Dual Cameras กับสมาร์ทโฟน

บทความนี้เขียนโดย ผศ.ดร.ฐิติรัตน์ ศิริบวรรัตนกุล เผยแพร่ครั้งแรก ที่นี่ ในชื่อเรื่อง “Dual Cameras กับสมาร์ทโฟน: กล้อง(หลัง)หลายๆ ตัวมีไว้เพื่ออะไร?” เมื่อ 25 ธันวาคม 2016 โดยคอลัมน์ Intelligence and Information ของ Manager Online


พูดถึงเทคโนโลยีกล้องถ่ายรูปในสมาร์ทโฟนสมัยนี้ สิ่งที่กลายเป็นมาตรฐานกลาย ๆ ไปแล้ว คือ อย่างน้อยต้องมีกล้องหน้า (Front camera) และกล้องหลัง (Rear camera) อย่างละตัว แต่คำว่า “Dual Cameras” ที่แปลตรงตัวว่า “กล้องคู่” ในที่นี้จะไม่ได้หมายถึงคู่ของกล้องหน้าและกล้องหลัง แต่หมายถึงเฉพาะกล้องหลังของสมาร์ทโฟนที่มีมาพร้อมกันทีเดียวถึง 2 ตัว ซึ่งเมื่อรวมกับกล้องหน้าอีก 1 ตัวแล้วเท่ากับว่าสมาร์ทโฟนที่กำลังจะพูดถึงนี้เครื่องหนึ่งจะมีกล้องติดมาถึง 3 ตัวเลยค่ะ

เทรนด์กล้อง(หลัง)คู่บนสมาร์ทโฟนนั้นว่าไปแล้วก็ไม่ใช่เรื่องใหม่อะไร เพราะสมาร์ทโฟนเครื่องแรกของโลกที่มีกล้องหลังคู่ของ HTC นั้นมีมาตั้งแต่ปี ค.ศ.2011 แต่ในโอกาสที่ยักษ์ใหญ่ด้านสมาร์ทโฟนอย่าง Apple ตัดสินใจก้าวลงมาเล่นในเทคโนโลยีกล้องคู่ด้านหลังนี้อย่างเต็มตัวใน iPhone 7 Plus ตัวล่าสุด ผู้เขียนเลยถือโอกาสนี้มาเล่าเบื้องลึกเบื้องหลังให้คุณผู้อ่านรู้กันว่าการมีกล้องหลังพร้อมกันหลายๆ ตัวนี้มันดียังไงและเอาไปใช้ต่อยอดทำอะไรน่าสนใจอื่นๆ ได้บ้าง

หากเป็นในการศึกษาวิจัยทั่วไปหรือแม้แต่ในภาพยนตร์ การใช้งานกล้องพร้อมกันมากกว่าหนึ่งตัวนั้นเป็นเรื่องที่พบได้ทั่วไป ตัวอย่างเช่น ภาพยนตร์เรื่อง The Matrix ปี ค.ศ.1999 (รูปภาพที่ 1) ที่ใช้กล้องในการถ่ายทำนับร้อยตัวเพื่อให้ได้ภาพจากทุกองศารอบตัวพระเอกในฉากหลบกระสุนปืนอันโด่งดัง หรือ เครื่องสแกนเนอร์สามมิติ (รูปภาพที่ 2) ที่ใช้กล้องหลายตัวจับภาพของวัตถุที่จะสแกนพร้อมกันทีเดียวจากหลาย ๆ มุมและนำข้อมูลภาพหลายมุมดังกล่าวไปวิเคราะห์สร้างแบบจำลองสามมิติของวัตถุในคอมพิวเตอร์ หรือ งานวิจัยที่ใช้กล้องภาพสีปกติคู่กับกล้องถ่ายภาพแสงอินฟราเรด เพื่อนำภาพจากกล้องอินฟราเรดไปช่วยปรับโทนสีผิวของคนในภาพสี่สีให้เนียนสวยสมจริง หรือ อุปกรณ์อย่างเซ็นเซอร์ Microsoft Kinect รุ่นแรกที่มีกล้องภาพสีคู่กับกล้องอินฟราเรด โดยกล้องภาพสีมีไว้ถ่ายภาพสี่สีของผู้เล่นและใช้รู้จำผู้เล่นจากใบหน้า (Face recognition) ส่วนกล้องอินฟราเรดมีไว้มองภาพแสงอินฟราเรดแพทเทิร์นพิเศษที่ตาคนมองไม่เห็นเพื่อนำไปคำนวณหาตำแหน่งและระบุท่าทางของผู้เล่นที่ยืนหรือนั่งอยู่หน้าเซ็นเซอร์ ณ ขณะหนึ่งๆ เป็นต้น

