MTF (Modulation Transfer Function)

สวัสดีครับท่านผู้อ่านที่นับถือทุกท่าน ฉบับนี้ผมก็จะนำการตรวจสอบคุณภาพของเลนส์ด้วยวิธีการที่เรียกว่า MTF มาคุยกันต่อจากฉบับที่แล้ว ท่านผู้อ่านคงทราบกันดีแล้วนะครับ การตรวจสอบคุณภาพของเลนส์ด้วยวิธีการนี้เป็นวิธีการตรวจสอบด้วยอุปกรณ์อีเล็คทรอนิกส์ ซึ่งมีเครื่องไม้เครื่องมือที่มีความซับซ้อนพอสมควร ซึ่งผมเองก็พยายามจะพูดถึงในเรื่องที่เราท่านพอจะเข้าใจกันได้ง่ายๆ เพราะในบางเรื่องผู้เขียนเองก็ยังไม่มีความเข้าใจดีนักเหมือนกัน ก็ต้องมาท้าวความเพื่อความเข้าใจกันอีกสักครั้งก็แล้วกันว่า MTF แท้ที่จริงก็คือการตรวจสอบกำลังแยกขยายของเลนส์ (Resolving Power) นั่นเอง ก็คงต้องถามกันต่อมาอีกว่า กำลังแยกขยายหมายถึงอะไร ซึ่งผมขออธิบายและยกตัวอย่างง่ายๆ เพื่อให้ผู้อ่านเกิดความเข้าใจได้ดียิ่งขึ้น กำลังแยกขยายคือความสามารถของเลนส์ในการแยกรายละเอียดของวัตถุสองสิ่งที่อยู่ใกล้กัน คงต้องเข้าใจว่า วัตถุสองสิ่งที่ผมพูดถึงนี้ ไม่ใช่วัตถุชิ้นโตๆ ที่สามารถมองเห็นได้ชัดเจนหรอกนะครับ เอาเป็นว่า เป็นจุดเล็กๆ สองจุด หรือเส้นเล็กๆ บางๆ สองเส้นที่อยู่เกือบชิดกัน ถ้าเรามองจุดสองจุดดังกล่าวนี้ด้วยสายตาเราเอง จะพบว่า ที่ระยะหนึ่ง เราจะสามารถมองเห็นมันได้ว่า เป็นจุดเล็กๆ สองจุด แต่หากเราเปลี่ยนระยะทางระหว่างตาเรากับวัตถุนั้นๆ จะพบว่า เราจะเห็นมันเป็นเพียงจุดๆ เดียว ไม่ใช่สองจุดอย่างที่มันเป็น

เพราะฉะนั้น การที่เลนส์ตัวใดตัวหนึ่งมีกำลังแยกขยายสูงก็ถือได้ว่า เลนส์ตัวนั้นมีคุณภาพทางด้านออพติคดีเยี่ยม ผมขอยกตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจน เช่นกล้องโทรทรรศน์ หรือที่เราพูดกันติดปากว่า กล้องดูดาว กำลังขยายของกล้องถือว่าเป็นสิ่งสำคัญอย่างหนึ่งที่กำหนดคุณภาพและราคาของเลนส์ แต่สเปคที่สำคัญที่นักดาราศาสตร์ให้ความสำคัญเป็นอันดับต้นๆ คือ กำลังแยกขยาย เนื่องจากนักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ใช้กล้องเพื่อการบันทึกภาพ และอัดขยายเป็นภาพถ่ายมากกว่าการใช้กล้องเพื่อดูด้วยสายตา และในจักรวาลที่กว้างใหญ่นี้ ประกอบด้วยดาวนับล้านๆ ดวง ในจำนวนดาวที่มากมายนี้ มีดาวคู่อยู่หลายแห่ง ด้วยระยะทางที่ไกลมหาศาลและขนาดของดาวที่เล็กมาก ทำให้เรามองเห็นดาวเหล่านี้เป็นดาวดวงเดียวกัน นอกเสียจากกล้องดูดาวที่มีกำลังขยายสูงเท่านั้นจึงจะเห็นดาวดู่เหล่านี้ได้ แต่แม้ว่าจะเห็นเป็นดาวคู่แล้วก็ตาม สิ่งสำคัญที่สุดก็คือ เห็นมันได้ชัดเจนมากน้อยขนาดไหน สรุปก็คือ กล้องที่มีคุณภาพสูงต้องสามารถเห็นหรือบันทึกภาพดาวคู่ได้อย่างชัดเจน ก็คือมีกำลังแยกขยายสูงดีมากนั่นเอง

