ช่วงความชัด

ช่วงความชัด (depth of field, DOF) บ้างก็เรียกว่า ความลึกของระยะชัด, ระยะชัดลึก หรือ ช่วงระยะชัด หมายถึงขนาดของขอบเขตระยะหน้าและหลังส่วนที่ถูกโฟกัสในการถ่ายภาพ

ภาพรวม 
เมื่อทำการโฟกัสที่จุดใดจุดหนึ่งของวัตถุโดยใช้เลนส์ขณะถ่ายภาพ เฉพาะจุดนั้นเท่านั้นที่อยู่ในโฟกัสพอดีจริง ๆ แต่เมื่อมองจากสายตามนุษย์แล้ว ด้านหน้าและด้านหลังก็จะเห็นว่าเหมือนอยู่ในโฟกัสเช่นกัน เพราะแม้ว่าภาพจะเบลอเล็กน้อย ตามนุษย์ก็ไม่อาจจะแยกแยะได้ ค่าช่วงความชัดก็คือช่วงขอบเขตที่ตาคนมองเห็นว่าชัดเหมือนอยู่ในโฟกัสนั่นเอง นี่เป็นหลักการเดียวกับที่คนสายตาสั้น สามารถมองเห็นได้ชัดเจนขึ้นเมื่อหรี่ตา การหรี่รูรับแสงของเลนส์จะช่วยเพิ่มช่วงความชัด ช่วงความชัดกำหนดโดย ค่าเอฟ, ความยาวโฟกัสของเลนส์ และระยะระยะห่างระหว่างวัตถุกับกล้อง ในกล้องที่ควบคุมค่ารูรับแสงได้อย่างอิสระ อาจสามารถใช้ประโยชน์จากหลักการนี้ได้โดยการหรี่รูรับแสงอย่างจงใจเพื่อถ่ายภาพที่มีระยะห่างต่างกันไปได้พร้อมกันโดยไม่เบลอ หรือในทางกลับกัน สามารถเปิดรูรับแสงกว้างเพื่อให้ภาพชัดเฉาะวัตถุที่โฟกัสและทำให้วัตถุที่อยู่ด้านหน้าหรือด้านหลังเบลอ ช่วงความชัดด้านหลังตำแหน่งถ่ายภาพจะกว้างกว่าด้านหน้า และช่วงจะเปลี่ยนไปตามขนาดรูรับแสง

เมื่อเปรียบเทียบภาพสองภาพทางด้านขวา ภาพบนดูเหมือนจะโฟกัสทั้งดอกกุหลาบที่อยู่ใกล้เคียงและอาคารแบบตะวันตกที่อยู่ไกลออกไป ระยะที่โฟกัสชัดแผ่ขยายตั้งแต่ด้านหน้าไปถึงด้านหลัง ลักษณะแบบนี้เรียกว่ามี "ช่วงความชัดลึก"

ในทางกลับกัน ในภาพด้านล่าง เฉพาะส่วนกระจุกเกสรของดอกไม้เท่านั้นที่อยู่ในโฟกัส และแม้แต่กลีบดอกที่ด้านหลังและด้านหน้าก็ยังเบลอ ระยะที่โฟกัสชัดนั้นแคบมาก ลักษณะแบบนี้เรียกว่า "ช่วงความชัดตื้น"

