วันจันทร์ที่ 3 สิงหาคม พ.ศ. 2552

ที่มาภาพดิจิตอล

โลกของภาพดิจิตอลนับวันจะใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ตาของคนเราแทบจะแยกไม่ออกว่าภาพใดเกิดจากระบบดิจิตอล หรือภาพใดเกิดจากระบบ Silver Halide เพราะความละเอียดของภาพแบบดิจิตอลปัจจุบันสูงมาก จนสามารถให้โทนสี รายละเอียดที่ปรากฏกับสายตาไม่แตกต่างกัน ยกเว้นแต่ขยายภาพใหญ่มาก ๆ แล้วมองในระยะใกล้เท่านั้นถึงพอจะแยกความแตกต่างออกมาได้ภาพที่เราเห็นจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
1. ภาพโทนต่อเนื่อง (Continuous Tone) ได้แก่ ภาพถ่ายทั่วไป ทั้งภาพสไลด์ ภาพอัดขยาย ภาพเขียน
2. ภาพโทนไม่ต่อเนื่อง ( Half-tone ) เป็นภาพที่เกิดจากจุดสีเดียวรวมตัวกัน ซึ่งจุดจะมีขนาดที่แตกต่างกัน มีรูปร่างที่แตกต่างกัน หรือมีการกระจายแตกต่างกัน เมื่อรวมกันจึงเห็นเป็นภาพโทนต่อเนื่องขึ้นมา ตัวอย่างของภาพชนิดนี้ได้แก่ ภาพจากงานพิมพ์ภาพในระบบดิจิตอล เป็นภาพในระบบโทนไม่ต่อเนือง หากจะเข้าใจคำว่าภาพดิจิตอล คงต้องเข้าใจที่มาของดิจิตอล อนาล็อค สัญญาณต่อเนื่อง และสัญญาณไม่ต่อเนื่อง