รูปภาพที่ 1 : เบื้องหลังการถ่ายทำฉากหลบกระสุนปืนของภาพยนตร์ The Matrix (1999) ที่ใช้กล้องนับร้อยตัว
รูปภาพที่ 1 : เบื้องหลังการถ่ายทำฉากหลบกระสุนปืนของภาพยนตร์ The Matrix (1999) ที่ใช้กล้องนับร้อยตัว
รูปภาพที่ 2 : เครื่องสแกนสามมิติที่ใช้กล้องและ LED หลายตัวมาประกอบกันในการสแกนและสร้างแบบจำลองสามมิติความละเอียดสูงของประธานาธิบดีบารัก โอบามา แห่งสหรัฐอเมริกา (ที่มาของภาพ: http://www.siggraph.org/discover/news/president-obama-lands-first-3d-presidential-portrait)
รูปภาพที่ 2 : เครื่องสแกนสามมิติที่ใช้กล้องและ LED หลายตัวมาประกอบกันในการสแกนและสร้างแบบจำลองสามมิติความละเอียดสูงของประธานาธิบดีบารัก โอบามา แห่งสหรัฐอเมริกา (ที่มาของภาพ: http://www.siggraph.org/discover/news/president-obama-lands-first-3d-presidential-portrait)

การใช้กล้องพร้อมกันหลายตัวนั้นนอกจากความยุ่งยากในเรื่องของจำนวนฮาร์ดแวร์และการติดตั้งเชื่อมต่อที่เพิ่มขึ้นแล้ว งานการประมวลผลข้อมูลจากกล้องหลายตัวพร้อมกันก็เพิ่มภาระให้หน่วยประมวลผลคอมพิวเตอร์ไม่น้อย ยากที่จะทำได้สมบูรณ์แบบในเวลาอันรวดเร็วโดยเฉพาะสำหรับสมาร์ทโฟนซึ่งมีขนาดตัวเครื่องเล็กและบาง แถมยังมีทรัพยากรการประมวลผลที่ค่อนข้างจำกัด ด้วยข้อจำกัดเหล่านี้ทำให้การประมวลผลภาพจากกล้องหลายตัวพร้อมกันในสมาร์ทโฟนไม่เป็นที่แพร่หลายนักในอดีต แต่เนื่องจากการพัฒนาคุณภาพของกล้องในสมาร์ทโฟน ด้วยวิธีตรงไปตรงมาอย่างการเพิ่มขนาดเซ็นเซอร์หรือใช้เลนส์ไวแสงขนาดใหญ่เหมือนกล้องเปลี่ยนเลนส์ SLR/DSLR เป็นสิ่งที่ทำได้ยากบนสมาร์ทโฟนเครื่องเล็กๆ เมื่อมาถึงจุดหนึ่งทางออกในการเพิ่มคุณภาพของภาพจึงออกมาในรูปของการใช้กล้องคู่ โดยนำภาพคู่ที่ได้มาชดเชยคุณภาพหรือความสามารถที่ขาดไปในกล้องเดี่ยวนั่นเอง

