ภาพจากกล้องวงจรปิด ทำงานอย่างไร

การติดตั้งกล้องวงจรปิดผ่านอินเตอร์เน็ต การเห็นภาพติดตา สำหรับพวกเราที่ทำงานเกี่ยวกับ กล้องวงจรปิด มันเป็นเรื่องสำคัญมากที่ต้องรู้ว่าดวงตาของมนุษย์ทำงานอย่างไร และ

ตามที่จะทำการอธิบายในช่วงต่อไปของหนังสือ เราจะใช้ความผิดปกติของสายตามนษย์เพื่อที่จะทำการ “โกง” สมองให้คิดว่าเราเห็น “ภาพเคลื่อนไหว” ความผิดปกตินี้คือการเห็นภาพติดตาของสายตามนุษย์

การเห็นภาพติดตาเป็น “ความผิดปกติของดวงตา” ซึ่งถูกนำไปใช้ในวงการภาพยนตร์ และ โทรทัศน์ที่สำคัญที่สุด ตาจะไม่ตอบสนองต่อความเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของแสง

 

ภาพจากกล้องวงจรปิด

 

โดยทันที มันจะมีความล่าช้าไม่กี่หนึ่งในพันของหนึ่งวินาที (millisecond) สำหรับการรับข้อมูลของวัตถุที่เรากำลังมองอยู่โดยสมอง ความล่าช้านี้จะเพิ่มขึ้นเมื่อวัตถุมีการส่องสว่างมากขึ้น

ไม่ใช่ทุกส่วนของเรตินาที่จะเห็นภาพติดตาเท่ากัน บริเวณส่วนกลางของ fovea (บริเวณบนเรตินาที่มีเซลล์รูปกรวย) จะมีภาพติดตานานกว่า การเห็นภาพติดตา

กล้องยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางสเปกตรัมของแหล่งต้นกำเนิดของแสง ได้แก่สี และ ความสว่าง ความผิดปกติของดวงตาในข้างต้นเป็นสิ่งที่สำคัญต่อแนวคิดของภาพยนตร์มาก

ซึ่งจะเห็นได้ในกราฟในหน้าต่อไป การเห็นติดตาจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของแสง หรือ ความสว่างของพื้นที่ที่กำลังมองอยู่ ยิ่งสว่างมากขึ้นเท่าไหร่ เรายิ่งต้องเปลี่ยนภาพให้เร็วขึ้นเท่านั้น

ถ้าไม่ให้เกิดการกระพริบของภาพ ภาพยนตร์เรื่องแรกในช่วงต้นของศตวรรษที่ 20, การ์ตูน หรือ สมุดดีด (Flipping book) ที่เราเคยเล่นเมื่อยังเป็นเด็กนั้นก็ใช้แนวคิดเรื่องการเห็นภาพติดตา

เมื่อภาพได้เรียงลำดับอย่างสมเหตุสมผลในความเร็วที่เท่ากับ หรือ เร็วกว่าภาพที่ติดอยู่ในสายตา เราจะเห็นภาพที่เคลื่อนไหวถึงแม้ว่าที่จริงแล้วรูปที่เราเห็นจะเป็นภาพนิ่ง

กล้องถ่ายภาพยนตร์จะบันทึกภาพด้วยความเร็ว 24 รูปภาพ/วินาที ซึ่งส่วนใหญ่มันจะเพียงพอสำหรับภาพยนตร์ที่จะฉายด้วยเครื่องฉายที่มีความเข้มข้นของแสงน้อย เนื่องจากในช่วงต้นของการปฏิวัติภาพยนตร์

 

 

เพื่อให้เข้าถึงผู้คนมากขึ้น เครื่องโปรเจคเตอร์ที่ใหญ่ และ ดีขึ้นเป็นที่ต้องการ เช่นเดียวกับหน้าจอที่สว่างมากขึ้น (แบบที่เราใช้อยู่ในปัจจุบัน) จึงเป็นที่ชัดเจนว่าความเร็ว 24 รูปภาพ/วินาทีที่กล้องถ่ายภาพยนตร์มีในตอนแรกไม่เพียงพอแล้ว

จากมุมมองของการถ่ายรูป ซึ่งมีความคล้ายกับการถ่ายทำภาพยนตร์ มันไม่สะดวกที่จะเพิ่มเฟรมเรต ของกล้องถ่ายทำภาพยนตร์ให้สูงกว่า 24 รูปภาพ/วินาที

เพราะว่าเวลาที่ผู้ชมจะเห็นภาพในแต่ละเฟรมจะลดน้อยลง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนั้น ภาพยนตร์ต้องมีค่า sensitivity ที่สูงขึ้น ซึ่งจะทำให้มีเม็ดสีที่ไม่ต้องการ (grain) ในภาพยนตร์มากขึ้น หรือ

