HDR คืออะไร?
(lux.camera)- HDR (High Dynamic Range) เป็นคำที่ใช้เรียกคนละแนวคิดกันในวงการภาพถ่ายและจอแสดงผล
- สำหรับ กล้อง มี "โหมด HDR" ที่นำภาพหลายค่าแสงมารวมกันเพื่อขยายช่วงความต่างระหว่างสว่างกับมืด ส่วนใน จอแสดงผล มี "หน้าจอ HDR" ที่แสดงช่วงความสว่างได้กว้างขึ้น
- ช่วงหลังมานี้ กล้องสมาร์ตโฟน จะรวมภาพหลายใบโดยอัตโนมัติ และพยายามสร้างภาพที่ดูเป็นธรรมชาติผ่าน tone mapping ที่ขับเคลื่อนด้วย AI
- แต่อัลกอริทึม AI เหล่านี้ก็มักมีปัญหาในการเปลี่ยนภาพไปจากเจตนาของผู้ใช้ หรือทำให้รายละเอียดบางส่วนหายไป
- แอปกล้องอย่าง Halide จึงมอบ อิสระในการแสดงออก ที่กว้างขึ้น เช่น การถ่ายแบบ "ไม่มี AI", การทำ tone mapping แบบแมนนวล และตัวเลือกให้ผู้ใช้เลือกได้เองระหว่าง SDR/HDR
HDR คืออะไร?
HDR (High Dynamic Range) มักถูกสับสนว่าเป็น สองแนวคิดที่เกี่ยวข้องกันแต่ไม่เหมือนกัน ในงานภาพถ่ายและวิดีโอ
- ในกล้อง คือ "โหมด HDR" ที่ถูกนำมาใช้ใน iPhone ตั้งแต่ปี 2010
- ในจอแสดงผล คือเทคโนโลยีหน้าจอแบบใหม่ที่ทำให้ภาพดูสดและละเอียดมากขึ้น
บทความนี้อธิบายความหมายที่แท้จริงของคำว่า HDR, ปัญหาที่ตามมา, และสามแนวทางในการแก้ไขจากหลายมุมมอง
ไดนามิกเรนจ์คืออะไร?
- ไดนามิกเรนจ์หมายถึง ความแตกต่างระหว่างส่วนที่มืดที่สุดกับสว่างที่สุดของฉาก
- หากใช้กล้องรุ่นเก่าถ่ายพระอาทิตย์ตก ภาพมักออกมาสว่างเกินไปหรือมืดเกินไปเสมอ เพราะท้องฟ้ากับเงามีความต่างของความสว่างมาก
- การมองเห็นของมนุษย์ รับรู้ช่วงแสงเงาที่กว้างของทั้งฉากได้ แต่กล้องและโดยเฉพาะหน้าจอยังถ่ายทอดคอนทราสต์ระดับนี้ได้ไม่ดีนัก
- ภาพส่วนใหญ่ไม่ได้สุดขั้วขนาดนั้น จึงเรียกว่าเป็นฉากแบบ ‘SDR (Standard Dynamic Range)’
- หากทั้ง กล้องและหน้าจอ รองรับไดนามิกเรนจ์ได้น้อยกว่าฉากจริง ข้อมูลในส่วนสว่างหรือส่วนมืดก็จะสูญหาย
ทางออก 1: "โหมด HDR"
เทคนิคการถ่าย HDR และประวัติ
- ในช่วงทศวรรษ 1990 นักวิจัยได้พัฒนา อัลกอริทึม HDR ที่รวมภาพจากหลายค่าแสงเข้าด้วยกัน
- สิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงนั้นคือ tone mapping ซึ่งเป็นวิธีแปลงเพื่อ "บีบอัด" ช่วงแสงเงาให้เหมาะกับการแสดงบนจอ SDR
- tone mapping ซึ่งต้องใช้ซอฟต์แวร์ซับซ้อน เคยถูกออกแบบมาสำหรับมืออาชีพ แต่ก็มัก ใช้งานยากและให้ผลลัพธ์ที่จัดเกินไป
