เทคโนโลยี HDR บนกล้องและจอแสดงผลคืออะไร ?

HDR เป็นชื่อเรียกเทคโนโลยีที่ได้ยินบ่อย ๆ และกลายเป็นอีกคำที่ผู้ใช้งานสมาร์ทโฟนคุ้นเคย แต่ความจริงแล้ว HDR คืออะไร เกี่ยวอะไรกับกล้อง เกี่ยวอะไรกับหน้าจอ เกี่ยวอะไรกับสีของภาพ อะไรคือคำโฆษณาที่พูดกันว่า ให้สีขาวขาวขึ้นกว่าเดิมและให้สีดำเข้มขึ้นกว่าเดิม ทุกอย่างเกี่ยวกับ HDR มีคำตอบให้ในบทความด้านล่างนี้

ทำความเข้าใจ Dynamic Range (ความต่างระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุด)

ก่อนจะเข้าเรื่อง HDR (High Dynamic Range) ต้องทำความเข้าใจเรื่องความต่างระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุดหรือที่นิยมเรียกว่าช่วงไดนามิก (Dynamic Range) กันก่อน ช่วงไดนามิกคือความแตกต่างระหว่างค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดของอะไรบางอย่าง ในที่นี้เราจะพูดถึงเรื่องที่เกี่ยวข้องกับแสง

ช่วงไดนามิกของระบบแสง คือ ความแตกต่างระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุดของความเข้มแสงที่ตรวจจับได้ สายตาของมนุษย์มีช่วงไดนามิกของแสงกว้างพอสมควร เราสามารถมองภาพและดูรายละเอียดวัตถุบริเวณที่มีแสงส่องสว่างได้ง่าย แต่เมื่อไรก็ตามที่เรามองวัตถุที่มีแสงจ้ามาก ๆ ดวงตาจะปรับม่านตาให้แคบลงเพื่อให้เรามองเห็นวัตถุดังกล่าวได้ชัดขึ้นแต่ขณะเดียวกันเราจะเห็นวัตถุอื่น ๆ รอบข้างที่มีแสงน้อยกว่ามืดลง ถ้าดวงตาของเรามีช่วงไดนามิกกว้างขึ้นกว่านี้เราจะสามารถมองเห็นวัตถุแสงจ้าโดยไม่ต้องหรี่ตา ในทำนองเดียวกันเราก็จะไม่ต้องเพ่งสายตาในที่มืดมากนัก ขณะที่สัตว์บางชนิด เช่น หนู สามารถมองเห็นในที่แสงน้อยได้อย่างสบาย ๆ

กล้องถ่ายรูปก็มีช่วงไดนามิกของแสงที่ใช้งานตรรกะเดียวกันกับสายตามนุษย์ กล้องที่มีช่วงไดนามิกกว้าง (High Dynamic Range) จะเก็บรายละเอียดของวัตถุได้มากกว่า (แต่ก็มีราคาแพงกว่าด้วย) ในทางตรงข้ามกล้องที่มีราคาถูกลงมาหรือกล้องที่มีขนาดเล็กอย่างเช่นกล้องบนสมาร์ทโฟนมักจะมีช่วงไดนามิกแสงที่ไม่ค่อยดีนักเมื่อเทียบกับสายตามนุษย์

ในกล้องถ่ายรูปเรื่องของช่วงไดนามิกแสงมีความสำคัญมากกว่าเมื่อเทียบกับสายตามนุษย์ เพราะในเวลาหนึ่งสายตามนุษย์สามารถมองและโฟกัสวัตถุใดวัตถุหนึ่งได้เพียงจุดเดียวเท่านั้น เรามองเห็นฉากองค์ประกอบโดยรวมทั้งหมดขณะที่สายตาเราจะโฟกัสไปที่วัตถุที่อยู่จุดศูนย์กลางของฉาก ดังนั้นแม้ว่าจะมีอะไรบางอย่างอยู่ในมุมที่มองเห็นไม่ชัดนักก็ไม่ใช่เรื่องสำคัญเพราะเราสามารถย้ายจุดโฟกัสของสายตาไปที่จุดดังกล่าวได้ภายหลัง แต่ในการถ่ายรูปทั่วไป เมื่อเราบันทึกภาพไปแล้วพบว่ามีบางส่วนในภาพมืดไปหรือสว่างไปจนมองไม่ชัด เราไม่สามารถแก้ไขภาพเฉพาะจุดนั้นได้นอกจากจะต้องบันทึกภาพใหม่โดยย้ายจุดโฟกัสหรือย้ายมุมมอง