ดิจิตอลและอนาล็อคคืออะไร
สมมติว่าเรามีกราฟเส้นหนึ่งเป็นกราฟเส้นแบบต่อเนื่องแทน
1. เมื่อเราแปรกราฟเส้นเป็นกราฟแท่งโดยไม่จำกัดความละเอียด เราจะได้กราฟตามแบบที่ 2 และเมื่อเราลากกราฟเส้นตามจุดตัดของกราฟแท่ง เราจะได้กราฟต้นฉบับกลับคืนมา
2. แต่ถ้าเราแปรกราฟเป็นกราฟแท่งโดยแบ่งค่าเป็นขั้น ๆ ความละเอียดเท่ากับ 1 จะได้กราฟตามแบบที่ 3 เมื่อลากกราฟเส้นตามจุดตัดของกราฟแท่งจะได้กราฟเส้นซึ่งแตกต่างจากต้นฉบับค่อนข้างมาก
3. เมื่อแปรกราฟเส้นเป็นกราฟแท่งโดยให้ความละเอียดเท่ากับ 0.25 และแปรเป็นกราฟเส้นกลับคืนมา จะได้กราฟเส้นที่ดีกว่าในข้อที่ 2 แต่ยังไม่เท่าต้นฉบับ
4. เมื่อแปรกราฟเส้นเป็นกราฟแท่งโดยให้ความละเอียดเท่ากับ 0.01 และแปรกลับมาเป็นกราฟเส้น จะได้กราฟที่แทบเหมือนต้นฉบับกลับคืนมากราฟต่อเนื่องแทนสัญญาณแบบอนาล็อค เมื่อแปรเป็นกราฟแท่ง เปรียบเหมือนการแปรเป็นสัญญาณดิจิตอล เป็นสัญญาณแบบไม่ต่อเนื่อง หากการแปรค่ามีความละเอียดต่ำ เมื่อแปรเป็นสัญญาณแบบอนาล็อคกลับมา จะเกิดการผิดเพี้ยนค่อนข้างมาก แต่ถ้าแปรด้วยความละเอียดสูง จะได้สัญญาณอนาล็อคที่เกือบเหมือนต้นฉบับ
ภาพแบบอนาล็อค หรือภาพโทนต่อเนื่อง เมื่อมีการเปลี่ยนเป็นภาพแบบดิจิตอล หากความละเอียดในการแปลงภาพต่ำ เราจะได้ภาพที่ผิดเพี้ยน แต่ถ้าการแปลงภาพมีความละเอียดสูงมาก เราจะได้ภาพแทบไม่แตกต่างไปจากภาพอนาล็อคเลย เมื่อภาพแบบอนาล็อคมีความต่อเนื่องดีกว่า ทำไมเราจึงต้องแปลงภาพมาเป็นดิจิตอล สาเหตุก็เพราะว่า ภาพในระบบอนาล็อคนั้น ไม่สะดวกในการใช้งานดังที่กล่าวไปแล้วในฉบับก่อน ทั้งการเสื่อมสภาพ หากแปลงเป็นภาพอนาล็อคมาเป็นภาพแบบดิจิตอลด้วยความละเอียดสูง นอกจากจะรักษาคุณภาพไว้เกือบเท่าต้นฉบับแล้ว ภาพแบบดิจิตอลยังมีความคงทน เพราะเป็นข้อมูล ไม่มีการเสื่อม สามารถก็อบปี้กี่ครั้งก็ได้โดยภาพไม่เปลี่ยนแปลงไปจากต้นฉบับ เมื่อจะนำไปใช้งาน เราสามารถแปลงข้อมูลดิจิตอลกลับมาเป็นอนาล็อคอีกที
การถ่ายภาพในระบบดิจิตอล เราจะแปลงความสว่างและสีของแสงซึ่งเป็นสัญญาณต่อเนื่องโดยใช้ CCDs เป็นตัวรับแสง และเกิดกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นสัญญาณต่อเนื่อง จากนั้นจะผ่านตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้าต่อเนื่องให้เป็นสัญญาณดิจิตอล ซึ่งเรียกว่า A/D Converter (****og to Digital Converter) ก็จะได้ภาพดิจิตอลแบบ Raw File ออกมา เมื่อผ่าน Processor ทำการปรับภาพจะได้ภาพดิจิตอลที่สมบูรณ์ออกมา เมื่อเราทำการดูภาพผ่านทางมอนิเตอร์ หรือพิมพ์ภาพจะต้องมีการแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นอนาล็อค หรืออาจจะไม่ต้องแปลงหากอุปกรณ์ที่นำไปต่อนั้นเป็นแบบดิจิตอล การทำงานของแสกนเนอร์ก็เป็นแบบเดียวกับกล้องดิจิตอลเช่นเดียวกันแสงและสี ----CCDs----สัญญาณไฟฟ้า---A/D Converter---สัญญาณดิจิตอล---D/A Converter---ภาพอนาล็อค
ภาพดิจิตอลคืออะไร
เมื่อเรามองลึกเข้าไปที่ภาพถ่ายจากระบบ Silver Halide เราจะเห็นว่า ภาพขาวดำจะประกอบด้วยกลุ่มของโลหะเงินจับตัวกันเป็นก้อนซึ่งเรียกเรามักเรียกว่า เกรน(Grain) หรือ Clump ส่วนที่เป็นสีดำจะมีโลหะเงินมาก ส่วนที่เป็นสีขาวจะมีโลหะเงินน้อย ส่วนสีเทาจะมีโลหะเงินกระจายกันเป็นกลุ่ม ๆ มาน้อยตามระดับสี ส่วนภาพสีจะเกิดจากกลุ่มของสารสีรวมตัวกัน โดยแบ่งออกเป็น 3 ชั้น คือ สีเหลือง สีม่วง และสีฟ้า ส่วนสว่างจะมีกลุ่มของสารสีน้อย ส่วนมืดมีกลุ่มของสารสีมาก ส่วนสีเทาจะมีกระจายกันเช่นเดียวกับฟิล์มขาวดำ การกระจายของเกรนหรือสารสีของภาพในระบบ Silver Halide จะเป็นแบบไม่คงที่ หรือแบบสุ่ม (Random)ภาพดิจิตอลจะเกิดจากโครงสร้างเล็ก ๆ คล้ายกับเกรนของภาพในระบบ Silver Halide ซึ่งเราจะเรียกว่า Pixels หรือ Picture Elements แต่การกระจายของ Pixels จะเป็นแบบมีระเบียบแบบแผนที่แน่นอน (Pattern) Pixels จะมีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมจตุรัสเรียงตัวติดกับคล้ายตารางหมากรุก เมื่อรวมกันก็จะกลายเป็นภาพเหมือนการแปรอักษร หรือถ้าเรามองจอโทรทัศน์ใกล้ ๆ เอาแว่นขยายมาส่องจะเห็นว่าจอโทรทัศน์ประกอบด้วยสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ เรียงตัวกันแน่น ส่วนในภาพพิมพ์จะประกอบด้วย Dot เป็นลักษณะทรงกลมเรียงตัวกันแทน ภาพที่ประกอบขึ้นจาก Dots หรือ Pixel เราจะเรียกว่า ภาพแบบ Bit-map