- ปัจจุบันสมาร์ตโฟนจะถ่ายภาพหลายค่าแสงโดยอัตโนมัติ แล้วให้อัลกอริทึม ดีปเลิร์นนิง ที่ซับซ้อนจัดการ tone mapping เอง
- Apple, Google และบริษัทอื่นเรียกกระบวนการนี้ว่า ‘HDR’ แต่ภาพสุดท้ายจริง ๆ ยังอยู่ในระดับ SDR
ปัญหาของอัลกอริทึม HDR และประสบการณ์ผู้ใช้
- อัลกอริทึมอย่าง Smart HDR, Deep Fusion ในกล้องยุคใหม่ บางครั้งสร้างขอบภาพที่ไม่ตั้งใจ ทำให้รายละเอียดหายไป หรือเกิดอาการภาพ "เละ"
- เพราะต้องถ่ายหลายภาพในฉากที่มีการเคลื่อนไหวแล้วนำมารวมกัน จึงเกิดการสูญเสียความคมชัดอย่างชัดเจนในขั้นตอนจัดแนวพิกเซล
- ผู้ใช้จำนวนมากจึงเริ่มต้องการตัวเลือก การถ่ายแบบไม่มี AI และแอป Halide ก็เพิ่มฟีเจอร์นี้อย่างรวดเร็ว
- โหมดถ่ายแบบตัด AI ออกทั้งหมดอย่าง Process Zero ก็ได้รับความนิยมเช่นกัน แต่เพราะ ไม่มีการประมวลผล HDR จึงอาจทำให้ข้อมูลบางส่วนสูญหาย
เรียนรู้จากการถ่ายภาพแอนะล็อก
- ในยุคภาพถ่ายฟิล์ม ‘negative film’ เดิมทีมี ไดนามิกเรนจ์กว้าง อยู่แล้ว
- ในขั้นตอนอัดภาพ (print) จะมีการปรับไฮไลต์และเงาด้วยงานมือ เช่น ‘dodge and burn’
- ช่างภาพระดับตำนานอย่าง Ansel Adams สร้างภาพอันทรงพลังด้วย tone mapping แบบทำมือ นี้
- ปัจจุบัน Halide สืบทอดแนวคิดนี้ด้วยฟีเจอร์ tone mapping แบบแมนนวลบนพื้นฐานการถ่ายเพียงครั้งเดียว
- ตอนปรับแต่งรายละเอียดภาพ ผู้ใช้สามารถใช้ ปุ่มหมุนเฉพาะ เพื่อปรับไดนามิกเรนจ์ได้ในคราวเดียว
ทางออก 2: จอแสดงผล HDR ที่แท้จริง
สถานะการนำ HDR display มาใช้
- ช่วงหลังมานี้ สมาร์ตโฟน ทีวี และมอนิเตอร์ เริ่มรองรับ การแสดงผล HDR จริงแล้ว
- ตัวอย่างอย่างสกรีนเซฟเวอร์ HDR บน Apple TV ให้ความประทับใจไม่ต่างจากการเปลี่ยนผ่านจากทีวีแอนะล็อกไปสู่ HDTV
- แต่การแพร่หลายยังเป็นไปอย่างช้า ๆ เพราะมีทั้ง ต้นทุนในการเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐาน และ แรงต้านต่อภาพที่ดูจัดเกินไป จากฝั่งผู้สร้างคอนเทนต์
- ผู้ผลิตวิดีโอบางรายชี้ว่า HDR ที่มากเกินไปทำให้เกิดความรู้สึกต่อต้านทางสายตาและความล้าตา จนกลับกลายเป็นอุปสรรคต่อการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้
ประเด็นด้านความเข้ากันได้และแพลตฟอร์ม
- iPhone รุ่นใหม่จำนวนมากรองรับ HDR ได้อยู่แล้ว แต่ HDR อาจถูกปิดใช้งานตามสถานการณ์และสภาพแวดล้อม เช่น โหมดประหยัดพลังงาน หรือแสงแดดจ้า