ด้วยเหตุนี้ช่วงไดนามิกแสงที่กว้างจึงเป็นคุณสมบัติที่น่าสนใจในกล้องถ่ายรูป ระบบกล้องคุณภาพสูงควรจะแสดงภาพได้อย่างถูกต้องทั้งในจุดที่สว่างและจุดที่มืดของฉาก เซ็นเซอร์รับภาพบนกล้องถ่ายรูปที่ดีควรจะจับรายละเอียดได้มากพอทั้งในบริเวณจุดสว่างและจุดมืดของภาพ ข้อมูลแสงนิยมบันทึกเก็บไว้ในรูปแบบไฟล์ชนิด RAW file ซึ่งสามารถนำมาแก้ไขรายละเอียดของแสงและเงาบนจุดต่าง ๆ ในภาพได้ภายหลัง

อย่างไรก็ตามการบันทึกภาพ RAW file ก็มีเงื่อนไขที่เป็นอุปสรรค์สำหรับกล้องบนสมาร์ทโฟนอยู่ข้อหนึ่ง นั่นคือตัวกล้องจะต้องบันทึกข้อมูลภาพขนาดใหญ่ที่สามารถเก็บรายละเอียดได้ครบทุกจุด แต่กล้องในสมาร์ทโฟนมีเซ็นเซอร์รับภาพขนาดเล็กจึงเป็นเรื่องยากที่จะเก็บรายละเอียดได้ครบ จึงเป็นที่มาของการชดเชยข้อจำกัดด้วยวิธี "tone mapping" หรือการซ้อนภาพที่มีช่วงแสงต่างกัน

ทำความเข้าใจโหมดถ่ายภาพ HDR บนกล้องสมาร์ทโฟน

มือถือรุ่นใหม่ ๆ มักจะมีโหมดถ่ายภาพ HDR ติดมาให้ใช้งาน แต่จริง ๆ แล้วชื่อเรียกเทคโนโลยีที่ถูกต้องคือ tone mapping ซึ่งเป็นเทคโนโลยีบันทึกภาพโดยเก็บรายละเอียดจุดที่สว่างที่สุดและมืดที่สุดของภาพได้ วิธีการก็คือจับภาพหลาย ๆ ภาพในเวลารวดเร็วโดยใช้ค่าการรับแสง (exposure value : EV) ที่แตกต่างกันจากนั้นก็นำภาพมาซ้อนทับกันจนได้เป็นภาพสุดท้ายที่สามารถเก็บรายละเอียดได้ทั้งในบริเวณจุดมืดและจุดที่สว่าง ทั้งหมดนี้ถูกจัดการอย่างรวดเร็วด้วยการเลือกโหมดถ่ายภาพ HDR บนสมาร์ทโฟนและถ่ายรูปออกมา

นอกจากเทคโนโลยี tone mapping แล้ว การถ่ายภาพในโหมด HDR บนสมาร์ทโฟนบางรุ่นยังมีการแต่งเติมรายละเอียดแสงและเงาลงในในภาพอีกด้วยเพื่อให้สีสันที่ออกมามีไดนามิกของแสงกว้าง อย่างไรก็ตามการใส่รายละเอียดของภาพให้มีช่วงสีที่กว้างก็ถูกจำกัดด้วยการแสดงผลบนหน้าจอ หากหน้าจอสมาร์ทโฟนไม่สามารถรองรับการแสดงผล HDR ก็จะไม่เห็นแสงและเงาสวยเหมือนกับภาพต้นฉบับ

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับจอแสดงผล HDR

ผู้ผลิตโทรทัศน์มักจะนำเรื่องการสนับสนุน HDR มาใช้เป็นจุดขายโทรทัศน์รุ่นใหม่หรือแม้แต่โทรทัศน์ความละเอียด 4K แต่สำหรับสมาร์ทโฟนนั้นเริ่มมีการนำจอแสดงผลที่รองรับ HDR มาใช้งานตั้งแต่ Galaxy Note7 เมื่อปีที่แล้ว หลังจากนั้นมาก็ถูกนำมาใช้งานอีกในรุ่นท็อปหลาย ๆ รุ่น เช่น Galaxy S8, Galaxy Tab S3, Sony Xperia XZ Premium, Sony Xperia XZ1, LG G6, LG V30 หรือแม้แต่รุ่นล่าสุดของ Apple อย่าง iPhone X

จอแสดงผล HDR คืออะไร ?