สมาร์ทโฟนตัวแรกของโลกที่มีกล้องหลังคู่ของ HTC นั้น กล้องคู่ถูกใช้เพื่อประโยชน์ในการแสดงผลแบบสามมิติและการทำเอฟเฟกต์ภาพแบบหน้าชัดหลังเบลอ โดยอาศัยเทคนิคที่เรียกว่า Stereoscopic หรือเทคนิคการวิเคราะห์หาความลึกของวัตถุที่ปรากฏอยู่ในภาพถ่ายสองมิติ ซึ่งเทคนิคนี้มีที่มาจากการทำงานของดวงตาและสมองของคนเรานี้เองค่ะ โดยใช้กล้องสองตัวพร้อมกันเปรียบเหมือนการที่คนเรามีตาซ้ายและตาขวาซึ่งจะมองภาพตรงหน้าไปพร้อมกัน หากคุณผู้อ่านลองปิดตามองภาพทีละข้างจะสังเกตว่าจริงๆ แล้วภาพที่เรามองเห็นจากตาแต่ละข้างนั้นไม่เหมือนกันเป๊ะแต่จะซ้อนเหลื่อมกันอยู่เล็กน้อย ซึ่งความซ้อนเหลื่อมกันของภาพที่เห็นพร้อมกันจากตาทั้งสองข้างนี้เองที่สมองเอาไปใช้เป็นวัตถุดิบในการคำนวณความลึก (Depth) ของวัตถุที่เรามองเห็นอยู่ตรงหน้า และคอมพิวเตอร์ก็เลียนแบบเทคนิคเดียวกันนี้ไปใช้ ทำให้กล้องคู่ที่วางห่างกันเล็กน้อยและให้ภาพที่เกือบจะเหมือนกันนี้ สามารถถูกใช้ประโยชน์ในแง่การคำนวณหาความลึกของวัตถุต่าง ๆ ในภาพออกมาได้

รูปภาพที่ 3 : หลักการมองเห็นของคนซึ่งเป็นที่มาของเทคนิค Stereoscopic vision
รูปภาพที่ 3 : หลักการมองเห็นของคนซึ่งเป็นที่มาของเทคนิค Stereoscopic vision

ตัวอย่างที่สองของกล้องหลังคู่บนสมาร์ทโฟน ได้แก่ Huawei P9 และ Honor 8 ที่ออกวางจำหน่ายในปีนี้ก่อนหน้า iPhone 7 และ iPhone 7 Plus โดยในสมาร์ทโฟน Huawei การใช้กล้องหลังคู่ไม่เกี่ยวข้องกับเทคนิค Stereoscopic แต่เป็นคู่ของกล้องหลังภาพสีหนึ่งตัวและกล้องหลังภาพขาวดำอีกหนึ่งตัว โดยจากความร่วมมือในการพัฒนากับ Leica สมาร์ทโฟน Huawei นี้ใช้เทคนิคพิเศษในการรวมภาพขาวดำกับภาพสีจากกล้องหลังแต่ละตัวเข้าด้วยกัน นำข้อดีของภาพขาวดำที่จะเก็บแสงและรายละเอียดภาพได้ดีกว่ามาผสานกับข้อมูลสีในภาพสีได้ผลลัพธ์เป็นภาพสีสุดท้ายเพียงภาพเดียว โดยนอกจากเรื่องความแม่นยำของโฟกัสที่ดีขึ้น คุณภาพภาพสีที่ได้ซึ่งคมชัดในรายละเอียดมากขึ้น และ การถ่ายภาพในที่มืดที่ทำได้ดียิ่งขึ้นแล้ว สมาร์ทโฟน Huawei นี้ยังมีโหมดถ่ายภาพชื่อ Bokeh ซึ่งภาพที่ถ่ายในโหมดนี้ หลังจากถ่ายเสร็จสามารถนำมาเลือกปรับเปลี่ยนจุดที่ต้องการโฟกัสได้ในภายหลัง เช่น ตอนกดถ่ายภาพอาจเลือกโฟกัสภาพชัดที่เพื่อนแถวหน้าสุด แต่ภายหลังอาจนำมาเปลี่ยนจุดโฟกัสให้ไปชัดที่เพื่อนแถวที่ 2 ที่ 3 หรือแถวหลังสุดแทนได้ ซึ่งฟีเจอร์ความสามารถลักษณะนี้ถือได้ว่าใหม่มากค่ะสำหรับกล้องบนสมาร์ทโฟน

