ภาพพริบตา (ภาพความเร็วสูง)
High-speed Photography




ท้าวความ

ภาพพริบตาเป็นภาพของสิ่งที่เกิดขึ้นจริงในช่วงเวลาที่สั้นมาก สั้นจนเสียกระทั่ง ตาของเราไม่สามารถเห็นได้ทัน การจับภาพพริบตา จึงช่วยให้เราเห็น และเข้าใจ ในสิ่งเหล่านี้ได้ดียิ่งขึ้น

ศาสตร์การถ่ายภาพความเร็วสูง ได้รับการบุกเบิกโดย Eadweard Muybridge ในปี ค.ศ.1872 เนื่องจากเขาต้องการพิสูจน์ว่า บางจังหวะที่ม้าวิ่งนั้น ขาทั้ง 4 ของม้า ลอยขึ้นจากพื้นพร้อมๆ กัน

ในอดีตที่ผ่านมา กล้องถ่ายภาพ และกล้องวีดีโอความเร็วสูง ที่มีอยู่ในท้องตลาด เป็นกล้องที่ใช้เทคโนโลยีสูง ในการเปิด-ปิด shutter ให้ได้ความเร็วที่ต้องการ (สูงมาก) ตัวอย่างเช่น High Speed Cameras for Slow Motion Analysis ของบริษัท Redlake ที่สามารถถ่ายภาพได้ 500 เฟรมต่อวินาที ถึง 140,000 เฟรมต่อวินาที (โอ้โฮเฮะ) และ Digital High Speed Video Imaging ของ บริษัท Vision Research, Inc.

ถ้าสนใจ จะ download ภาพ และ วีดีโอความเร็วสูง มาดูเล่น ได้จาก

การจับภาพความเร็วสูง สามารถนำมาประยุกต์ได้หลายอย่าง อาทิ การตรวจวัดขั้นตอนการผลิตที่ใช้ความเร็วสูง การแพทย์ การศึกษาการเคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิต/วัตถุ เช่น การศึกษาความปลอดภัยของคนในรถยนต์ ขณะเกิดการชน เป็นต้น

เร็วแค่ไหนถึงจะเรียกว่าเร็ว?
กล้อง / ระบบความเร็ว
เฟรม/วินาที
ภาพยนต์ปกติ 24
โทรทัศน์ ระบบ PAL25
โทรทัศน์ ระบบ NTSC29.97
กล้องดิจิตัล Casio Exilim EX-F1300, 600, 1200
กล้องความเร็วสูงสูงได้ถึง 250,000
กล้องความเร็วสูง
ใช้การเลื่อนฟิล์มผ่านปริซีมหรือกระจกที่หมุน แทนที่จะใช้ระบบชัตเตอร์
สูงได้ถึง 250,000
กล้องความเร็วสูงที่ใช้ CCD พิเศษ
สูงกว่า 25 ล้าน
กล้องความเร็วสูงจริงๆ
สูงกว่า 2 หมื่นล้าน

การถ่ายภาพความเร็วสูงที่จะกล่าวถึงบน web นี้ จะกล่าวถึงกล้องดิจิตัล Casio Exilim EX-F1 ซึ่งเป็นกล้องในระดับ Consumer ที่สามารถหาซื้อมาใช้ได้ทั่วไป รวมถึงการถ่ายภาพ โดยอาศัยอุปกรณ์กล้องที่มีอยู่ในท้องตลาด (กล้องฟิล์ม หรือ กล้องดิจิตอล + แฟลช) บวกกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมการทำงานของแฟลช ให้ทำงาน (ปล่อยแสง) ออกมา ณ เสี้ยวเวลาที่เราต้องการ

นวัตกรรมราคาย่อมเยาว์ ก้าวใหม่ของการถ่ายภาพความเร็วสูง

Casio Exilim EX-F1

ในเดือนมีนาคม 2551 (ค.ศ.2008) Casio ทำให้โลกของการถ่ายภาพความเร็วสูงตื่นตะลึง ด้วยการเปิดตัวกล้อง Casio Exilim EX-F1 ซึ่งสามารถบันทึกภาพดิจิตัล 6 MP ได้ถึง 60 ภาพ ใน 1 วินาที และยังบันทึกวีดีโอได้เร็วถึง 1,200 เฟรม/วินาที อีกด้วย !!!