จอแสดงผล HDR มีข้อได้เปรียบ 3 ข้อที่เหนือกว่าจอแสดงผลทั่วไป (standard dynamic range display : SDR) ได้แก่

1. มีช่วงไดนามิกที่กว้างขึ้น2. มีค่าความสว่างสูงสุดเพิ่มขึ้น3. มีช่วงสีที่กว้างขึ้น

ข้อ 1. กับข้อ 2. มีความเกี่ยวพันอย่างใกล้ชิด จอแสดงผล HDR สามารถแสดงรายละเอียดได้มากขึ้นในบริเวณที่สว่างและที่มืด ซึ่งมักจะถูกยกมาอธิบายด้วยคำโฆษณาที่ว่า "ให้จุดที่ขาวขาวขึ้นและจุดที่ดำดำเข้มขึ้น" ในเวลาต่อมา ซึ่งไม่ผิดแต่ก็ไม่ถูกต้องเสียทั้งหมด

เมื่อดูเนื้อหาคอนเทนต์ HDR ผ่านจอแสดงผล HDR เทียบกับดูผ่านจอแสดงผล SDR จะสังเกตเห็นว่าพื้นที่ส่วนที่สว่างของภาพสว่างขึ้นเมื่อมองผ่านจอ HDR และในเวลาเดียวกันก็สามารถมองเห็นรายละเอียดได้มากขึ้นด้วย ตัวอย่างเช่น ถ้ามีภาพคนยืนข้างหน้าต่างที่มีแสงส่องเข้ามาด้านข้างของใบหน้า ถ้ามองภาพดังกล่าวผ่านจอ SDR จะเห็นภาพใบหน้าส่วนนี้ปรากฎเป็นแสงสีขาว แต่ถ้ามองผ่านจอ HDR จะเห็นแสงบริเวณดังกล่าวสว่างขึ้นรวมถึงเห็นรายละเอียดพื้นผิวของใบหน้าโดยไม่ได้เห็นแค่แสงจ้าสีขาวเท่านั้น

เช่นเดียวกันกับเงา การมองเห็นจุดมืดอย่างเช่นเส้นผมหรือเสื้อคลุมสีดำผ่านจอ SDR จะเห็นเป็นสีดำ แต่ถ้ามองผ่านหน้าจอ HDR จะเห็นรายละเอียดของเส้นผมและดูลักษณะของเนื้อผ้าได้ชัดเจนมากขึ้น

สิ่งที่เกิดขึ้นอธิบายประโยชน์ของการที่หน้าจอ HDR มีความสว่างที่มากกว่าจอ SDR จึงทำให้ผู้ชมเห็นรายละเอียดเพิ่มเติมได้ชัดเจนขึ้น อย่างไรก็ตามการเพิ่มค่าความสว่างสูงสุดให้หน้าจอ SDR กลับไม่สามารถให้ผลเช่นเดียวกัน เพราะการเพิ่มความสว่างให้หน้าจอ SDR จะทำให้แสงบนภาพเพิ่มขึ้นโดยสูญเสียรายละเอียดส่วนที่มืดไป

ประโยชน์ข้อที่ 3. ของการมีช่วงสีที่กว้างขึ้นก็คือโดยปกติแล้วสายตามนุษย์สามารถมองเห็นสีได้หลายช่วง อย่างไรก็ตามเนื่องจากข้อจำกัดต่าง ๆ ของการส่งข้อมูลไม่ว่าจะเป็นทางโทรทัศน์หรืออินเทอร์เน็ต คอนเทนต์ที่เราเห็นบนจอแสดงผลจึงมีช่วงสีที่แคบกว่าขีดจำกัดที่สายตามนุษย์สามารถมองเห็นได้ ด้วยช่วงสีที่กว้างขึ้นบนจอแสดงผล HDR ทำให้เราเห็นสีสันได้หลากหลายช่วงมากขึ้นแม้จะยังไม่ถึงขีดจำกัดที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้แต่ก็มีรายละเอียดสีที่ดีกว่าการมองผ่านจอภาพ SDR อย่างแน่นอน