- เว็บเบราว์เซอร์ส่วนใหญ่ยังไม่รองรับการแสดงภาพ HDR ได้อย่างสมบูรณ์
- ด้วยเหตุนี้ Apple, Google และบริษัทอื่นจึงนำแนวทาง Adaptive HDR, Ultra HDR มาใช้ เพื่อบรรจุข้อมูล SDR/HDR ไว้พร้อมกันในไฟล์เดียว
- เบราว์เซอร์และแอปอย่าง Safari, Chrome ก็เริ่มมีความเคลื่อนไหวในการขยายการรองรับ HDR มากขึ้น
- อย่างไรก็ตาม บั๊กในแอปอย่าง Photos ของ Apple รวมถึงข้อจำกัดด้านการรองรับใน iOS ทำให้ในทางปฏิบัติ ยังต้องใช้เวลาอีกพอสมควรกว่าจะใช้งานได้อย่างทั่วถึง
แผนรองรับ HDR ของ Halide
- Halide คำนึงถึงประเด็นเรื่องรสนิยมในการรับชม จึงมีแผนให้ สามระดับของ HDR ได้แก่ Standard, Max และ Off
- ขณะนี้กำลังเปิดให้ทดลองแบบจำกัดในเวอร์ชัน developer preview ก่อน โดยตามนโยบาย TestFlight ของ Apple จะเปิดให้ผู้ใช้ได้เพียงจำนวนน้อย
ทางออก 3: เคารพทางเลือกของ SDR
- ผู้ใช้บางส่วนยังคงชอบ SDR
- บทความเน้นว่าธรรมชาติของภาพถ่ายไม่ใช่แค่การ ‘บันทึก’ ความจริง แต่คือ การถ่ายทอดความรู้สึก และการตีความสิ่งที่เห็นได้หลากหลาย
- หาก HDR เปิดเผยรายละเอียดทุกอย่างมากเกินไป ก็อาจทำให้ความ ‘เป็นธรรมชาติ’ และจุดโฟกัสของภาพอ่อนลงได้
- ยังมีผู้ใช้จำนวนไม่น้อยที่ให้คุณค่ากับ สุนทรียะ ของภาพสไตล์แอนะล็อกและ SDR
- Halide จึงมอบ ตัวเลือกของสไตล์ที่หลากหลาย อย่าง "HDR, SDR, tone mapping" และให้ความสำคัญกับเจตนาของศิลปิน
สรุป
- tone mapping เป็น ฟังก์ชันสำคัญในประวัติศาสตร์การถ่ายภาพมาหลายร้อยปี
- จอ HDR มี ศักยภาพอย่างมาก ในการสร้างภาพแบบที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน
- อนาคตที่ SDR และ HDR อยู่ร่วมกัน ถูกมองในแง่บวก
- คุณค่าหลักคือผู้ใช้สามารถเลือกวิธีการและสไตล์ได้ด้วยตนเอง
- อนาคตของการถ่ายภาพและภาพพระอาทิตย์ตกกำลัง สดใสยิ่งขึ้น
1 ความคิดเห็น
ความเห็นใน Hacker News
ดวงตาของเรามองเห็นได้ดีทั้งสองสถานการณ์ นี่เป็นข้อบ่นที่พบบ่อยในเกม เพราะการมองตามธรรมชาติของเราจะกวาดสายตาไปทั่วฉากพร้อมปรับตัวตลอดเวลา (แสง โฟกัส ฯลฯ) และสมองจะรวมข้อมูลนี้ให้กลายเป็นเหมือนช่วงขณะเดียว แต่ในเกม เอฟเฟกต์อย่าง “HDR” หรือ Depth of Field กลับลดทอนความสมจริงลงเสียมากกว่า จะดูเป็นธรรมชาติก็ต่อเมื่อจ้องไปยังจุดที่ซอฟต์แวร์คาดไว้พอดี ถ้ามองรอบข้าง สีจะเพี้ยนอย่างไม่สมจริงหรือภาพจะเบลอ ปัญหานี้คงอยู่ต่อไปจนกว่าการติดตามสายตาจะกลายเป็นมาตรฐาน สุดท้ายแล้ว ฟีเจอร์เหล่านี้ให้ความรู้สึกไม่เหมือนอยู่ในสถานที่จริง แต่เหมือนกำลังดูภาพจากวิดีโอกล้องที่มีข้อบกพร่องเสียมากกว่า และถ้าใส่ "Film grain" เข้าไปอีก ความต่างยิ่งชัดขึ้น