ม่านรับแสงของเลนส์ต้องเปิดกว้างขึ้น ส่งผลให้ได้ภาพได้ดูไม่ค่อยดี เมื่อมีระดับแสงน้อย รวมถึงลดความชัดลึก (Depth of field) ของภาพด้วย

 

เส้นโค้งการเห็นภาพติดตาของสายตาของมนุษย์

 

ทั้งสองวิธีที่แนะนำมาในข้างต้นไม่ใช่สิ่งที่คนทำภาพยนตร์จะยอมรับได้ ดังนั้นวิธีแก้ปัญหาจึงเป็นการเพิ่มความถี่ในการฉายภาพยนตร์ (ไม่ใช้การถ่ายทำ) จาก 24 เป็น 48 รุปภาพ/วินาที

ด้วยการออกแบบที่ เรียบง่ายแต่ชาญฉลาด สิ่งที่กล่าวมาสามารถทำได้ด้วยสิ่งที่เรียกว่า Maltese Cross shutter ซึ่งเป็นใบมีดที่ทำออกมาให้มีรูปร่างตาม Maltese Cross ของประเทศมอลตา

ใบมีดนี้จะหมุนอยู่หน้าหลอดไฟเครื่องฉาย พร้อมกับบังแสงเมื่อภาพยนตร์เปลี่ยนจากเฟรมก่อนหน้าไปยังเฟรมต่อไป (เพื่อไม่ให้ผู้ชมเห็นเส้นสีดำระหว่างแต่ละเฟรม)

แต่ยังขัดขวางการฉายในขณะที่เฟรมยังไม่เปลี่ยน (เป็นะระยะเวลา 1/24 วินาที) และ ฉายภาพจากเฟรมเดียวกัน 2 ครั้ง ทำให้ได้ภาพยนตร์ที่ฉายออกมา 48 เฟรม/วินาที

ซึ่งเป็นอัตราที่ทำให้ไม่เกิดการกระพริบในการมองเห็น เป็นที่ชัดเจนว่ามีรูปที่แตกต่างกันเพียงแค่ 24 รูปที่ถูกบันทึกไว้ต่อวินาที แต่ Maltese Cross shutter จะฉายภาพที่เหมือนกัน และ

สมองของเราจะเห็นภาพเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องที่ไม่มีการกระพริบ

 

 

โทรทัศน์จะใช้หลักการ การเห็นภาพติดตา แบบเดียวกันเพื่อลวงสายตาของคนดูให้เห็นเป็นภาพเคลื่อนไหวโดยใช้เทคนิค Interlaced Scanning (การสแกนแบบเส้นเว้นเส้น)

แตกต่างในส่วนของแนวคิดอยู่ที่การประกอบรูปภาพโดยไม่ใช้เครื่องโปรเจคเตอร์ผ่านฟิล์มเซลลูลอยด์แต่ใช้เทคนิค electronic scanning บนหน้าจอ CRT

ในวงการโทรทัศน์ภาพนิ่งจะถูกสร้างโดยการสแกน (Scanning) ซึ่งภาพจะถูกสร้างขึ้นมาทีละบรรทัดในลักษณะเดียวกันกับการอ่านหนังสือจากซ้ายไปขวา และ บนลงล่าง หลักการเหล่านี้จะถูกอธิบายในช่วงต่อไปของหนังสือ

มันสำคัญสำหรับผู้อ่านที่จะเข้าใจว่าโทรทัศน์จะฉายภาพนิ่งซึ่งจะถูกฉายอย่างรวดเร็วจนกลายเป็น “ภาพเคลื่อนไหว” ไม่ว่าผลลัพธ์นี้จะได้มา

โดยการสแกนแบบ interlaced หรือ progressive ไม่ใช่สิ่งที่สำคัญในตอนนี้ แต่เราควรจะที่รู้ว่าเทคโนโลยีทางโทรทัศน์ในปัจจุบันนี้ยังสามารถพัฒนา “กล” สำหรับการสร้างภาพลวงตาว่าเป็นภาพเคลื่อนไหวยังสามารถพัฒนาให้ดีขึ้นกว่านี้ได้อีก

ในโลกปัจจุบันมีระบบโทรทัศน์พื้นฐาน 3 ระบบที่มีจำนวนรูปภาพต่อวินาที, จำนวนแถวที่ใช้ในการประกอบรูปภาพ และ วิธีการเข้ารหัสสีที่แตกต่างกัน