สิ่งที่ตามมาก็คือภาพที่ได้มีความสมจริงมากขึ้น ตัวอย่างเช่น มะเขือเทศของจริงมีสีแดงและสดใส แต่โทนสีจะเบาลงเมื่อมองผ่านจอแสดงผลเนื่องจากช่วงสีที่แสดงผลได้ไม่กว้างเพียงพอที่จะเก็บรายละเอียดให้เหมือนกับของจริง การมีจอแสดงผล HDR จะทำให้สีที่ออกมาใกล้เคียงของจริงมากขึ้นแม้จะไม่ใช่สีเหมือนจริงเป๊ะก็ตาม

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับคอนเทนต์ HDR

จอแสดงผล HDR จะเป็นจอแสดงผล HDR ได้สมบูรณ์ก็ต่อเมื่อมีคอนเทนต์ HDR ถูกนำมาแสดงบนหน้าจอ หากไม่แล้วก็จะกลายเป็นเพียงจอ SDR คุณภาพดีตัวหนึ่งเท่านั้น

คอนเทนต์ HDR มีรูปแบบหลัก ๆ อยู่ 2 แบบ ได้แก่ HDR-10 และ Dolby Vision ซึ่งใช้รูปแบบการบีบอัดไฟล์ข้อมูล H.264 หรือ HEVC และเก็บบันทึกโดยใช้นามสกุล .MP4 หรือ .MOV ที่มีการเพิ่มส่วนกำกับไฟล์ให้เข้ากับระบบ HDR ซึ่งไฟล์ HDR ที่นำมาเปิดและแสดงผลผ่านจอ SDR จะดูเรียบ ๆ โดยมีความคมชัดและช่วงสีต่ำเนื่องจากระบบของจอแสดงผล SDR ไม่สามารถแสดงข้อมูลสีและแสงที่อยู่นอกเหนือช่วงการแสดงผลของตัวเองได้

HDR-10 เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมแบบเปิดที่สร้างขึ้นโดยสมาคมเทคโนโลยีเพื่อผู้บริโภค (Consumer Technology Association) ขณะที่ Dolby Vision เป็นมาตรฐานที่เป็นกรรมสิทธิของ Dolby เปรียบเทียบง่าย ๆ ให้เห็นภาพอย่างเช่น HDR-10 เป็นพอร์ต USB Type-C ส่วน Dolby Vision เป็นพอร์ต Lightning

HDR-10 เป็นรูปแบบที่นิยมใช้กันมากที่สุดเนื่องจากไม่เสียค่าใช้จ่ายและทำงานได้ตรงกับความต้องการ อะไรก็ตามที่อ้างว่ารองรับคอนเทนต์ HDR จะรองรับมาตรฐาน HDR-10 ขณะที่บางอย่างจะอ้างว่ารองรับ Dolby Vision นอกเหนือจาก HDR-10 ด้วย

สิ่งที่ต่างกันระหว่าง Dolby Vision และ HDR-10 ก็คือ Dolby Vision สามารถควบคุมคอนเทนต์ทุกส่วนได้อย่างครบถ้วน โดยผู้สร้างคอนเทนต์สามารถคุมตำแหน่งและวิธีการแสดงผลได้ ผู้ใช้งานจะชมคอนเทนต์ได้ตามที่ Dolby Vision กำหนดค่าไว้ตั้งแต่แรก แต่ใน HDR-10 ผู้ใช้งานจะปรับการตั้งค่าคอนเทนต์ได้เล็กน้อย อีกอย่างหนึ่งคือ Dolby Vision มีความต้องการฮาร์ดแวร์ที่สูงกว่า HDR-10 อย่างมากโดยจอแสดงผลต้องมีสีและความสว่างเหนือกว่าข้อกำหนดของ HDR-10

บทสรุป

สรุปได้ว่า HDR เป็นเรื่องเกี่ยวกับการเพิ่มคุณภาพคอนเทนต์ที่สามารถรับชมได้ ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีวิดีโอส่วนใหญ่ในอดีตจนถึงปัจจุบันเป็นเรื่องเกี่ยวกับการเพิ่มความละเอียด แต่ HDR คือจุดที่มีความก้าวหน้าเกิดขึ้นในระดับพิกเซล หมายความว่าเราจะมีจุดพิกเซลที่มีคุณภาพมากขึ้น สามารถแสดงผลภาพและวิดีโอ HDR ที่สดใสและมีชีวิตชีวาสมจริงยิ่งขึ้นเรื่อย ๆ

ย้ำอีกครั้งว่าจอแสดงผลเทคโนโลยี HDR ไม่ได้มีอะไรเกี่ยวข้องกับโหมดถ่ายรูป HDR บนสมาร์ทโฟนเลยแม้แต่น้อย