ทางสองแพร่งของการถ่ายภาพความเร็วสูง

แพร่งที่ 1 Motion-picture Method (หรืออาจแปลว่า วิธีการถ่ายภาพยนต์) เป็นวิธีการถ่ายภาพให้มีจำนวนภาพเพียงพอที่จะหยุดการเคลื่อนไหว ของเหตุการณ์ที่ต้องการศึกษา เช่น 10,000 เฟรมต่อวินาที สำหรับการกระเซ็นของหยดน้ำ 100,000 เฟรมต่อวินาที สำหรับการเคลื่อนที่ของลูกปืน เป็นต้น

การถ่ายแบบ Motion-picture มีข้อดีคือ เราสามารถดู และศึกษา กระบวนการการเปลี่ยนแปลง ในลักษณะ slow-motion และเลือกที่จะหยุดดูภาพ ณ เวลาใดก็ได้

ส่วนข้อเสียคือ อุปกรณ์มีราคาแพงมาก ไม่สามารถหามาใช้งานได้ในกรณีทั่วไป

แพร่งที่ 2 Snap-shot Method เป็นวิธีที่ใช้การควบคุมจังหวะการให้แสง ให้ตกกระทบวัตถุ ณ จังหวะที่ต้องการ วิธีนี้เป็นวิธีที่ใช้อุปกรณ์ราคาถูก ประกอบกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมแฟลช (สั่งให้ทำงานด้วยเสียง, แสง, เป็นต้น) เพื่อจับภาพ 1 ภาพ หรือหลายภาพ (4-5 ภาพ เท่าที่เคยเจอ) ของเหตุการณ์


ขั้นตอนการถ่ายภาพด้วยเสียง (Snap-shot Method)

  1. เปิดไฟ (พื้นที่ที่ใช้ ควรเป็นห้องมืด หรือ ถ่ายในเวลากลางคืน ที่มี background มืด)
  2. จัดวางวัตถุที่ต้องการถ่ายภาพ เช่น ลูกโป่งใส่น้ำ ณ ตำแหน่งที่ต้องการถ่ายภาพ
  3. ตั้งกล้องบนขาตั้งกล้อง เลือก manual mode ตั้งหน้ากล้องที่ต้องการ เช่น f/4 ที่ความเร็ว 1 วินาที ตั้งโฟกัสให้เรียบร้อย
  4. ตั้ง flash บนขาตั้ง ไม่ต้องต่อสาย sync เข้ากับตัวกล้อง เปิด flash แล้ว ตั้ง flash ที่ ratio ต่ำที่สุด เช่น 1/32 จัดระยะ flash-วัตถุ ให้ได้แสงที่พอดี (อาจทดลองถ่ายดูก่อน)
  5. ต่ออุปกรณ์ควบคุม flash (อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำขึ้นเอง ดูรายละเอียดของวงจรฯ ที่ http://hiviz.com/ ) เข้ากับ flash หันส่วนที่เป็นตัวรับเสียงเข้าหาวัตถุ
  6. ปิดไฟ
  7. กดชัตเตอร์
  8. เอาเข็มแทงลูกโป่ง (หรือเริ่มทำอะไรก็ได้ที่ทำให้วัตถุเกิดเสียง)
  9. เสียงที่เกิดจากวัตถุ จะเดินทางไปยัง อุปกรณ์ควบคุม flash ซึ่งจะส่งสัญญาณให้ flash ทำงาน
  10. ชัตเตอร์ปิดลง
  11. เช็คภาพ (ในกรณีที่ใช้กล้องดิจิตอล)

