การซ้อนภาพโฟกัส

การซ้อนภาพโฟกัส – หรือเรียกอีกอย่างว่าการรวมระนาบโฟกัส การซ้อนภาพแบบ z [ 1 ] การถ่ายภาพแบบคร่อมโฟกัส^[ 2 ^{]หรือการ} ผสม^{โฟกัส}^–เป็นเทคนิค การประมวลผลภาพดิจิทัลที่รวมภาพหลายภาพที่ถ่ายใน ระยะ โฟกัส ที่แตกต่างกัน เพื่อให้ได้ภาพที่มีระยะชัดลึก (DOF) มากกว่าภาพต้นฉบับแต่ละภาพ^[³^]^[⁴^]การซ้อนภาพโฟกัสสามารถใช้ได้ในทุกสถานการณ์ที่ภาพแต่ละภาพมีระยะชัดลึกตื้นมากการถ่ายภาพมาโครและกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคอลเป็นสองตัวอย่างทั่วไป การซ้อนภาพโฟกัสยังมีประโยชน์ในการถ่ายภาพทิวทัศน์อีก ด้วย

เทคนิคการซ้อนภาพโฟกัส (Focus stacking) ให้ความยืดหยุ่นสูง เนื่องจากเป็นเทคนิคการคำนวณ จึงสามารถสร้างภาพที่มีระยะชัดลึกแตกต่างกันหลายแบบได้ในขั้นตอนหลังการประมวลผล และนำมาเปรียบเทียบเพื่อหาภาพที่มีคุณค่าทางศิลปะหรือความชัดเจนทางวิทยาศาสตร์ที่ดีที่สุด นอกจากนี้ การซ้อนภาพโฟกัสยังช่วยให้สามารถสร้างภาพที่ไม่สามารถทำได้ด้วยอุปกรณ์ถ่ายภาพทั่วไป กล่าวคือ สามารถสร้างภาพที่มีบริเวณโฟกัสไม่เป็นระนาบได้ เทคนิคอื่น ๆ ในการสร้างภาพที่มีระยะชัดลึกเพิ่มขึ้นหรือมีความยืดหยุ่นมากขึ้น ได้แก่การเข้ารหัสหน้าคลื่น (Wavefront coding ) กล้องสนามแสง ( Light-field cameras)และการเอียง (Tilt )

เทคนิค

จุดเริ่มต้นของการสร้างภาพแบบโฟกัสซ้อนภาพ (focus stacking) คือชุดภาพที่ถ่ายด้วยระยะโฟกัสที่แตกต่างกัน ในแต่ละภาพจะมีบริเวณต่างๆ ของชิ้นงานที่อยู่ในโฟกัส แม้ว่าภาพเหล่านี้จะไม่มีภาพใดที่แสดงชิ้นงานอยู่ในโฟกัสทั้งหมด แต่ภาพทั้งหมดรวมกันแล้วมีข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมดในการสร้างภาพที่แสดงทุกส่วนของชิ้นงานอยู่ในโฟกัส บริเวณที่อยู่ในโฟกัสของแต่ละภาพอาจถูกตรวจจับโดยอัตโนมัติ เช่น ผ่านการตรวจจับขอบหรือการวิเคราะห์ฟูริเยร์หรือเลือกด้วยตนเอง จากนั้นจึงนำบริเวณที่อยู่ในโฟกัสเหล่านั้นมาผสมผสานกันเพื่อสร้างภาพสุดท้าย

กระบวนการนี้เรียกอีกอย่างว่าการซ้อนภาพแบบ zหรือการรวมระนาบโฟกัส (หรือzedificationในภาษาฝรั่งเศส) ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

