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「デジカメの”テレ”はすごい！」
2002.2.|
はじめに １ デジカメの”テレ”はすごい ここで 「テレ」とはテレスコープ ：望遠のことを言っています。 デジカメのズームと、次第に大きくなっている画素数、この組合せで 画質はともかくものすごく拡大された映像を撮影することが出来ます。 ホームページの題材などに、今までの銀塩カメラでは撮れないような 画像をいとも簡単に撮影できることに改めて驚いています。 どういうことか具体例で説明します。 但し銀塩カメラでの本格的写真としての繊細さは別として、小さい物を 大きく見る事に着眼した考察をします。 ２ 実際例 ２．１ 焦点距離毎の比較 焦点距離毎の画像です。 Olympus C2100UltraZoom でズームを広角から望遠まで 4段階の比較です。 このデジカメはズーム倍率１０倍と驚くほどの範囲をカバーしています。 |
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［ 写真 １ ］ ズームの焦点毎の画像 左から広角の 38mm 少し望遠系の 91mm ズーム最大の 380mm この間光学ズーム１０倍、 更にディジタルズーム x 2.7倍 の1026mm 相当 一番右の円内の煙突は縮小せず元のピクセルでの映像です。直径20cmほどのパイプが鮮明に 写っています。 岩手県八幡平の八幡沼ですが、撮影した展望台からこの小屋までの距離はおよそ 100m です。 この画像を撮影したカメラの仕様です。
２．２ 月の写真 フィルムカメラではかなり長いレンズでないと月を大きく撮れませんが、デジカメで次のような画像を撮れました。
 ［ 写真 ４ ］ テレ端で ディジタルズーム x2.7 倍を更に掛け 1026mm 相当で撮影し 526 x 474 ピクセルに切り出した写真です。 驚くほどの大きさに写っていますが画像が少しぼやけています。 元々ピクセル以上の情報が無いのに、2.7倍するために間のピクセルの画像情報を 周囲から補間して求めていると思われますので仕方がないことです。  ［ 写真 ５ ］ ディジタルズームを使用しないで撮影した画像 写真 ２を レタッチソフトPhotoshopで 2.7倍にしてみました。 カメラのディジタルズームで撮影した画像に比べて 輪郭がにじみ鮮明度が 落ちています。デジカメのデジタルズームはそれなりの工夫をした上で画像情報 を増やしていると思われます。 写真 ４ とそれ以外の写真は 異なった時期と時刻に撮影したものなので満ち欠け、色が違っています。 ２．３ 麓から撮影した気象庁富士山頂上レーダードーム  ［ 写真 ６ ］ 富士山こどもの国から撮影 Olympus E-10 の110mm 相当で撮影した元画像（左） 2240 x 1680 ピクセルの赤枠部分を切り出した（右） 富士山測候所 富士山頂レーダードーム部分が認識できます。 この時は違う目的で撮影した画像のためズーム望遠側最大 140mmより小さい画像ですが、切り出すと これほど細かいところまで写っています。 このレーダードームは役目を終え、２００１年夏に解体され下の映像のように建物の一部を残しドーム部分 がなくなっています。 ２．４ 麓から撮影した富士山頂上 富士山頂上の拡大写真です。富士山スカイラインの水ヶ塚公園から撮影しました。 |
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［ 写真 ７ ］ 富士山スカイライン ２合目 水ヶ塚公園から富士山頂上を撮影 ［ 写真 ８ ］ 写真６の赤枠部分を切り出した
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Olympus C2100UltraZoom 380mm相当で撮影した写真７、 1600 x 1200 ピクセルを縮小したもの、 この画像の赤枠部分990 x 200を切り出したのが 写真８ 雪の白の輪郭が収差の影響で色がにじんでいますがこの倍率で簡便に撮れるので仕方がないと考えています。 左側にレーダードームが取り外された建物部分が、右側に浅間神社富士山頂奥の院が写っています。 富士登山をした人でないと見られない映像を、麓の車が行けるところから撮影できることに驚きます。 ３ デジカメの”テレ”はすごい、なぜ？ １つはデジカメのズーム倍率が比較的大きいこととレンズの明るさ、更には価格の差もあります。 ３．１ フィルム用レンズとの違い ２つのデジカメと 35mm フィルム １眼レフカメラ用のズームレンズ Nikon 製のレンズの比較です。
［ 表 ２ ］ レンズのズーム範囲と明るさ
［ 表 ３ ］ 画素数と縦横ピクセル数