ตารางแสดงข้อดีข้อเสียของการถ่ายภาพพริบตาทั้ง 2 วิธี
ข้อเปรียบเทียบ Motion-picture Method Snap-shot Method
จำนวนเฟรม(ภาพ)ที่ถ่าย อาจมีได้มากถึง 140,000 ภาพ 1 ภาพ โดยทั่วไป (ขั้นพื้นฐาน) ถึง 4-5 ภาพ หรือมากกว่านั้น (ขั้น advanced)
ราคาอุปกรณ์ สูงมาก ในระดับล้านต้นๆ ยกเว้น กล้อง Casio Exilim EX-F1 ต่ำกว่ามาก อาจใช้อุปกรณ์ถ่ายภาพที่มีอยู่แล้วก็ได้ ค่าใช้จ่ายจึงอยู่แค่ค่าใช้จ่ายการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เทคนิคควบคุมการถ่ายภาพ ไม่จำเป็นต้องมีก็ได้ ใช้เสียง หรือ แสง เป็นตัวสั่งการ

อุปกรณ์ที่ใช้ในการถ่ายภาพแบบ Snap-shot

กล้องดิจิตอล หรือ กล้อง SLR : ควรเป็นกล้องที่มีระบบ manual หรืออย่างน้อยมี B shutter

แฟลช : มี Guide Number สูง, สามารถปรับ power ratio ได้, ถ้ามี manual zoom อีก ก็ยอดไปเลย

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมแฟลช : หาวิธีการทำได้จาก web ครับ ลองดูจาก link ตอนท้ายของ web page นี้ก็ได้ครับ

PC : อันนี้ไม่จำเป็นครับ แต่ถ้าจะนำมาใช้เพื่อการควบคุมแบบ advanced ก็ได้


แฟลชของเรามีความเร็วเท่าไรกันแน่ ???

ข้อมูลที่บริษัทผู้ผลิตแฟลช (หรือที่ภาษาปะกิตเรียกว่า flash, flash gun, speedlight, ... ) ไม่บอกในหนังสือคู่มือ ก็คือ ความเร็วของแฟลช นี่เอง

ดังนั้น เพื่อความง่ายในเบื้องต้น ให้ถือว่าความเร็วของแฟลชโดยทั่วไป มีค่าประมาณ 1/1000 วินาที

การปรับ Power Ratio ของแฟลช ไม่ใช่เป็นการเปลี่ยนความเข้มของแสง (intensity) แต่เป็นการเปลี่ยน ช่วงเวลาการปล่อยแสง ต่างหาก

Power Ratio 1/1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128
ความเร็วของแฟลช
วินาที
1/1,000 1/2,000 1/4,000 1/8,000 1/16,000 1/32,000 1/64,000 1/128,000

ดังนั้น การเลือกใช้ Power Ratio ที่ถูกต้อง เหมาะสม จึงเป็นส่วนหนึ่งของกุญแจสำคัญ ในการหยุดเวลา ของการถ่ายภาพพริบตา

แล้ว GUIDE Number ล่ะ เกี่ยวข้องด้วยอ๊ะป่าว ?

GUIDE Number หรือ GN เป็นค่าที่บ่งชี้ถึง กำลัง(ความแรง)ของแฟลช แฟลชที่มี GN สูง จะสามารถใช้ถ่ายภาพได้ระยะทางมากกว่า แฟลชที่มี GN ต่ำ GN ของแฟลชส่วนใหญ่ จะหาจากค่า ISO มาตรฐานที่ 100