ในการถ่ายภาพ

การได้ ความชัดลึกที่เพียงพออาจเป็นเรื่องท้าทายอย่างยิ่งในการถ่ายภาพมาโครเนื่องจากความชัดลึกจะน้อยลง (ตื้นขึ้น) สำหรับวัตถุที่อยู่ใกล้กล้อง ดังนั้นหากวัตถุขนาดเล็กเต็มเฟรม มักจะอยู่ใกล้มากจนไม่สามารถโฟกัสได้ทั่วทั้งความชัดลึกพร้อมกัน ความชัดลึกมักจะเพิ่มขึ้นโดยการลด ขนาดรูรับแสง (ใช้ค่า f ที่มากขึ้น ) แต่เมื่อลดขนาดรูรับแสงมากเกินไป จะทำให้เกิดการเบลอเนื่องจากการเลี้ยวเบนซึ่งจะหักล้างประโยชน์ของการโฟกัส ให้ ชัดเจน นอกจากนี้ยังลดความสว่างของภาพด้วย การซ้อนภาพโฟกัสช่วยเพิ่มความชัดลึกของภาพที่ถ่ายด้วยรูรับแสงที่คมชัดที่สุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ภาพทางด้านขวาแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มความชัดลึกที่สามารถทำได้โดยการรวมภาพหลายๆ ภาพเข้าด้วยกัน

ภารกิจ ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ดาวอังคารมีอุปกรณ์ที่เรียกว่าMars Hand Lens Imager (MAHLI) ซึ่งสามารถถ่ายภาพที่สามารถนำมาซ้อนโฟกัสได้ในภายหลัง^{[ 7 ]}

ในกล้องจุลทรรศน์

ในการใช้กล้องจุลทรรศน์ค่ารูรับแสงเชิงตัวเลขสูงเป็นที่ต้องการเพื่อให้สามารถจับแสงได้มากที่สุดจากตัวอย่างขนาดเล็ก ค่ารูรับแสงเชิงตัวเลขสูง (เทียบเท่ากับค่า f-number ต่ำ) จะให้ระยะชัดลึกที่ตื้นมากเลนส์วัตถุที่ มีกำลังขยายสูง โดยทั่วไปจะมีระยะชัดลึกที่ตื้นกว่าเลนส์วัตถุ 100× ที่มีค่ารูรับแสงเชิงตัวเลขประมาณ 1.4 จะมีระยะชัดลึกประมาณ 1 μmเมื่อสังเกตตัวอย่างโดยตรง ข้อจำกัดของระยะชัดลึกที่ตื้นนั้นสามารถแก้ไขได้ง่ายโดยการโฟกัสขึ้นและลงผ่านตัวอย่าง เพื่อให้ได้ข้อมูลกล้องจุลทรรศน์ของโครงสร้าง 3 มิติที่ซับซ้อนในรูปแบบ 2 มิติอย่างมีประสิทธิภาพ เทคนิคการซ้อนภาพโฟกัสจึงเป็นเทคนิคที่มีประโยชน์มาก

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนส่งผ่านความละเอียดระดับอะตอมประสบปัญหาคล้ายกัน โดยที่ลักษณะของตัวอย่างมีขนาดใหญ่กว่าความลึกของสนามมาก โดยการถ่ายภาพแบบผ่านจุดโฟกัสความลึกของโฟกัสสามารถสร้างขึ้นใหม่เพื่อสร้างภาพเดียวที่คมชัดทั้งหมด^{[ 8 ]}