図２の例で切り出した画角③ を考えると 望遠で撮った紫の枠の横幅 Wt、画角 θt に対して 切り取った画像の幅、画角を Wc、θc とし、これを元の画像と同じ大きさで表示するとした場合、 およそ Ｗt ： Ｗc ＝ θc ： θt となり 下の月の写真の例では Wt ＝ 1600、Ｗc ＝ 300、 θt ＝ 10.34°なので 切り出した画像の換算画角 θc は θc ＝ θt ｘ Ｗc ／ Ｗt ＝ 10.34 x 300 ／ 1600 ＝ 1.94 ° 同様に焦点距離に換算すると Ｗt ： Ｗc ＝ fc ： ft なので fc ＝ ft x Wt ／ Wc から ＝ 380 x 1600 ／ 300 ＝ 2026 焦点距離 2026mm 換算で撮った画像と等価になります。 2000mmもの望遠レンズは特注扱いで数百万円になるのではないでしょうか。 銀塩レンズの数百mmにテレコンバータを２～３段重ねて無理矢理撮影した画像は暗く、デジカメの これらの画像より画質が劣化するかと思います。 画質は別としてこれほどの拡大した画像をデジカメでは簡単に撮影できるわけです。 ４ デジカメでは何故ズーム比を大きく出来るか ４．１ デジカメセンサの大きさ 光学的にフィルムに比べるとセンサの大きさはまだ小さく大きい物でも１インチ、通常 ２／３、 １／１．８インチが使用されています。 先ず、センサのサイズに対する画像の大きさは次のようになっています。
ここで解ることは35mmフィルムに比べ デジカメのセンサの大きさはまだ小さいことを 覚えておいて下さい。 初期には １／３、１／２インチサイズが使われていましたが、最近の高解像度（画素） になるに従いセンササイズも大きくなり ４００万画素では２／３インチ当たりが使われ ています。 これでさえも 35mm フィルムの対角 43mm に比べると 11mmと 1/4 の大きさです。 ４．２ 焦点距離とセンサ寸法の関係  ［ 図 ３ ］ センサ寸法と焦点距離 標準レンズの画角 θは ３．３ 表４から ４６° です。 ２／３インチセンサの対角線長さ Ｌ は 11mm です。 図３ から この対角線長さの場合に画角 θ＝４６°となる焦点距離 f を求めると f ＝ （Ｌ ／２） x acot( θ／２） ＝ （１１／２） x acot( 46 x 3.14 x 2 / 360 / 2) ＝ １４．４mm と計算されます。 既に解っているように35mmフィルムカメラの標準レンズ 画角４６°の場合の焦点距離は 50mmですが、これに比べ 1/3.5 の距離になっています。 ４．３ レンズ口径と焦点距離 レンズ口径 Ｄ と開放Ｆ値 Ｆ （レンズの明るさ） 焦点距離 f の関係は次の式で表されます。 Ｆ ＝ ｆ ／ Ｄ これから焦点距離に対するレンズ口径は Ｄ ＝ f ／ Ｆ となり、同じ明るさ：Ｆ値のレンズに必要なレンズ口径は焦点距離に比例することになります。 これから 対角の小さなデジカメのセンサに必要なレンズ口径は小さくて済むことになり、 安価にまた光学的設計も容易になることから大きなズーム比や明るいレンズを作ることができます。 実際にはレンズの解像度や収差の問題などもあるようですが、ここでは大きさに関係することに 関してのみ考えてみました。 ビデオカメラのズーム倍率は ２０倍を越えるものも多いですが、ビデオカメラのセンサーは 画素数で数十万画素、最近宣伝されているメガピクセルはすなわち百万画素を越えたところで センサが小さいので、更に小さい口径で作れることによるものです。 レンズに装着するフィルタ径がレンズ口径にほぼ近いですが、一般のビデオカメラには 37mm に対し、Olympus E-10 では 62mmを使用します。 ５ おまけ情報 ： 何故デジカメのセンサはインチ表示？ 本来国際的な単位の表記法は ISOで決められた SI単位系と言い MKS単位を基本とした、長さはメートルで表現する必要があります。 どうしてもインチ系の数値で表現したい場合は、型という表現で 単位ではないので間違いではなく、それまで定着したインチの値を 使用している例があります。 テレビのブラウン管サイズなどは その代表例で、以前は ２１インチと言っていたのを今は２１型と 称していますね。チョットズルイ気もしますが。 しかし実際には米国ではいまだインチを使っています。とっくに 単位系は移行したはずなのに。 ＣＣＤセンサがインチを使う理由は、以前の画像を撮影する撮像管 （ブラウン管と逆の動作の画像を電気信号に変換する素子） がその管の直径で表記してきたことからこれにならったようです。 １インチは 25.4mm ですが、もともとは撮像管の管の直径で 呼んでいたため、例えば １インチ管の撮影画像範囲はこれより 小さく対角線は 16mmでした。 この対角線の大きさが等しい ＣＣＤセンサを １インチセンサと呼ぶようになったことで、 対角線とインチ表示の数字は一見関係ない値になっています。 この画像の大きさが同じものを同じサイズで呼ぶことにより、 同じサイズの撮像管とＣＣＤセンサには同じ光学系で対応できる という便利さがあり呼び方を継承しているようです。 |
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