ภาพแบบ Vector และ Bitmap
มีภาพอีกแบบหนึ่งซึ่งเกิดจากเส้นโดยวางตำแหน่งเป็นพิกัด เราเรียกว่าเป็นภาพแบบ Vector ภาพแบบ Vector เมือมีการย่อขยายจะถูกย่อขยายโดยอาศัยพิกัด ภาพจะไม่เกิดการแตก แต่ภาพแบบ Bitmap ซึ่งเกิดจากจุดเมื่อมีการขยาย จุดจะใหญ่ขึ้นด้วย ทำให้เกิดการแตกของภาพ ภาพจากกล้องดิจิตอลจะเป็นแบบ Bitmap ส่วนภาพกราฟฟิค ตัวอักษรมักเป็นแบบ Vector ซึ่งเราสามารถแปลงภาพแบบ Vector เป็น Bitmap ได้โดยการ Raterize ซึ่งสามารถทำได้โดยแทบจะไม่มีข้อจำกัด สามารถทำภาพ Bitmap มาเป็นภาพ Vector ได้โดยการสร้าง Path แต่มีข้อจำกัดมากพอสมควร
จำนวนพิกเซลและความละเอียดของภาพ
ภาพในระบบดิจิตอล จะละเอียดมากน้อยหรือไม่ขึ้นกับจำนวนพิกเซลที่ประกอบเป็นภาพนั้น หากจำนวนพิกเซลมีมาก ภาพก็จะละเอียดมากกว่าภาพที่มีจำนวนพิกเซลน้อย นอกจากนี้ยังขึ้นกับระยะห่างในการมองภาพอีกด้วย จำนวนพิกเซลในภาพจะนับเป็นด้านกว้าง x ด้านยาว เมื่อคูณกันจะได้จำนวนพิกเซลทั้งหมด เช่น ภาพมีขนาด 100x100 pixels มีจำนวนพิกเซลทั้งหมด 10,000 พิกเซลนอกจากการบอกขนาดเป็นพิกเซลแล้ว เรายังสามารถบอกขนาดของภาพเป็นระยะคูณด้วยความละเอียดต่อระยะ เช่น ภาพมีขนาด 10x10 นิ้ว ความละเอียด 10 จุด/นิ้ว (Dot/inch) หรือ 10 พิกเซล/นิ้ว ซึ่งก็เท่ากับภาพมีขนาด (10x10) x (10x10) = 100 x 100 พิกเซล ซึ่งจะใช้งานแบบไหนก็แล้วแต่ความสะดวกในงานใช้งานขนาดของพิกเซลไม่ได้จำกัดว่าจะต้องมีขนาดเท่าไร ขึ้นกับว่า ขยายภาพขนาดเท่าใด เช่น ภาพมีขนาด 100x100 พิกเซล ขยายภาพขนาด 100x100 ซม. แต่ละพิกเซลจะมีขนาด 1 ซม. แต่ถ้านำไปขยายภาพขนาด 1x1 ซม. แต่ละพิกเซลจะมีขนาด 0.01 ซม. หรือ 0.1 มม.เท่านั้น