ความหมายของการอยู่ในโฟกัส 

เมื่อพูดว่าเลนส์ถ่ายภาพในอุดมคติอยู่ในโฟกัส นั่นหมายความว่า สมมติว่ามีแหล่งกำเนิดแสงแบบจุดอยู่ที่ตำแหน่งของวัตถุเป้าหมาย แสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงแบบจุดนั้นจะมาบรรจบกันที่จุดเดียวกันบนพื้นผิวฟิล์มหรือพื้นผิวของ เซนเซอร์รูปภาพ แม้ว่าในความเป็นจริงจะไม่สามารถทำให้แสงมาบรรจบกันได้พอดีแบบนั้นได้ แต่ในทางปฏิบัตินั้นขอแค่แสงสามารถมาบรรจบกันบนระนาบภาพได้มากที่สุดก็สามารถือว่าอยู่ในโฟกัสได้แล้ว ต่อให้ภาพอยู่ในโฟกัสในทางอุดมคติจริง ๆ ก็ตาม แต่ในเลนส์จริง ๆ จะมีความคลาดต่าง ๆ เกิดขึ้นทำให้ภาพยังมีความเบลอได้เล็กน้อย ถ้าแผ่นช่องรับแสงเป็นวงกลม แสงจากแห่งกำเนิดแสงก็จะแผ่ไปเป็นพื้นที่วงกลมบนระนาบภาพ ด้วยเหตุนี้ ภาพที่เกิดจากแสงจากแหล่งกำเนิดแสงจุดบนระนาบภาพจะกลายเป็นวงกลมเสมอ ไม่ว่าภาพนั้นจะอยู่ในโฟกัสหรือไม่ก็ตาม วงกลมนี้เรียกว่า วงความพร่า (circle of confusion) ขนาดของวงความพร่าขึ้นอยู่กับ ความยาวโฟกัส และ ค่าเอฟ ของเลนส์ และจะใหญ่ขึ้นเมื่อวัตถุห่างไปจากระยะที่อยู่ในโฟกัส

หากขนาดของวงความพร่าเล็กกว่าขนาดของเกรนของวัสดุที่ไวต่อแสงในอิมัลชันที่เคลือบอยู่บนฟิล์มหรือระยะห่างระหว่างพิกเซลของเซนเซอร์ภาพ ภาพที่จับได้จะไม่อาจแยกแยะได้ว่าอยู่ในโฟกัสหรือเปล่า และเมื่อดูภาพที่ถ่าย หากขนาดของวงความพร่ามีขนาดเล็กจนสายตามนุษย์เห็นเป็นจุด ก็จะถือว่าอยู่ในโฟกัส ขนาดของวงความพร่าที่ใหญ่สุดที่จะแยกแยะไม่ได้นั้นเรียกว่า วงความพร่าที่ยอมรับได้ โดยจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับขนาดของฟิล์มหรือเซนเซอร์ภาพ

วงความพร่าที่ยอมรับได้ในฟิล์มแบบต่าง ๆ 
ด้านล่างนี้คือตัวอย่างขนาดที่ใช้โดยทั่วไปสำหรับวงความพร่าที่ยอมรับได้สำหรับฟิล์มต่าง ๆ อย่างไรก็ตาม ค่าเหล่านี้เป็นเพียงค่าทั่วไปเท่านั้น ถ้าต้องการขยายขนาดใหญ่อาจต้องการค่าที่น้อยกว่านั้น และในการใช้งานบางอย่างก็อาจเพียงพอที่ค่าที่ใหญ่กว่านั้น

ความยาวโฟกัส ค่าเอฟ และ ช่วงความชัด 
โดยทั่วไป ช่วงความชัดจะขึ้นอยู่กับ ความยาวโฟกัสของเลนส์ ค่าเอฟ และขนาดของวงความพร่าที่ยอมรับได้ โดยคำนวณได้ด้วยวิธีการดังจะเขียนถึงต่อไปนี้

เริ่มแรก ให้ทำการคำนวณระยะไฮเพอร์โฟคัล ซึ่งหมายถึงระยะห่างที่ทำให้ระยะไกลอนันต์อยู่ขอบหลังช่วงความชัดเมื่อวัตถุที่ต้องการถ่ายอยู่ในโฟกัส

ให้ H เป็นระยะไฮเพอร์โฟกัส ƒ เป็นความยาวโฟกัสของเลนส์ N คือค่าเอฟ และ c คือเส้นผ่านศูนย์กลางของวงความพร่าที่ยอมรับได้
 

