผลกระทบมากนัก เพราะแสงมันแรงอยู่แล้ว แต่ในตอนกลางคืน หรือในห้องที่แสงสลัว พิกเซลขนาดเล็กจะจับสัญญาณแสงที่มีอยู่น้อยนิดได้ยากมาก ตัวระบบจึงพยายามเพิ่ม ค่าความไวแสง (ISO) เข้ามาช่วย แน่นอนว่า ISO ยิ่งสูง แสงรบกวนก็จะเพิ่มตามมาด้วย อีกทางเลือกหนึ่งคือ การลดความเร็วชัตเตอร์ เพื่อเพิ่มระยะเวลาในการเก็บแสงให้นานขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องใช้ขาตั้งกล้องช่วย หรือมือผู้ถ่ายจะต้องนิ่งมาก ๆ

การประมวลผลรูปภาพ คือตัวแปรสำคัญ ในการถ่ายภาพด้วยสมาร์ทโฟน
(Image Processing is a key variable in smartphone photography)

ในการถ่ายภาพด้วยกล้องดิจิทัลภาพจะถูกโปรเซสผลลัพธ์ออกมาโดยอัตโนมัติ (ไม่นับการถ่าย RAW) ด้วยข้อจำกัดของขนาดเซนเซอร์กล้องบนสมาร์ทโฟน จึงมีการนำซอฟต์แวร์ หรือแม้แต่ เทคโนโลยี AI เข้ามาช่วยในการประมวลผลภาพ

ซึ่งเราต้องยอมรับว่าพลังของ ซอฟต์แวร์ประมวลผลภาพ (Image Processing Software) ในกล้องของสมาร์ทโฟนทุกวันนี้ มีความล้ำหน้าไปมาก (แซง "โหมด Auto" ในกล้องดิจิทัลไปไกลลิบ) มันทั้งเบลอฉากหลัง, ใส่ Bokeh, ปรับแต่งสี, ลบแสงรบกวน (Noise) ฯลฯ ได้อย่างชาญฉลาด 

ถ้าไม่มีเรื่องของการประมวลผลรูปภาพ (Image Processing) เข้ามาเกี่ยวข้องเลย ขนาดเซนเซอร์ จะสำคัญกว่าจำนวน Megapixel อย่างที่เราเห็นกันในสมาร์ทโฟนระดับเรือธง ส่วนใหญ่แล้วก็ใช้ความละเอียดแค่ 12 MP เท่านั้น เพื่อไม่ให้ขนาดพิกเซลเล็กเกินไป แม้การทำ Image Processing อาจจะช่วยให้ภาพจากเซนเซอร์ 64 MP ดีขึ้นได้เหมือนกัน แต่อย่าลืมว่าภาพจากเซนเซอร์ 12 MP ก็ทำ Image Processing ด้วย แถมด้วยข้อมูลแสงที่เก็บได้มากกว่า ละเอียดกว่า ย่อมได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าอย่างแน่นอน

ปัจจุบันนี้ กล้องในสมาร์ทโฟนก็มีขนาดเซนเซอร์ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ บางรุ่นขยับจาก 1/1.66" ไปเป็นขนาด 1 นิ้ว แล้วด้วยซ้ำ เชื่อว่าจำนวน Megapixel ก็คงจะถูกเพิ่มตามไปด้วยเช่นกัน โดยที่ยังสามารถรักษาคุณภาพเอาไว้ได้เหมือนเดิม