ความลึกสีของภาพ(Bit Depth)
ข้อมูลดิจิตอลจะมีค่าเป็น 0 และ 1 เท่านั้น 0 คือปิด และ 1 คือ เปิด เมื่อนำตัวเลข 0 และ 1 จำนวนมาก ๆ มาเรียงกัน สามารถทำให้เกิดข้อมูลจำนวนมหาศาลได้ ตัวเลข 0 และ 1 1 คู่เรียกว่า 1 bit มี 2 ฐานข้อมูล เมื่อจำนวนคู่ตัวเลข 0 และ 1 มากขึ้น ก็คือจำนวน Bit มากขึ้น จำนวนฐานข้อมูลจะมากขึ้นด้วย จำนวนฐานข้อมูลกับจำนวน Bit สัมพันธ์กันดังนี้
จำนวนฐานข้อมูล = 2 ยกกำลัง Bitเช่น จำนวน Bit เท่ากับ 8 Bit จำนวนฐานข้อมูลจะเท่ากับ 2 ยกกำลัง 8 = 256 ฐานข้อมูลจำนวนฐานข้อมูลจะสัมพันธ์กับเฉดสีทีเกิดขึ้นในภาพ ภาพ 1 bit จะเท่ากับ 1 เฉดสี 2 bit เท่ากับ 4 เฉดสี และ 8 bit เท่ากับ 256 เฉดสีดังภาพตัวอย่างยิ่งจำนวน Bit สีมากเท่าใด ภาพก็จะยิ่งมีโทนสีต่อเนื่องมากยิ่งขึ้น เราเรียกจำนวน Bit นี้ว่า Bit Depth หรือความลึกสี สำหรับภาพสีจะใช้สี 3 สีคือ น้ำเงิน (Blue) เขียว (Green) และแดง (Red) หากภาพมี Bit Depth เท่ากับ 8 bit จะเท่ากับจำนวนเฉดสีทั้งหมด
(2 ยกกำลัง 8) x (2 ยกกำลัง 8) x (2 ยกกำลัง 8) = 256x256x256 = 16.777216 ล้านเฉดสีจำนวน Bit Depth อย่างต่ำสำหรับภาพดิจิตอล หากต้องการภาพโทนต่อเนื่อง ควรมีไม่ต่ำกว่า 8 bit กล้องดิจิตอลปัจจุบันจะถ่ายภาพที่ 12 bit กล้องรุ่นมืออาชีพจะถ่ายที่ 14 หรือ 16 bit ส่วนสแกนเนอร์สำหรับสแกนภาพจะมีจำนวน Bit depth ที่ 16 bit ซึ่งจะให้จำนวนเฉดสีสูงมากจนแทบไม่รู้ว่าเป็นภาพดิจิตอล



หน่วยความจำที่ใช้ในภาพ
ภาพดิจิตอลเก็บโดยใช้หน่วยความจำ ซึ่งจำนวนหน่วยความจำที่ใช้จะขึ้นกับจำนวนสีในแต่ละจุด ภาพขาวดำ 1จุดจะเท่ากับ 1 สี ส่วนภาพสี RGB ซึ่งเป็น Mode ภาพที่ใช้กับงานภาพถ่าย 1 จุดใช้ 3 สี ส่วนภาพ CMYK ซึ่งใช้ในงานพิมพ์ 1 จุดจะมี 4 สี ยิ่งจำนวนสีมาก หน่วยความจำที่ใช้จะต้องมากขึ้นตามไปด้วย เช่นเดียวกับ Bit Depth ยิ่งจำนวน Bit Depth มากจะยิ่งใช้หน่วยความจำมากขึ้นตามเราสามารถคำนวนหน่วยความจำที่เครื่องต้องใช้เก็บภาพได้โดยการเข้าสูตร
จำนวน Bit ที่ใช้ = จำนวน Bit ของภาพ x จำนวน Pixel x จำนวนสีในภาพเช่น ภาพขนาด 1 ล้านพิกเซล ความลึกสี 1 bit จะใช้หน่วยความจำ = 1,00,000x1 = 1 ล้าน Bit ภาพขาวดำขนาด 1 ล้านพิกเซล ความลึกสี 8 bit จะใช้หน่วยความจำ = 1,00,000x8 = 8 ล้าน Bitภาพสี RGB ภาพขนาด 1 ล้านพิกเซล ความลึกสี 8 bit จะใช้หน่วยความจำ = 1,00,000x8x3 = 24 ล้าน Bitสามารถคำนวณจาก Bit เป็น Byte, Kilobyte และ Megabyte ได้โดย
8 bit = 1 byte1024 byte = 1 kilobyte1024 kilobyte = 1 Megabyte1024 Megabyte = 1 Gigabyteตัวอย่าง ภาพ RGB 1 ล้านพิกเซล ความลึกสี 8 bit จะมีขนาดข้อมูล 24 ล้าน Bit = 24,000,000 / (8x1024x1024) = 2.86 Megabyte

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น