(นี่เป็นการประมาณเพื่อทำให้การคำนวณต่อไปง่ายขึ้น ค่าที่ละเอียดจริง ๆ ควรเป็น )

ถัดมา คำนวณขอบด้านหน้าและด้านหลังของช่วงความชัดเมื่อโฟกัสวัตถุในระยะทางที่ต้องการ หากระยะห่างถึงวัตถุเป็น s ขอบด้านหน้าและด้านหลังของช่วงความชัดเป็น DN และ DF ตามลำดับ จะได้ค่าดังต่อไปนี้
 
 

จากสูตรด้านบนทำให้ทราบได้ว่า

 ยิ่งความยาวโฟกัสของเลนส์สั้น ช่วงความชัดของภาพก็จะยิ่งลึกขึ้นเท่านั้น
 ยิ่งรูรับแสงเล็ก (ค่าเอฟมากขึ้น) ช่วงความชัดก็จะยิ่งลึกขึ้น

ด้วยสมบัติดังนี้ กล้องของเล่นและฟิล์มพร้อมเลนส์จำนวนมากจึงมักใช้โดยการตั้งค่าโฟกัสชัดลึก โดยไม่ใช้กลไกในการโฟกัส

อย่างไรก็ตาม การเพิ่มค่ารูรับแสงมากเกินไปก็ก่อให้เกิดปัญหาได้เช่นกัน เมื่อรูรับแสงถูกหุบแคบลงในระดับหนึ่ง จะทำให้เกิดภาพเบลอขึ้นมาเนื่องจากปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนของแสงที่รูรับแสง แนวโน้มนี้จะชัดเจนมากขึ้นถ้ายิ่งขนาดของวงความพร่าที่ยอมรับได้มีขนาดเล็ก หรือเป็นตัวกล้องแบบขนาดเล็ก

ช่วงความชัดยังขึ้นกับรูปแบบฟิล์มด้วย เมื่อพยายามถ่ายภาพที่มุมรับภาพกว้างเท่ากัน ความยาวโฟกัสจะเป็นสัดส่วนกับขนาดของฟิล์มหรือเซนเซอร์รูปภาพ และเส้นผ่านศูนย์กลางของวงความพร่าที่ยอมรับได้ก็จะแปรผันตามขนาดของฟิล์มด้วยเช่นกัน ผลกระทบอย่างแรกนั้นมีผลทำให้ยิ่งขนาดฟิล์มเล็กลง ช่วงความชัดก็จะยิ่งลึกขึ้น ส่วนอย่างหลังมีผลทำให้ยิ่งขนาดฟิล์มยิ่งเล็กลง ช่วงความชัดก็จะยิ่งตื้นขึ้น ผลกระทบอย่างแรกจะมากกว่าอย่างหลัง ดังนั้นยิ่งขนาดฟิล์มเล็กลง ช่วงความชัดก็จะยิ่งลึกขึ้นเมื่อถ่ายภาพด้วยมุมรับภาพ ระยะ และค่ารูรับแสงเท่ากัน กล้องดิจิทัลมักจะใช้เซนเซอร์ภาพที่มีขนาดเล็กกว่าในกล้องฟิล์มซึ่งมีขนาดมาตรฐานอยู่ที่ 35 มม. ดังนั้นช่วงความชัดจึงลึก เหมาะสำหรับการถ่ายภาพแบบโฟกัสชัดลึก และการถ่ายภาพขยายสำหรับเก็บรายละเอียดของวัตถุที่มีความลึก (ปกติในการถ่ายภาพระยะใกล้ ช่วงความชัดมักจะตื้นและเบลอได้ง่าย)

อ้างอิง 

 Hummel, Rob (editor). American Cinematographer Manual, 8th edition. Hollywood: ASC Press, 2001.

เทคนิคการถ่ายภาพ
การถ่ายภาพยนตร์
ทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต