写真哲学の精錬。独創の画像キャプチャシステム。

モノクロームセンサーにカラーフィルターを配した一般的な撮像素子

シグマのデジタルカメラ以外の、ほぼすべてに搭載されている一般的なイメージセンサーは、「カラーフィルターアレイセンサー」と呼ばれます。これらは、光を取り込むセンサー自体が、そのままでは色情報を取り込むことができず、光の強弱だけを取り込むモノクロームセンサーなのです。

ですから、フォトセンシングを行う1画素相当のフォトダイオードの上に、光の3原色である赤・緑・青(RGB)を市松模様状に配したカラーフィルターを置いて、各画素あたり1色のみの情報を取り込むしくみになっています。

つまり、1,500万画素のカラーフィルターアレイセンサーであれば、その全画素を、G(緑)を取り込む750万画素、B(青)とR(赤)を取り込む各375万画素に3分割して色を取り込むことになります。
もちろんこのままではRGBが市松模様状に広がる奇妙な写真になるため、各画素で失われた他の2色、つまり、G(緑)を取り込んだ画素は、隣接するB(青)とR(赤)を取り込んだ画素からそれぞれの色情報を取得して、色補間処理と呼ばれる後段の処理によって、最終的な写真に仕上げるというシステムをとっています。

肉眼の特性を用いるカラーフィルターアレイセンサー

さて、ではなぜ、B(青)とR(赤)はそれぞれ全画素の1/4しか割り当てられないのに対し、G(緑)の画素のみが全体の1/2を占めているのでしょうか。

その答えは視覚のメカニズムにあります。人間の眼は、この緑に相当する波長領域に対して最も感度が高く(右の上図を参照)、それゆえに、解像度情報をこの波長領域から得ているのです。

右下の4枚の図は、いずれも、同じコントラストを持ったチャートです。最も細かい部分まで見えるのは、緑色を背景にした図です。

一般的なデジタルカメラで使用されているカラーフィルターは、この人間の視覚的特性を活かして、「より多くの画素でG(緑)の情報を取り込み、視覚感度が比較的低いB(青)とR(赤)は少なめでよい」という思想のもとにつくられています。モノクロームセンサーが生来的に持っている限界を克服し、高い写真画質を提供するために、実に巧みに工夫されてきたしくみです。

しかしながら、比較すれば感度が低いとはいえ、人間の視覚が確実にセンシング(感知)しているB(青)とR(赤)の色情報と、G(緑)で取り込んだ輝度情報との間には確かに差があり、結果、生成された画像において、色解像度と輝度解像度に差異を生じさせていることもまた事実なのです。

独創のダイレクトイメージセンサー

シグマのデジタルカメラに搭載されたイメージセンサーは、世界で初めて、3つの層で、RGBすべての色情報をもつ光を取り込むことに成功したフルカラーキャプチャシステム。

2002年に、シグマが初代デジタルカメラを発売して以来、一貫して採用し続けているイメージセンサーテクノロジーです。

RGB全色を全画素でキャプチャ

イメージセンサーの原材料であるシリコンは、表層部から順に短い波長の光を吸収し、深層部ほど長い波長の光を吸収する特性をもっています。

SD1 Merrillに搭載されたX3ダイレクトイメージセンサーは、このシリコンの特性を利用して、各フォトダイオードごとに、表面近くからB-G-Rの順にすべての光を取り込みます。

色を水平方向に分離して取り込むのではなく、垂直方向に取り込む点では、基本的にカラーフィルムと同じ構造を持っているのです。

このことはつまり、1,500万のピクセルロケーションを持つダイレクトイメージセンサーであれば、レンズを通して撮像素子に運ばれてきた光から、1,500万すべてのピクセルロケーションでRGBの3原色をそのまま取り込めることを意味します。

ですから、撮像素子で色情報を取り込む際に、ピクセルロケーションをRGB各色の配分で分割する必要もなければ、それによって、後段の処理で光情報を造ったり捨てたりする必要もないのです。

このフルカラーキャプチャシステムで生成された画像においては、原理的に色解像度と輝度解像度の差が生じ得ないこと。

そして実際には、デジタルカメラで撮影される被写体は色情報を含んでいる場合が圧倒的に多いため、「自然な描写力」という点において、色解像度と輝度解像度に差がないということは極めて重要な要素である、とシグマは確信しています。

ローパスフィルターをも必要としない

もうひとつ。一般的なカラーフィルターアレイセンサーは、偽色(モアレ)という問題をはらんでいます。

市松模様状に配置されたRGBが、特定の被写体(例えば細かい模様の繊維など)を撮影した場合に干渉を起こし、被写体とはまったく関連のない色が表れてしまう現象を指します。そのため、この偽色の発生を防ぐ「ローパスフィルター」を、さらにイメージセンサーの前に配置しているのです。

レンズを通して運ばれてきた光の情報から、細かいディテール(高周波成分)を切り捨て、被写体とカラーフィルターの干渉を防ぐことで偽色の発生を抑制するローパスフィルターは、偽色を効果的に抑える一方で、画像の解像度やシャープネスを損ないます。

カラーフィルターアレイセンサーでありながら、画像の解像度を落とさないためには、偽色(モアレ)のリスクとトレードオフしてでも、敢えてローパスフィルターを搭載しない、というデジタルカメラが存在していることひとつ見ても、この問題の重要性をうかがい知ることができます。

シグマのダイレクトイメージセンサーは、カラーフィルターを使用しないため、偽色が原理的に発生しません。それゆえローパスフィルターを使用する必要もないのです。

レンズで結像された鮮鋭度の高い画像を、その情報を一切損ねずにそのまま取り込むこと。長年、レンズメーカーとして写真と画像の質に対し、厳しい眼で見極めてきたシグマ。そのシグマが理想とする画像キャプチャシステムとは、レンズを通してきたすべての画像情報を、すべてのピクセルロケーションで、余すことなく取り込むことにほかなりません。

色と光を加えず、損ねない

カラーフィルターアレイセンサーを搭載したデジタルカメラでは、各画素で1色を取り込んだ後に、後段の色補間と呼ばれる画像処理によって画像全体の色を生成します。

この色補間技術のアルゴリズムは、デジタルカメラの登場以来長らく、さまざまな改善が重ねられてきた結果、相当に洗練された技術として普及しています。今日のデジタルカメラでは目立った補間エラーもほとんどなくなりました。

しかしながら、画像情報を取り込む段階でいったん切り捨てた光の情報を、後から完全に回復させることはできないため、自然な描写という観点では十分とはいえません。

当然のことながら、そもそも色補間を必要としないシグマのダイレクトイメージセンサーには、これらの付随する問題もないのです。

後から必要以上の情報を加えず、あくまで自然に忠実な画像を生成すること。

シグマのデジタルカメラが生み出す画像が、しばしば臨場感あふれる画質であると評されるのも、自らのポリシーを具現化した、「ありのままの情報を損ねない」原理によるところが大きいのかもしれません。

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