ซึ่งเมื่อเราพูดถึงเลนส์ถ่ายภาพ และพูดถึงคุณภาพของเลนส์ที่ถ่ายทอดออกมาในภาพถ่าย ท่านคิดว่า ท่านให้ความสำคัญที่จะระบุถึงคุณภาพของเลนส์ที่ตรงไหน ท่านพิจารณาจากอะไร เป็นคำถามที่ต้องตอบให้ตัวเองได้ ในภาพถ่ายมีความผันแปรมากมายอันเป็นปัจจัยอย่างหนึ่งที่ทำให้เราผิดพลาด โดยทั่วไปก็พอจะสรุปได้อย่างย่อๆ ว่า ภาพที่เกิดจากเลนส์ที่มีคุณภาพ ไม่ใช่ดีเฉพาะบริเวณใดบริเวณหนึ่งของภาพโดยเฉพาะในบริเวณที่อยู่ในช่วงโฟกัสของเลนส์ แต่ต้องสามารถมองเห็นถึงความชัดเจนได้ดีทั้งภาพ บริเวณขอบภาพมีรายละเอียดที่เห็นได้ชัดเจน

ตัวอย่างหนึ่งก็คือ ในภาพถ่ายมีเส้นเล็กๆ อยู่เส้นหนึ่ง เราพอจะบอกได้หรือไม่ว่า เส้นๆ นั้น คมชัดมากน้อยอย่างไร สังเกตุได้ถึงความบวมของเส้นหรือไม่ ผมเคยทำภาพขาวดำ 2 ภาพ ให้ผู้เข้ารับการอบรมถ่ายภาพพิจารณา และให้ลงความเห็นว่า ภาพใดคมชัด ระหว่าง A และ B โดยที่ภาพหนึ่ง มีคอนทราสต์ค่อนข้างสูงแต่ความคมชัดต่ำ อีกภาพหนึ่งมีคอนทราสต์ต่ำแต่ความคมชัดสูง เชื่อไหมครับว่า ไม่มีผู้เข้ารับการอบคนใดตอบได้ถูกต้องเลยสักคนเดียว ทั้งนี้เป็นเพราะทุกคนหลงไปพิจารณาในด้านการตัดกัน ระหว่างขาวกับดำหรือคอนทราสต์ของภาพมากกว่าพิจารณาถึงรายละเอียดที่แท้จริงของลายเส้นที่อยู่ในภาพถ่าย หากเป็นการดูในภาพใดภาพหนึ่งเพียงภาพเดียวก็คงไม่ว่ากัน แต่หากมีภาพเปรียบเทียบซึ่งหากพิจารณาให้ดีแล้วก็สามารถมองเห็นได้ชัดเจนว่า ภาพใดลายเส้นมีความคมชัดมากกว่ากัน ซึ่งนี่เองอาจเป็นเหตุผลอย่างหนึ่งที่ว่า นักถ่ายภาพในยุคผม ปฏิเสธผลการทดสอบเลนส์แบบ Bench mark โดยบอกว่า มีเบื้องหน้าเบื้องหลังอะไรทำนองนี้ ก็เลยไม่ค่อยมีใครเชื่อถือผลการทดสอบเลนส์ในห้องทดลองกันสักเท่าไหร่เพราะมันค้านสายตานักถ่ายภาพ

แน่นอนละครับว่า การทดสอบคุณภาพของเลนส์ในหลายๆ วิธีการที่ใช้ตั้งแต่ยุคก่อนถึงปัจจุบัน ต่างก็มีความคลาดเคลื่อน (error) ซึ่งเกิดจากอุปกรณ์ที่ใช้ตรวจสอบเช่นกัน แต่ได้มีการกำหนดค่าความผิดพลาดทั้งหลายแหล่นี้ไว้แล้วว่า ยอมให้คลาดเคลื่อนได้ไม่เกินกี่เปอร์เซ็นต์ เพราะแม้แต่การทดสอบในแบบ MTF ก็เช่นเดียวกันครับ จากตัวอย่างหลายๆ ตัวอย่างที่ผมได้ยกมากล่าวถึงก็พอจะมองเห็นได้ว่า สมรรถนะของเลนส์หรือคุณภาพของเลนส์นั้น ยากมากที่คนเราสามารถบอกได้ว่าคุณภาพของเลนส์ตัวนั้นดีมากน้อยขนาดใด เพราะคนเราโดยเฉพาะคนเอเซียมีนิสัยชอบปรุงแต่ง ชอบความฉูดฉาด ความสดใส พูดกันง่ายๆ ก็คือ ความเพี้ยนนั่นเอง นี่มิใช่ความผิดนะครับ แต่ต้องยกให้เป็นศิลปะและวัฒนธรรมของคนเอเซียก็ได้ ซึ่งเราสามารถดูได้จากหลายสิ่งหลายอย่าง อาทิ จากภาพเขียนสี การแต่งตัวและสีสันของเสื้อผ้า หรือแม้แต่การฟังดนตรี เรามักชอบเสียงตูมตามกันมากกว่าเสียงดนตรีที่เป็นธรรมชาติที่แท้จริง คนฟังมักปรับเสียงทางด้านคลื่นความถี่ต่ำและคลื่นความถี่สูงไว้สูงมาก (เสียงเบสและเสียงแหลม) จนเสียงที่ยกไว้สูงนั้นกลบคลื่นความถี่เสียงช่วงกลางจนฟังแทบไม่ได้ยิน เป็นต้น เพราะฉะนั้นเครื่องเสียงชั้นดีส่วนใหญ่แทบจะไม่มีปุ่มปรับเสียงเลย ที่มีไว้ก็เพื่อเอาใจลูกค้าบางกลุ่มเท่านั้นเอง เครื่องเสียงชั้นเยี่ยมราคาว่ากันที่ล้าน ให้เสียงในระดับที่สมจริงอย่างที่นักเลงเครื่องเสียงเรียกว่า แฟลท (flat) นักฟังหลายคนบอกว่า เสียงมันเรียบเกินไป

ในวงการถ่ายภาพโดยเฉพาะในยุโรปและอเมริกา เลนส์และฟิล์มถ่ายภาพที่ผลิตในกลุ่มประเทศเหล่านี้ ให้ฮาร์มโมนี่ โทนสีและคอนทราสต์ซึ่งเป็นที่ชื่นชมแก่คนถ่ายภาพเหล่านั้น อย่างฟิล์มถ่ายภาพให้โทนสีผิวของคนได้อย่างถูกต้องและใกล้เคียง อันที่จริงก็คงใช่แต่มันเหมาะกับสีผิวของคนคอร์เคเซี่ยนอย่างพวกเขา ไม่ใช่ผิวเหลืองหรือผิวคล้ำของคนเอเซียก็ได้ ฟิล์มของกลุ่มประเทศยุโรปเน้นสีผิว แต่ฟิล์มถ่ายภาพอย่างฟูจิของญี่ปุ่น ให้สีสันที่สะใจกับนักเลงกล้องในแถบเอเซีย ผลก็คือ ฟิล์มยุโรปให้โทนสีในภาพถ่ายดูค่อนข้างเรียบ นุ่ม คอนทราสท์ต่ำ ในขณะที่ฟิล์มญี่ปุ่น สีสันสะใจ คมชัด คอนทราสต์สูง