แม้ว่าฉันจะเรียนปริญญาเอกด้าน AMO physics แต่กลับไม่ค่อยรู้เรื่องโครงสร้างกล้องทั่วไปเลย ช่วงที่ได้เรียนรู้แบบเร่งรัดมันสำคัญมากในยุคแรกของ Waymo และ Motional มีวิดีโอ HDR สนุก ๆ ที่ทำไว้เมื่อสองสามปีก่อน แนะนำมาก: https://www.youtube.com/watch?v=bkQJdaGGVM8 ถ้าอยากเริ่มศึกษาการถ่ายภาพดิจิทัลอย่างจริงจัง ขอแนะนำคอร์สของ Marc Levoy ที่ Stanford: https://www.youtube.com/watch?v=y7HrM-fk_Rc&list=PL8ungNrvUY.... Marc Levoy เคยนำการพัฒนากล้อง Pixel ที่ Google จนประสบความสำเร็จ และตอนนี้ก็นำทีมของตัวเองที่ Adobe อยู่ (แม้จะเป็นเหมือนนวัตกรรมสมาร์ตโฟนทั่วไปที่ไม่นานบริษัทอื่นก็ตามทัน)
ผมคิดว่าการพูดถึง HDR capture, HDR format และ HDR display รวมเป็นเรื่องเดียวกันเป็นความผิดพลาด เพราะมันเป็นคนละแนวคิดกันโดยสิ้นเชิง การอ้างว่า Ansel Adams ใช้ HDR มีแต่จะทำให้สับสนมากขึ้นและก็ไม่แม่นยำด้วย HDR format, capture และ workflow ในการตัดต่อมีมาก่อน HDR display นานมากแล้ว ข้อดีที่ใหญ่ที่สุดของ HDR คือส่วนที่สว่างมากจะไม่ถูกตัดทิ้ง และรายละเอียดสีในส่วนที่มืดมากก็ไม่หายไป แต่ก่อนถ้าเปิดรับแสงพลาดก็แก้ไม่ได้แล้ว ขณะที่ HDR ทำให้มาปรับค่า exposure ทีหลังได้ อย่างไรก็ดี Adams ไม่ได้ทำแบบเดียวกับ HDR ในปัจจุบัน เขาเก่งระดับเทพในการเปิดรับแสงให้พอดีกับสื่อที่ใช้อยู่ ณ เวลานั้น ข้อมูลที่ไม่มีอยู่ใน negative ตั้งแต่แรก เอาออกมาทีหลังก็ไม่ได้อยู่ดี ดังนั้นการเรียก Adams ว่าเป็นผู้ใช้ HDR มีแต่จะยิ่งทำให้สับสน
สำหรับผม การสัมผัส HDR บนจอแสดงผลนั้นไม่สบายตาอย่างมาก ผมคิดว่าสีขาวที่สว่างที่สุดควรใช้เฉพาะกับดวงอาทิตย์หรือแสงจ้ามาก ๆ เท่านั้น ไม่ควรเอาไปใช้กับผนังในภาพถ่ายในอาคาร และตัวอย่าง tone mapping ก็ดูแบนเกินไปและขาด local contrast
ในฐานะช่างภาพ แม้คอนเทนต์ HDR จะน่าสนใจ แต่เวลานำมาใช้จริง รูปที่โผล่ขึ้นมาในฟีดกลับสว่างจ้าจนแสบตา หรือไม่อย่างนั้นฉากขาวอื่น ๆ ก็ดูหม่นจนแปลก ถ้าอ่านอะไรตอนกลางคืนโดยลดความสว่างหน้าจอไว้ แล้วเจอรูป HDR ก็ต้องลดลงอีก พอเลื่อนกลับไปเจอข้อความก็ต้องเพิ่มขึ้นใหม่ HDR เหมาะกับคอนเทนต์เต็มจออย่างเกมหรือหนัง แต่กับการใช้งานคอมพิวเตอร์ทั่วไป มันกลับเป็นประสบการณ์ที่ค่อนข้างกระแทกผู้ใช้