ตัวอย่างสุดท้าย คือ กล้องหลังคู่บน iPhone 7 Plus ซึ่งมีจุดประสงค์และเทคนิคการสร้างที่ต่างจากสองตัวอย่างแรกออกไปอีกค่ะ โดยกล้องคู่ของสมาร์ทโฟนค่าย Apple นี้เป็นกล้องถ่ายภาพสี่สีเหมือนกันแต่มีมุมมอง (Field of view) ของกล้องต่างกัน ตัวหนึ่งมีมุมมองการถ่ายภาพได้กว้าง (Wide angle) ในขณะที่อีกตัวมีมุมมองการถ่ายภาพแคบ (Telephoto) เน้นใช้ถ่ายภาพแบบเจาะซูม ซึ่งฟีเจอร์เฉพาะของกล้องหลังคู่บน iPhone 7 Plus คือการจำลองเอฟเฟกต์หน้าชัดหลังเบลอในโหมดถ่ายภาพคน (Portrait) ซึ่งโดยปกติแล้วเอฟเฟกต์นี้ทำได้ยากสำหรับกล้องบนสมาร์ทโฟนที่มีขนาดเซ็นเซอร์เล็กและมีขนาดรูรับแสง (Aperture) จำกัด เนื่องจากวิธีทำหน้าชัดหลังเบลอตรงๆ เหมือนอย่างกล้อง SLR/DSLR เปลี่ยนเลนส์ได้นั้นไม่เหมาะอย่างยิ่งกับสมาร์ทโฟนเครื่องเล็กๆ บางๆ Apple เลยใช้วิธีอ้อมๆ ทางซอฟต์แวร์แทน โดยใช้เทคนิคการค้นหาใบหน้าและร่างกายคน (Face and body detection) จากภาพที่ถ่ายจากกล้องแบบเจาะซูม เมื่อหาพบแล้วว่าคนอยู่ที่บริเวณใดในภาพ ก็นำผลของตัวคนที่ได้ไปประกอบรวมกับภาพส่วนของพื้นหลังที่ถูกทำให้เบลอซึ่งเป็นภาพที่ถ่ายจากกล้องหลังมุมกว้างอีกตัวหนึ่ง

จากสามตัวอย่างของกล้องหลังคู่บนสมาร์ทโฟนที่ยกไปนี้น่าจะทำให้พอเห็นภาพกันนะคะ ว่าการใช้กล้องหลังคู่นั้นไม่ได้จบแค่การมีตัวเลือกกล้องให้กดใช้เพิ่มอีกตัว แต่หมายถึงคุณภาพ ความเป็นไปได้ และฟีเจอร์ใหม่ๆ ที่เพิ่มขึ้นซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยกล้องหลังสมาร์ทโฟนเพียงตัวเดียว และก็คงไม่จบอยู่แค่ฟีเจอร์ที่ทางผู้ผลิตประกาศในตอนเปิดตัวแต่ยังสามารถต่อยอดไปได้อีกในอนาคต แต่ทั้งนี้ปัญหาว่าจะเลือกกล้องแบบไหนหรือเลือกกล้องกี่ตัวมาทำงานร่วมกันดีนั้น ก็ต้องพิจารณาจุดประสงค์ควบคู่กับข้อจำกัดของสมาร์ทโฟนเป็นกรณีๆ ไปค่ะ เช่น ถ้ากล้องคู่เพื่อใช้ทำเทคนิค Stereoscopic ก็ควรใช้กล้องและเลนส์ที่เหมือนกันทั้งคู่เพื่อให้คำนวณความเหลื่อมของภาพได้ง่าย หรือ กรณีกล้องคู่ของ Huawei ที่นอกจากสีที่ต่างกันแล้ว (ตัวหนึ่งภาพสี อีกตัวภาพขาวดำ) มุมมองของกล้องและอื่นๆ จะเหมือนกันหมดเพื่อให้สามารถผสานรวมภาพจากกล้องทั้งสองเป็นภาพเดียวได้ง่าย หรือ กรณีกล้องคู่ของ Apple ที่เลือกใช้กล้องที่ให้มุมมองของภาพต่างกัน ซึ่งมุมมองภาพที่ต่างกันนี้แม้จะทำให้การประมวลผลเพื่อรวมข้อมูลจากภาพทั้งสองเข้าด้วยกันยุ่งยากขึ้น แต่ในแง่การใช้งานสำหรับผู้ใช้ทั่วไปที่อาจไม่สนใจเรื่องเอฟเฟกต์หน้าชัดหลังเบลอ กล้องคู่ลักษณะนี้ทำให้ดูเหมือนว่าสมาร์ทโฟนสามารถซูมภาพ (Optical zoom) ได้มากขึ้นโดยที่ภาพไม่แตกและไม่ต้องอาศัยอุปกรณ์ช่วยซูมเสริมภายนอก อาศัยแค่การสลับไปมาระหว่างกล้องหลังมุมกว้างและกล้องหลังมุมเจาะนั่นเอง