カメラの絞りとその重要性を理解する

過去3年間ほど、電話がアナウンスされてカメラに関する部分に到達するたびに、「絞り」という言葉が放り出されます。 Galaxy S9が角を曲がったところに姿を現したので、あなたは再びそれを聞こうとしています。また、調整可能な絞りを備えたカメラレンズに関する噂が真実であれば、推奨される絞りの量の少なくとも200％が聞こえます。しかし、それはどういう意味ですか？正確には何ですか？

最も単純な形式では、開口部は光が通過する穴です。写真について話すとき、「穴」はレンズの前の開口部であり（レンズの直径そのものではありません）、単語の口径はより大きな意味を持ち、写真家が参照できる設定になります。これは、画像キャプチャの3つの基本的な柱の1つであり、ISOとシャッタースピードに加えて、関連する科学と数学により、さまざまな理由から絞り設定が重要になりますが、写真を撮る人にとって最も重要な2つは焦点ですおよび露出。それが意味を成すまで、それらすべてを掘り下げる準備はできましたか？すばらしいです！私たちもです。

写真の愛の三角形

先ほど、ISOとシャッタースピードに加えて、絞りは写真撮影の3つの柱の1つであると述べました。合わせて、3つの設定は露出トライアングルとして知られており、それぞれが写真の見栄えに劇的な効果をもたらします。それらは写真の露出（明るさ）以上のものに影響するので、名前にだまされてはいけません。一緒に写真を素晴らしいまたは恐ろしいものにする最大の要因です。

絞り、シャッター、またはISOを変更すると、3つの設定すべてに影響します。

3つの設定のバランスを取る必要があるため、他の設定で何ができるかを少し説明せずに、1つの設定について話すことはできません。カメラは、瞬間を凍結し、適切な場所で適切な色を再現し、適切なエッジを定義できる必要があります。絞り、ISO、シャッタースピードは、それを実現する3つの設定です。素晴らしい写真を撮ることを期待している場合、少なくとも1つを調整せずに1つの設定を調整することはできません。

ISO

ISOは、カメラのセンサーの光に対する感度の測定値です。実際のフィルムを使用したとき、センサーがなく、ISOは画像の露出の調整不可能な部分だったため、別のISO定格フィルムを購入しました。物事が少し良くなりました。最新のデジタルカメラでは、センサーの感度をオンザフライで制御できます。技術的には、信号に適用されるキャプチャ後のゲインのレベルを制御しています。これは簡単で、センサーの寿命を大幅に延ばし、同じ結果を提供するためです。

ISOが低いほどノイズが少なくなります。

理想的には、ISOが低いほど優れています。これは、後処理で除外する最終結果のノイズ（実際の設定を再現していないピクセル）が少ないためです。処理でノイズを除去する必要がある場合、ノイズのない周囲のピクセルに基づいてノイズを除去し、経験に基づいた推測を行います。推測が少ないということは、より良い写真を意味します。しかし、ほとんどの場合、超低速ISO設定を使用することは実用的ではありません。シャッタースピードや絞りの開口が補正できないためです。

ISO設定を上げると、光に対する感度が上がります。これにより、どの光源からも少ない光で写真を撮ることができます。 ISO設定については、次の3つの点に注意する必要があります。

ISO番号が低いほど、センサーの光に対する感度は低くなります。 ISO番号が高いほど 、センサーの光に対する感度が高くなります。
信号は、感度が高くなるにつれて、より多くのノイズを拾います。つまり、ISO番号が低いほどノイズが少なくなり、ISO番号が高いほどノイズが大きくなります。
絞りを大きく開けられないか、シャッターを遅くできない場合は、より高いISOを使用して動きを「フリーズ」し、ぼやけていない写真を撮ります。

