เหตุผลที่แท้จริงที่ภาพจากกล้องสีออกเขียว: ประสิทธิภาพควอนตัม ไม่ใช่สัดส่วนเบเยอร์

เวลาถ่ายภาพทางดาราศาสตร์ เรามักพบว่าไฟล์ Raw ที่ได้จากกล้อง OSC (กล้องสี) หรือภาพเชิงเส้นหลังการ Integration มีสีเขียวชัดเจน แต่ก่อนเมื่อพูดถึงปรากฏการณ์นี้ คำอธิบายที่พบบ่อยที่สุดคือ “ในอาร์เรย์เบเยอร์ (Bayer Array) พิกเซลสีเขียวมีสัดส่วนถึง 50% ซึ่งเป็นสองเท่าของพิกเซลสีแดงและสีน้ำเงิน จึงเขียวกว่าโดยธรรมชาติ”

อย่างไรก็ตาม ตามมุมมองที่ Seti Astro แชร์เมื่อไม่นานนี้ คำอธิบายนี้ไม่รัดกุมในแง่ตรรกะของการประมวลผลสัญญาณ

สัดส่วนเบเยอร์เพิ่ม SNR ไม่ใช่ความสว่างเฉลี่ย

อันที่จริง การที่ภาพออกเขียวไม่มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับสัดส่วนจำนวนพิกเซล

ในอัลกอริทึมการ Debayering (การแปลงข้อมูลจากอาร์เรย์เบเยอร์ให้เป็นภาพสี) ซอฟต์แวร์เติมเต็มข้อมูลสีด้วยค่าเฉลี่ยของพิกเซลโดยรอบ ไม่ใช่การรวมค่าต่าง ๆ เข้าด้วยกัน ซึ่งหมายความว่า พิกเซลสีเขียวที่มากขึ้นเป็นสองเท่าช่วยเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) และความละเอียดเชิงพื้นที่ของช่องสีเขียว ทำให้คุณภาพของภาพละเอียดขึ้น แต่ไม่ได้ทำให้ “ความสว่างเฉลี่ย” ของช่องสัญญาณนั้นเพิ่มเป็นสองเท่า

กล่าวอีกนัยหนึ่ง การที่สีเขียวในอาร์เรย์เบเยอร์มีมากเป็นสองเท่านั้นให้ประโยชน์ด้านคุณภาพ ไม่ใช่สาเหตุที่ทำให้ภาพ “ออกเขียว”

เหตุผลที่แท้จริง: ความแตกต่างของประสิทธิภาพควอนตัมของเซนเซอร์

แก่นแท้ของเรื่องนี้อยู่ที่ความแตกต่างของ “ประสิทธิภาพควอนตัม (QE)” ของเซนเซอร์

จากกราฟการตอบสนองเชิงสเปกตรัมจะเห็นได้ว่า เซนเซอร์ที่ใช้ซิลิคอนเป็นฐานส่วนใหญ่มีความไวต่อช่วงคลื่นแสงสีเขียวสูงกว่าแสงสีแดงและสีน้ำเงินมาก ดังนั้นภายใต้เงื่อนไขการเปิดรับแสงที่เท่ากัน สัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ (ค่า ADU) ที่พิกเซลสีเขียวสร้างขึ้นจึงแรงกว่าช่องสัญญาณอื่นมากโดยธรรมชาติ

นอกจากนี้ ไฟล์ต้นฉบับทางดาราศาสตร์เพื่อรักษาความเป็นวิทยาศาสตร์ มักไม่ใช้น้ำหนักแก้ไขสมดุลแสงขาวล่วงหน้า (ต่างจากกล้องถ่ายภาพกลางวันทั่วไปที่ปรับสมดุลไว้แล้วภายในตัวกล้อง) ความเบี่ยงเบนของความไวแสงเชิงฟิสิกส์นี้จึงคงอยู่โดยไม่เปลี่ยนแปลง ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ออกเขียวในเชิงสายตา

การเข้าใจเรื่องนี้ช่วยการปรับแต่งภาพหลังถ่ายได้มาก อาการออกเขียวไม่ได้แปลว่ากล้องเสีย และไม่ใช่ “ข้อบกพร่องแต่กำเนิด” ของอาร์เรย์เบเยอร์ แต่เป็นปรากฏการณ์ปกติที่ยังไม่ได้ใส่น้ำหนักแก้ไขสี เมื่อแก้ไขสีเสร็จในขั้นตอน Linear ชั้นสีเขียวนี้จะกลับสู่สมดุลได้เองตามธรรมชาติ