เลนส์ถ่ายภาพก็เช่นเดียวกัน เลนส์ Zeiss และ Leitz ซึ่งเป็นเลนส์ถ่ายภาพที่ถือว่าสุดยอดของนักถ่ายภาพทั่วโลกและแฟนพันธุ์แท้ทั้งหลาย แต่ก็มีนักถ่ายภาพบางกลุ่มมีความเห็นว่า มันไม่คมขาดเหมือนเลนส์ญี่ปุ่น มันดูนุ่มมากไปหน่อย เรียกว่าไม่เร้าใจทำนองนั้น ผมไม่ขอออกความเห็นในเรื่องเหล่านี้ แต่ที่ต้องยกมากล่าวถึง ก็เพราะมันเกี่ยวข้องกับเรื่องที่ผมเขียนถึงอยู่ คือ รายละเอียดและความเปรียบต่างของเลนส์ ผลที่ได้จากการทดสอบในห้องทดลองด้วยวิธีการต่างๆ รวมทั้ง MTF ก็ล้วนแล้วแต่ความสำคัญทั้ง 2 ประการนี้ทั้งสิ้น ที่น่าคิดมากๆ ก็คือ ทำใมบริษัทผลิตเลนส์ทุกบริษัทต่างก็ต้องทดสอบเลนส์ของตัวเองที่ผลิตออกจำหน่าย และวิธีการในการทดสอบก็เหมือนกันหรือใกล้เคียงกัน ผลทดสอบที่ได้เป็น Technical Data หรือข้อมูลทางเทคนิค ซึ่งบริษัททั้งหลายอาจนำมาเผยแพร่หรืออาจไม่เผยแพร่ก็ได้ หรือเผยแพร่บ้างไม่เผยแพร่บ้าง เป็นตัวๆ ไปก็ได้ เพราะเหตุนี้ทำให้นักถ่ายภาพทั้งหลายก็ได้แต่ใช้ประสบการณ์ส่วนตัว ในการตรวจสอบคุณภาพของเลนส์ที่ใช้หรือเลนส์อื่นๆ ด้วยตัวเอง ด้วยผลการทดสอบภาคสนามกันทั้งสิ้น ซึ่งไม่สามารถจะบอกข้อเท็จจริงของเลนส์ได้อย่างจริงจัง เพราะเป็นการทดสอบทางสายตาและความชำนาญกันจริงๆ เพราะเราไม่มีข้อมูลผลการทดสอบทางด้านเทคนิคจากบริษัทผลิตเลนส์เลย

จำได้ว่า เมื่อประมาณ 20 ปีที่ผ่านมา ผมได้สั่งซื้อแผ่นชาร์จ สำหรับการทดสอบเลนส์จากห้างเซ็นทรัลมา 1 ชุด และเริ่มทำการทดสอบคุณภาพของเลนส์ร่วมกับเพื่อนๆ ของผมหลายคน แม้ว่าจะตั้งใจทำกันอย่างดีที่สุด แต่ก็รู้ว่า ผลการทดสอบที่ได้มานั้น ไม่น่าเกิน 50 % ของความเป็นจริง เนื่องเพราะเกิดค่าความเพี้ยนในการทดสอบเกือบทุกขั้นตอน ระยะที่ใช้ทดสอบระหว่างกล้องกับแผ่นชาร์จ เราใช้ระยะมาตราฐานที่นิยมกันคือ 4 เมตร แผ่นชาร์จต้องขนานกันกับระนาบฟิล์ม ฟิล์มใช้ฟิล์มขาวดำและฟิล์มสไลด์สี แสงใช้ไฟสตูดิโอเพื่อให้เป็นมาตราฐานเดียวกันทุกครั้งที่ทดสอบ หลังจากที่ได้ฟิล์มมาแล้ว เราตรวจสอบฟิล์มด้วยกล้องจุลทรรศน์ เพื่ออ่านรายละเอียดที่ได้ออกมาเป็นค่า lp/m ทั้งบริเวณขอบภาพและกลางภาพ แม้ว่าจะพยายามเซ็ททุกอย่างอย่างระมัดระวังแล้วก็ตามแต่ก็รู้ว่า มีความผิดพลาดเกิดขึ้นในทุกๆ ขั้นตอนในการทดสอบ

ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นความพยายามของนักถ่ายภาพ ที่อยากรู้อยากทั้งที่มิใช่นักวิชาการและไม่มีอุปกรณ์ที่มีมาตราฐานเลยสักอย่างเดียว การทดสอบที่ผมและเพื่อนๆ ได้ช่วยกันทำครั้งนั้น ผมมาทราบในภายหลังเมื่อเวลาผ่านมาร่วม 10 ปีว่ามันเหลวไหลสิ้นดี เอาเพียงแค่ การตั้งค่าที่เรียกว่า Optical axis คือบริเวณแกนกลางเลนส์จะต้องเป็นแกนเดียวกันกับแกนกลางของแผ่นชาร์จทดสอบ ค่าความผิดพลาดที่ยอมรับได้ว่ากันที่ จุดทศนิยมของ มิลลิเมตรทีเดียว แล้วที่ผมทดสอบล่ะ ไม่ทราบว่ามันผิดพลาดไปกี่มิลลิเมตร เพียงอย่างเดียวเท่านี้ก็จบสิ้นไปแล้ว ในห้องทดสอบเลนส์จะใช้อุปกรณ์ชนิดหนึ่งเรียกว่า Collimator มีลักษณะคล้ายกล้องซึ่งสามารถปรับให้ลำแสงเป็นเส้นตรง คอลลิเมเตอร์นี้ก็เป็นอุปกรณ์ชิ้นหนึ่งที่ประกอบอยู่ในเครื่องมือที่ใช้ทดสอบแบบ MTF