เราสามารถหาค่า GN ของแฟลช ได้จากการทดลองถ่ายภาพด้วยแฟลช

  1. ตั้งค่า ISO ของกล้อง ที่ 100
  2. ตั้งหน้ากล้อง ณ ค่าใดค่าหนึ่ง เช่น f/4
  3. ถ่ายภาพวัตถุโดยใช้แฟลช จำนวนหลายๆ ภาพ หาระยะที่ภาพออกมาดีที่สุด (correct exposure) หรือจะใช้วิธีกดแฟลชให้วาบ แล้วใช้มิเตอร์วัด ก็ได้ ระยะนี้ มีหน่วยเป็นฟุต นะครับ
  4. คำนวณหาค่า GN จากสมการ GN = (f-stop) x (ระยะ ณ correct exposure)
    เช่น ถ้าตั้งหน้ากล้องที่ f/4 และได้ระยะที่ดีที่สุด 10 ฟุต จะได้ค่า GN = 4 x 10 = 40

ถ้าจะทดลองหา GN โดยใช้ TTL แฟลช ละก็ ต้องเปลี่ยนจาก mode TTL เป็น mode ธรรมดาก่อนนะครับ เพราะ TTL จะมีความสามารถในการปรับระยะเวลาการวาบแสง เพื่อชดเชยกับที่วัตถุต้องการ

คราวนี้ เรากลับมาดูผลกระทบของ Power Ratio ที่มีต่อ GN กันดีกว่า ...

Power Ratio 1/1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128
ความเร็วของแฟลช
วินาที
1/1,000 1/2,000 1/4,000 1/8,000 1/16,000 1/32,000 1/64,000 1/128,000
GUIDE Number 220
(ค่าเริ่มต้นสมมติ)
160 110 80 56 40 28 20

จะสังเกตุเห็นจากตารางว่า ตัวเลขแสดง GN เปลี่ยนไปอย่างไม่เป็นสัดส่วนกับ Power Ratio ทั้งนี้เนื่องจาก เมื่อกำลังของแฟลช ลดลงไปครึ่งหนึ่ง จะทำให้หน้ากล้องเปลี่ยนไป 1 stop เช่น ถ้า GN ที่ Power Ratio 1/1 มีค่าเท่ากับ 220 (=22x10) เมื่อปรับ Power Ratio เป็น 1/2 จะบีบให้ หน้ากล้องเปลี่ยนเป็น f/11 ส่งผลให้ GN มีค่าเท่ากับ 110 (=11x10)

แล้วที่อธิบายมาเยอะแยะ เกี่ยวข้องอะไรกับการถ่ายภาพพริบตาเนี่ย !

การที่จะหยุดความเคลื่อนไหวของเหตุการณ์ เพื่อจับภาพให้ได้ความละเอียด ชัดเจนที่สุดนั้น ต้องอาศัยส่วนประกอบ คือ ความชัดลึกที่พอเหมาะ ประกอบกับ ความเร็วของแฟลชที่สามารถหยุดเหตุการณ์ได้ ซึ่งอาจสรุปได้ดังนี้ :

ความชัดลึกพอสมควร
ความเร็วแฟลชที่สูงพอ
- - - > แฟลชที่มี GN สูง
ระยะระหว่างแฟลช-วัตถุ ที่ใกล้ขึ้น
ความสามารถในการ zoom ของแฟลช

ร่ายมาเสียยาว ... หวังว่า คงจะสามารถให้ความกระจ่างบ้าง (หรือความสับสน ก็ไม่รู้...) ถ้าคิดว่าขาดตกบกพร่องตรงไหน ? หรืออยากให้แก้ไขอะไร ? แจ้งได้นะครับ


ห้องภาพพริบตา - Gallery (เรียงลำดับจากเก่าไปใหม่)


เข็มเจาะลูกโป่งใส่น้ำที่แขวนไว้
popping a hanged water balloon by a needle
go to gallery

เข็มเจาะลูกโป่งใส่น้ำที่วางไว้บนพื้น
popping a water balloon on a hard surface by a needle
go to gallery

มีดฟันลูกโป่งใส่น้ำที่แขวนไว้
slashing a hanged water balloon by a knife
go to gallery

ทิ้งลูกโป่งใส่น้ำลงพื้น
dropping a water ballon on a hard surface
go to gallery

ตีลูกโป่งด้วยไม้ และช้อน
hitting a water ballon using stick and spoon
go to gallery