dynamic-range-limit) ต่อไปก็น่าจะกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นในเว็บแบบฟีดวงการทีวี ภาพยนตร์ และภาพถ่าย ต้องใช้เงินหลายพันล้านดอลลาร์และเวลามหาศาลในการอัปเกรดโครงสร้างพื้นฐาน และฝั่งผู้บริโภคก็เช่นกัน ผมเองก็ไม่มีทั้งจอ 4k หรือ HDR และก็คงไม่ซื้อ HDR TV จนกว่าทีวีเครื่องเดิมจะพัง หรือซื้อจอ 4k ใหม่ก่อนบริษัทจะเปลี่ยนมอนิเตอร์ให้
AI อ่านเจตนาของผู้ใช้ไม่ได้ นี่เป็นเกณฑ์หนึ่งที่ใช้แยกได้ว่าใครมี “สัมผัส” จริงในงานพัฒนาซอฟต์แวร์—คอมพิวเตอร์ไม่สามารถอนุมานเจตนาหรืออ่านใจคนได้เหมือนมนุษย์
ในการถ่ายภาพแอนะล็อกเอง ก็มีการใช้น้ำยาล้างภาพแบบชดเชยเพื่อปรับส่วนมืดหรือส่วนสว่างได้ละเอียดขึ้น และยังมีวิธีอย่าง stand development ที่แช่ในน้ำยาละลายเจือจางเป็นเวลานานด้วย ดังนั้น dodge และ burn ไม่ใช่วิธีเดียวในการเพิ่ม dynamic range ผมมีข้อบ่นเยอะกับรูปถ่ายจากสมาร์ตโฟนที่ใส่ HDR เพราะเงาและไฮไลต์หายไปหมด ทำให้ใช้เป็นเครื่องมือเชิงสร้างสรรค์ได้ยาก แต่สำหรับภาพครอบครัวหรือภาพบันทึกเหตุการณ์ก็ยังพอใช้ได้
น่าสนใจดีที่ได้เห็นว่าความหมายของ “HDR” เปลี่ยนไปอย่างไร ตั้งแต่ยุควิดีโอ/ภาพยนตร์ระดับมืออาชีพในทศวรรษ 90 จนถึงปัจจุบัน สมัยก่อน SDR หมายถึง dynamic range ราว 8 สต็อป ส่วน HDR คือมากกว่า 10 สต็อป และจะให้ความสำคัญกับ color primaries กับการแมป transfer function ปัจจุบันคนใช้คำว่า “HDR” ครอบหลายแนวคิดปนกันไป ในทางปฏิบัติ มี 3 เรื่องที่ต้องรู้คือ
HDR จะเป็นอะไรก็ได้ หรืออาจไม่เป็นอะไรเลยก็ได้ สิ่งที่ผมอยากบอกมือใหม่ตอนนี้คือ HDR พูดถึงการจัดการสีและความสว่างในเชิง “ค่าสัมบูรณ์” และควรเข้าใจด้วยว่าข้อมูลสามารถถูกนำไปใช้อัตโนมัติตามคุณสมบัติของจอ เช่น adaptive mapping
ทุกคนใน HN คิดว่ามอนิเตอร์ HDR คุ้มค่าซื้อไหม? เมื่อราว 10 ปีก่อนผมได้ยินข่าวลือว่ามันจะออกมาเร็ว ๆ นี้และก็รอมาตลอด แต่สุดท้ายก็ไม่เคยมาอยู่ในช่วงราคาที่ผมเอื้อมถึง ตอนนี้เลยลังเลว่าควรกลับมาสนใจอีกไหม ผมคิดว่าประโยชน์ของ HDR เถียงได้ยาก เพราะเวลามองวิวกลางแจ้งด้วยตาเปล่ากับถ่ายเป็นภาพแล้วดูบนจอ ความต่างมันชัดมาก