การตรวจสอบคุณภาพเลนส์โดยวิธีการ MTF ถูกนำมาใช้มาครั้งแรกเมื่อสงครามโลกครั้งที่ 2 แต่ในระยะนั้น อุปกรณ์ที่นำมาใช้ยังค่อนข้างล้าหลัง แต่ในปัจจุบันอุปกรณ์ต่างๆ ที่นำมาใช้ถูกพัฒนาและผลิตขึ้นใหม่มีความแม่นยำและมีคุณภาพสูงมาก ระบบ MTF ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน มีความแตกต่างกันอยู่บ้าง แล้วแต่บริษัทแต่ละรายที่จะคิดและพัฒนามันขึ้นมาใช้ ไม่เฉพาะแต่อุปกรณ์เท่านั้น การแสดงผลการทดสอบในรูปของกราฟ ก็มีความแตกต่างออกไปหลายแบบ แต่ในที่นี้ผมจะขอนำ MTF ของบริษัทแคนนอนที่ทดสอบคุณภาพของเลนส์ของแคนนอนเอง รวมถึงวิธีการอ่านค่ากราฟ ซึ่งพอจะหาข้อมูลและภาพมาประกอบเรื่องได้ง่ายกว่า

ดังที่ผมได้กล่าวถึงมาแล้วในตอนที่แล้วว่า การทดสอบเลนส์ในระบบ MTF ก็เหมือนการตรวจสอบคุณภาพของเครื่องเสียง โดยการป้อนคลื่นความถี่เสียงผ่านอุปกรณ์ในระบบ MTF แต่ การทดสอบเลนส์จะป้อนคลื่นความถี่ของแสงแทน และแน่นอนที่ว่าการตรวจคลื่นความถี่แสงของเลนส์นั้น มีความยุ่งยากและซับซ้อนกว่าการทดสอบคุณภาพของเสียงมาก เนื่องจากแสงต้องเดินทางผ่านชิ้นเลนส์หลายชิ้นที่ประกอบกันขึ้น นอกจากการผ่านชิ้นเลนส์หลายชิ้นในตัวเลนส์เองแล้ว แสงยังเกิดการเบี่ยงเบนและการอ้อมอันเกิดจากการเดินทางผ่านไดอะแฟรมภายในตัวเลนส์อีกด้วย ซึ่งนอกจากจะทำให้ภาพที่เกิดจากการรวมตัวในจุดใดจุดหนึ่งของแสงเกิดความเพี้ยนในรูปแบบต่างๆ แล้ว ยังเป็นปัจจัยที่สร้างผลในด้านความเปรียบต่างและรายละเอียดของภาพด้วย ในทางเทคนิคเรียกผลที่เกิดขึ้นนี้ว่า Spread Function คลื่นความถี่แสงที่ผ่านเลนส์เกิดจากแผ่นทดสอบ หรือที่เรียกว่าชาร์จซึ่งประกอบด้วยเส้นสีดำและขาวทั้งเส้นขนาดใหญ่จนถึงเล็กมาก จากผลดังกล่าวทำให้ช่องว่างระหว่างรายละเอียดที่อยู่ชิดกันเข้ามาซ้อนกัน (Overlap) เป็นผลให้คอนทราสท์ลดลงทั้งในรายละเอียดที่อยู่ชิดกันแต่ยังมีผลไปถึงช่องว่างระหว่างวัตถุอีกด้วย สัญญาณ sine wave ในระบบตรวจสอบเลนส์จะมีช่องว่างระหว่างสัญญาณที่เท่ากันและมียอดเท่ากัน เรียกว่า Spatial frequency และหน่วยวัดของ Spatial frequency คือ lines per/mm

:: อ่านต่อในฉบับ ::

:: กลับไปหน้าหลัก ::