กรีดลูกโป่งที่วางบนพื้น
slashing a water balloon on a hard surface by a knife
go to gallery

เจ้าบอลโดนไม้กระบองตี
hitting a ball with a stick
go to picture

แค้นมือกระบี่
Sword Man
go to gallery

กรวยสายรุ้ง หรือ บางคนเรียกว่า ชักเปรี้ยง
Party Poppers
go to gallery

ประทัดชัก
Pull Bombs
go to gallery

ประทัดจิ๋ว
Small Bombs
go to gallery

เจาะ/ฟัน ลูกโป่ง (อีกแล้ว)
More Actions with Balloons
go to gallery

กรวยสายรุ้ง (อีกแล้ว)
Party Poppers (again)
go to gallery

กระเซ็น
Splash
go to gallery

ฟัน/เจาะ/ทิ้ง ลูกโป่ง
Mixed Test with Balloons
go to gallery

กระเทียม
Tiny Poppers
go to gallery

เจาะลูกโป่ง
More Water Balloons
go to gallery

เจาะลูกโป่ง
More Water Balloons
go to gallery

คำถามที่ถามบ่อยๆ (FAQ)

ต้องใช้กล้องแพงๆ ใช่หรือไม่? รุ่นอะไร? ซื้อได้ที่ไหน?
กล้องถ่ายภาพความเร็วสูงที่ถ่ายภาพได้วินาทีละหลายหมื่นภาพ มีราคาเป็นล้านครับ เกินงบประมาณในกระเป๋าใบเล็กๆ ของพวกเรา(ส่วนใหญ่) จะสรรหามาเล่นได้

สำหรับที่เรากำลังจะพูดถึงกันนี้ กล้องฟิล์ม หรือ กล้องดิจิตอล ที่มีระบบแมนนวล (manual) สามารถตั้งความเร็ว และหน้ากล้อง ได้ ก็ใช้ได้ทั้งหมดเลยครับ กล้องดิจิตอลจะมีภาษีดีกว่ากล้องฟิล์ม ก็ตรงที่สามารถดูผลได้ทันที และลบภาพที่ถ่ายแล้วเสียทิ้งไป ไม่เปลือง memory ครับ

ต้องใช้กล้องที่มี Shutter Speed สูงๆ ใช่หรือไม่ ? ความเร็วแค่ไหนถึงจะพอ?
การถ่ายภาพพริบตาแบบประหยัดงบประมาณนี้ ไม่ได้ขึ้นกับความเร็วที่กล้องถ่ายภาพครับ แต่ขึ้นกับการควบคุม flash ให้ยิงในเสี้ยววินาทีที่เราต้องการ

หารายละเอียดอ่านได้ที่ไหนบ้างครับ ?
web ที่ดีที่สุดที่เจอ คือ web นี้ ครับ hiviz.com มีทั้งคำบรรยายที่ละเอียด ไม่ปิดบังอะไรเลย และมีภาพประกอบชัดเจนด้วย

Flash Duration คืออะไร ?
A time measure taken from a flash between it reaching 50% of its peak value to the point when it has diminished to the same value.

Flash Duration นานแค่ไหน ?
ในแฟลชทั่วๆ ไป ภายใต้ auto flash mode แฟลชวาบ 1 ครั้ง (flash burst) จะใช้เวลาประมาณ 1/1000 ถึง 1/20,000 วินาที




คำถาม? ข้อคิดเห็น! ข้อเสนอแนะ . . . ติดต่อกับเราได้ครับ
การถ่ายภาพความเร็วสูง | วิทยาศาสตร์สนุก

All rights reserved.
Reproduction in whole or in part without permission is prohibited.
P i t a n S i n g h a s a n e h
ผู้เขียน : ดร. พิธาน สิงห์เสน่ห์
Writer : Dr.Pitan Singhasaneh