NIR photography (ตอนที่ ๑)

การถ่ายภาพมีหลากหลายประเภท ภาพถ่ายส่วนมากจะเป็นภาพที่ได้จากแสงขาว (white light) หรือที่เรียกว่า visible light แต่ยังมีภาพถ่ายอีกหลายประเภทที่ไม่ได้มาจากแสงขาว ภาพ near-infrared (NIR) ก็เป็นหนึ่งในภาพเหล่านั้น และการที่ไม่ได้มีที่มาจากแสงที่ตามนุษย์มองเห็น ภาพที่ได้จึงแปลกตาออกไป


แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) ซึ่งมีหลายค่าความยาวคลื่นและความถี่ แสงที่ตามนุษย์มองเห็นนั้นเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่น 400-800 nm โดยแสงสีที่มีความถี่ต่ำสุดใน visible light คือแสงสีแดง และแสงที่มีความถี่สูงสุดคือแสงสีม่วง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีค่าความยาวคลื่นต่ำหรือสูงกว่าช่วงนี้ ตามนุษย์จะมองไม่เห็น


คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่าแสงสีม่วงเรียกว่า ultraviolet; UV (ultra = เหนือ/สูงกว่า) ส่วนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ต่ำกว่าแสงสีแดงเราก็จะเรียกว่า infrared; IR (infra = ใต้/ต่ำกว่า) หรือบางที่เราก็จะเรียกเจ้าคลื่นเหล่านี้ว่ารังสี เช่นรังสียูวี (UV rays), รังสีอินฟราเรด (IR rays) และ รังสีเอ็กซ์ (X-rays) โดยเจ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง(ความยาวคลื่นสั้น)มาก ๆ จะมีพลังงานสูงมาก ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อมนุษย์ได้หากได้รับในปริมาณที่สูงเกินไป โดยยิ่งมีพลังงานมากเท่าไหร่ก็จะอันตรายมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นในการถ่ายภาพด้วยรังสีพลังงานสูง ๆ จะจำกัดอยู่ในการใช้งานเฉพาะทางเช่นในทางอุตสาหกรรมและทางการแพทย์ เช่น ภาพถ่าย X-rays, CT-scan (ใช้รังสี X) เป็นต้น ส่วน MRI หรือ PET/SPECT นี่กลไกการเกิดภาพจะแตกต่างออกไปอีก ขอไม่อธิบายเพราะจะนอกเรื่องไปไกล

ทีนี้ในส่วนของรังสีที่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็นอีกฟากหนึ่งของไดอะแกรมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีการนำมาใช้ในการถ่ายภาพก็คือ รังสีใต้แดง หรือ อินฟราเรด (IR) นั่นเอง ซึ่งปลอดภัยกว่ารังสีความถี่สูง ๆ พวก UV มาก และภาพที่ถ่ายด้วยรังสีชนิดนี้จะถูกเรียกว่า ภาพถ่ายอินฟราเรด หรือเนียร์อินฟราเรด (near infrared) ซึ่งแปลว่าใกล้ ๆ อินฟราเรด เนื่องจากรังสีที่ถูกบันทึกออกมาเป็นภาพนั้นรวม IR และติ่งของ visible light ความถี่ต่ำ ๆ ที่ยังไม่ถึงกับใต้แดงจริง ๆ มาด้วย (แต่บางคนก็อนุโลมว่ามันเป็น IR แล้ว) ซึ่งเป็นผลมาจากฟิลเตอร์ที่ใช้กรองรังสี และข้อจำกัดของตัวรับสัญญาณภาพในกล้อง


ทำไมเป็นภาพขาวดำ ?

จริง ๆ แล้วภาพ NIR ไม่ได้เป็นขาวดำแต่แรก แต่จะเป็นภาพออกอมแดง ๆ เนื่องจากปนแสงขาวในช่วงแสงสีแดงมาด้วย และถูกบันทึกด้วยเซนเซอร์ที่รับแม่สีแสงสีแดงเป็นส่วนใหญ่ โดยปกติแล้วเมื่อมีแสงตกกระทบตัวบันทึกสัญญาณภาพ (CCD/CMOS) ของกล้องดิจิทัล ค่าสัญญาณที่ได้จะไม่เป็น 0 (มีพลังงานตกกระทบ) และกรณีที่ไม่มีแสงตกกระทบสัญญาณจะมีค่า = 0 = สีดำ และในกรณีที่มีสัญญาณตกกระทบมาก ๆ จนเต็มช่วงที่จะสามารถรับพลังงานได้สัญญาณจะมีค่า = 255 = สีขาว ซึ่งถ้าเกินจากช่วงนี้ไปก็จะขาวโพลน ๆ (255) ไปเท่ากันหมด เพราะอุปกรณ์มันรับได้แค่นี้ (ความละเอียดในการเก็บข้อมูลขึ้นกับจำนวน bit ของเซนเซอร์กล้องที่ใช้ ซึ่งในตัวอย่างคือ 8 bit, 1 channel จะมีสีทั้งหมด 256 สี คือ 0(ดำ) - 255(ขาว), ค่าระหว่างดำ-ขาว ก็คือสีเทา ไล่ไปตั้งแต่เทาเข้มจนถึงเทาอ่อน)

ภาพที่เห็นเป็นขาวดำ หรือจริง ๆ ควรจะเรียกว่า gray scale เป็นภาพที่ผ่านการแปลงมาแล้ว โดยในกล้องบางรุ่นก็จะมี BW profile ให้ หรือถ้าไม่มีก็อาจมาแปลงด้วยโปรแกรมในคอมพิวเตอร์ภายหลังได้ ซึ่งภาพที่ได้จากการถ่าย NIR นี้จะแตกต่างจากภาพขาวดำปกติ เหตุผลมากจากคุณสมบัติการดูดกลืนและสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของวัตถุต่าง ๆ นั่นเอง (ซึ่งก็เป็นเหตุผลที่ทำให้เราเห็นวัตถุเป็นสีต่าง ๆ ) โดยรายละเอียดนั้นจะมาเล่าสู่กันฟังอีกครั้งในตอนที่2 นะครับ รอบนี้เล่าสู่กันฟังเพียงเท่านี้ก่อนครับ :)

ส่วนภาพด้านล่างเป็นการเปรียบเทียบภาพขาวดำปกติ (ซ้าย, แปลงจากภาพที่ถ่ายด้วย visible light) กับภาพขาวดำแบบ NIR (ขวา, ถ่ายด้วยกล้อง Nikon D3100-IR)


เรื่องเทคนิคและอุปกรณ์ที่ใช้ในการถ่ายภาพ NIR จะขอเล่าให้ฟังในตอนต่อไปครับผม :)