แต่ทั้ง 3 มาตรฐานมีแนวคิดในการสร้างภาพเคลื่อนไหวที่เหมือนกัน

1. PAL: 625 เส้นที่ทำการสแกน (Scanning lines)/50 รูปที่สอดประสาน (Interlaced)/วินาที
   

2. NTSC: 525 เส้นที่ทำการสแกน (Scanning lines)/60 รูปที่สอดประสาน (Interlaced)/วินาที
   

3. SECAM: 625 เส้นที่ทำการสแกน (Scanning lines) (เคยเป็น 829 เส้น)/ 50 รูปที่สอดประสาน (Interlaced)/วินาที
   

ถึงแม้ว่าตัวเลขของเส้นที่ทำการสแกน และ รูปภาพต่อวินาทีจะต่างกัน แนวคิดทั่วไปยังเหมือนกันในมุมมองของการสร้างรูปภาพเส้นต่อเส้น และ สแกนมันด้วยความเร็วสูงเพื่อใช้ประโยชน์จากแนวคิดการเห็นภาพ ติดตาเหมือนกับภาพยนตร์

มาตรฐาน NTSC (National Television Systems Committee) 525 เส้น 30 เฟรมต่อวินาทีมักจะพบแถบสหรัฐอเมริกา, แคนาดา, กรีนแลนด์,

เม็กซิโก, คิวบา, ปานามา, ญี่ปุ่น , ฟิลิปปินส์, เปอร์โตริโก และ ทวีปอเมริกาใต้ ในตอนแรกมาตรฐาน NTSC ถูกพัฒนาขึ้นมาสำหรับโทรทัศน์ขาวดำ (monochrome) ในปีค.ศ. 1941

ระบบการถ่ายทอดทางโทรทัศน์แบบสีถูกนำมาใช้ครั้งแรกในประเทศสหรัฐอเมริกาเมื่อปีค.ศ. 1953

 

 

ประเทศที่เหลืออีกมากกว่าครึ่งหนึ่งบนโลกจะใช้มาตรฐาน PAL (Phase Alternating Line) ที่มีเส้น 625 เส้น 25 เฟรมต่อวินาที หรือ มาตรฐาน SECAM (Sequential Couleur Avec Memoire หรือ Sequential Color with Memory)

มาตรฐาน PAL ได้ถูกเปิดตัวในช่วงต้นคริสต์ทศวรรษที่ 1960 และ ถูกนำไปใช้ในประเทศในทวีปยุโรปส่วนใหญ๋ , ออสเตรเลีย, นิวซีแลนด์, จีน, อินเดีย, ประเทศส่วนใหญ่ในทวีปแอฟริกา และ

แถบตะวันออกกลาง มาตรฐาน PAL จะมีช่อง bandwidth ที่กว้างกว่ามาตรฐาน NTSC ซึ่งทำให้มีภาพที่ได้มีคุณภาพดีกว่า อีกทั้งการเข้ารหัสสีในมาตรฐาน PAL

ยังถูกออกแบบหลังจากการเปิดตัวของมาตรฐาน NTSC ทำให้สร้างสีได้ถูกต้องแม่นยำกว่า และ ป้องกันจุดสีรบกวนได้ดีกว่ามาตรฐาน NTSC

มาตรฐาน SECAM ได้ถูกเปิดตัวในช่วงต้นยุค 1960 และ ถูกนำมาใช้ในประเทศฝรั่งเศส, บางส่วนของทวีปยุโรป รวมถึงประเทศที่เคยเป็นสหภาพโซเวียตมาก่อน และ

ประเทศใกล้เคียง เส้นที่เพิ่มขึ้นมาอีก 100 เส้นในมาตรฐาน SECAM และ PAL เป็นการเพิ่มรายละเอียดที่สำคัญ และ ความคมชัดให้กับภาพ

แต่การมี 50 รูปภาพต่อวินาที (เทียบกับ 60 รูปภาพต่อวินาทีของระบบ NTSC) หมายความว่าเราจะสังเกตเห็นการกระพริบของภาพเล็กน้อย

เป็นที่น่าสนใจว่าประเทศรัสเซียใช้ระบบ SECAM ในการถ่ายทอดภาพทาง TV แต่ใช้ระบบ PAL ในอุตสาหกรรมกล้องวงจรปิด

 

 

เนื่องด้วยการมาของมาตรฐานใหม่สำหรับโทรทัศน์ดิจิตอล (DTV) มันเป็นไปได้ที่จะมีทั้ง interlaced และ progressive scanning อยู่ด้วยกัน ซึ่งมักจะถูกตั้งชื่อว่า “i” หรือ “p” และ

นำไปวางข้างมาตรฐานที่มีอยู่ อย่างเช่น “1080i” หมายถึงโทรทัศน์แบบ High Definition (HD) ที่มี 1,920 x 1,080 พิเซล และ การสแกนแบบ interlaced

 

Related link :   รั้วไฟฟ้ากันขโมย    สัญญาณกันขโมย