ซอฟต์แวร์และแอปพลิเคชัน

ซอฟต์แวร์โฟกัสซ้อนภาพ
ชื่อ	ผู้เขียนหลัก	ประเภทแอปพลิเคชัน	แพลตฟอร์ม	ใบอนุญาต
Adobe Photoshop ^{[ 9 ]}	อะโดบี	เดสก์ท็อป	ระบบปฏิบัติการ Windows, Mac OS X	กรรมสิทธิ์
Affinity Photo 'Focus Merge'	เซริฟ	เดสก์ท็อป	ระบบปฏิบัติการ Windows, Mac OS X	กรรมสิทธิ์
Aphelionพร้อมส่วนขยายมัลติโฟกัส	เอดีซิส	เดสก์ท็อป	วินโดวส์	ลิขสิทธิ์เฉพาะ ทดลองใช้ได้ 30 วัน
Amira / Avizo 'การฉายภาพซ้อนภาพ' ^{[ 10 ]}	เทอร์โม ฟิชเชอร์	เดสก์ท็อป	วินโดวส์, แมคโอเอสเอ็กซ์, ลินุกซ์	กรรมสิทธิ์
แคมเรนเจอร์	แคมเรนเจอร์	เดสก์ท็อป / มือถือ	iOS, Android, Mac OS X, Windows	กรรมสิทธิ์
แชสซีส์ ดรอว์ อีเอส	จอห์น พอล ชาชา	เดสก์ท็อป	วินโดวส์	กรรมสิทธิ์
CombineZ	อลัน แฮดลีย์	เดสก์ท็อป	วินโดวส์	จีพีแอล
ห้องสมุดภาพและภาพ CUVI	ทูน่าโค้ด	เดสก์ท็อป / ฝังตัว	วินโดวส์, ลินุกซ์	กรรมสิทธิ์
ผสาน (ใช้ร่วมกับ`align_image_stack`หรือคล้ายคลึงกัน)	แอนดรูว์ มิฮาล และทีมพัฒนา ของฮูกิน	เดสก์ท็อป	หลายแพลตฟอร์ม	จีพีแอล
โฟกัสฟิวชั่น	DelphiTools	เดสก์ท็อป	วินโดวส์	กรรมสิทธิ์
โฟกัส สแต็กเกอร์	อเล็กซานเดอร์ โบลเนฟ, โอลก้า คาเชอร์	เดสก์ท็อป	แมคโอเอสเอ็กซ์	กรรมสิทธิ์
การซ้อนภาพโฟกัสออนไลน์^{[ 11 ]}	การซ้อนภาพโฟกัสออนไลน์	แอปพลิเคชันเว็บ	ทั้งหมด	กรรมสิทธิ์
เฮลิคอน โฟกัส	ดานีโล โคซูบ	เดสก์ท็อป	ระบบปฏิบัติการ Windows, Mac OS X	ลิขสิทธิ์เฉพาะ ทดลองใช้ได้ 30 วัน
ImageJพร้อมปลั๊กอิน Extended Depth of Field	อเล็กซ์ พรูเดนซิโอ, เจสซี เบเรนต์, แดเนียล เซจ	เดสก์ท็อป	ยูนิกซ์, ลินุกซ์, วินโดวส์, แมคโอเอส 9 และแมคโอเอสเอ็กซ์	สาธารณสมบัติ
มาโครฟิวชั่น^{[ 12 ]}	ดาริอุส ดูมา	เดสก์ท็อป	ลินุกซ์	จีพีแอล
Mathematicaผ่าน`ImageFocusCombine`^{[ 13 ]}	วูลฟราม รีเสิร์ช	เดสก์ท็อป / เว็บ	วินโดวส์, แมคโอเอสเอ็กซ์, ลินุกซ์	ลิขสิทธิ์เฉพาะ ทดลองใช้ได้ 15 วัน
เปิด Galileo	แบรนดอน อันโตนิโอ เซกูรา ตอร์เรส	เดสก์ท็อป	วินโดวส์	ซอฟต์แวร์ฟรีและโอเพนซอร์ส
พิโคเลย์	เฮริเบิร์ต ไซปิออนกา	เดสก์ท็อป	วินโดวส์	ซอฟต์แวร์ฟรี
QuickPHOTO พร้อมส่วนขยาย Deep Focus	โปรมิครา	เดสก์ท็อป	วินโดวส์	ลิขสิทธิ์เฉพาะ ทดลองใช้ได้ 30 วัน
Shine Stacker ^{[ 14 ]}	ลูกา ลิสต้า	เดสก์ท็อป	วินโดวส์, ระบบปฏิบัติการสูงสุด OS X, ลินุกซ์	แอลจีพีแอล
ซอฟต์แวร์ถ่ายภาพสินค้า Shutter Stream	ไอโคนาซิส	เดสก์ท็อป	ระบบปฏิบัติการ Windows, Mac OS X	กรรมสิทธิ์
เซรีน สแต็กเกอร์	ริก ลิตเติลฟิลด์	เดสก์ท็อป	วินโดวส์, แมคโอเอสเอ็กซ์, ลินุกซ์	ลิขสิทธิ์เฉพาะ ทดลองใช้ได้ 30 วัน