シャッター速度

シャッター速度は、写真を撮ったりビデオのフレームをキャプチャしたときにシャッターが開いている時間の測定値です。シャッターが開いていると、光が入るので、シャッタースピードが速くなるとそれだけ収集できなくなり、露出が低下します。もちろん、逆のことが当てはまり、速度が遅いほど露出が高くなります。このように使用した場合の露出は、すべての処理が完了した後の写真の明るさまたは暗さと考えてください。その意味を理解できます。

シャッタースピードを話す場合、低いほど速くなります。

シャッターが開いている間、センサーは「見る」ことができるすべてのデータを収集しています。センサーの前にあるフレームの一部が動いていると、結果がぼやけます。そのため、ほとんどの場合、鮮明で焦点の合った写真を撮るには、シャッタースピードを速くする方が適しています。

シャッタースピードを下げる（高速シャッターとも呼ばれる）場合は、ISOを上げるか、絞りを開いて露出を上げる必要があります。しかし、シャッター速度を速くすると、写真は鮮明になります。
シャッタースピードを上げる（シャッターを遅くする）場合、ISOを下げるか、絞りを閉じて露出を下げる必要があります。ただし、シャッター速度が遅くなると、写真の鮮明さが低下し、ぼやけてしまう可能性があります。

すべてのカメラにはシャッターがあり、携帯電話もあります。フィルムカメラでは、実際のメカニカルカーテンを開閉する必要がありますが、多くのデジタル小型センサーカメラ（携帯電話を含む）は、シャッターとしてデータをキャプチャするタイミングを調整するだけです。これが、多くの携帯電話でシャッター音をオンまたはオフにできる理由です。ノイズを生成するために実際に動いているものはありません。それはソフトウェアによって生成され、シャッターを切るタイミングです。

絞り

絞りは、カメラのレンズの絞りがどれだけ開いている（または閉じている）かの測定値です。これはfストップで測定されます。これは、焦点距離（レンズの焦点からセンサーの前面までの距離）と虹彩（レンズの前面の穴）の直径との比の表現です。そのことを覚えたり、計算したりする必要はありませんが、F値が小さいほど開口が広くなり、より多くの光がレンズを通過してセンサーに到達することを知る必要があります。

絞りを狭くする（絞り値を大きくする）には、露出を上げるためにシャッターを遅くするか、ISO設定を高くする必要があります。
絞りを大きくする（F値を小さくする）には、露出を下げるために、より速いシャッターまたはより低いISO設定が必要です。

ご覧のとおり、絞りは、適切に露出された写真を作るものの一部にすぎません。しかし、シャッタースピードやISOと同様に、絞りもシャープネスに影響します。露出三角形の各部分は、調整されると写真の別の要素も変更します。 ISOを変更するとノイズが増加し、シャッター速度を変更するとモーションブラーが増加し、絞りを変更すると被写界深度が変化します。

すべてがポートレートモードではありません

カメラの開口部が、可能な限りすべての光を取り込むのに超低すぎないのはなぜでしょうか。多くの場合、写真を露出オーバーにする以外に、被写界深度は狭すぎます。

適切な被写界深度は、良い写真を素晴らしいものにすることができます。

被写界深度は、焦点が合っている写真の最も近いものと、まだ焦点が合っている写真の最も遠いものとの間の距離です。カメラレンズは、1箇所でのみ焦点を合わせることができます。その正確な点の外側は焦点が合っておらず、開口部の形で中心点から外側にぼやけています。私たちの目に焦点を合わせているように見える部分は、被写界深度にあります。

何かが十分に離れているとき、機器が補正するのに十分なISOとシャッター速度を調整できる限り、af / 5アパーチャ（左）とaf / 25アパーチャ（右）の差は最小です。あなたの電話はできず、結果はうるさいでしょう。うるさい。

絞り、ISO、シャッター、露出を無視すると、レンズが作成できる最大直径の被写界深度は、その錯乱円と呼ばれます。被写界深度の直径は、レンズが焦点を合わせたポイントから遠ざかるにつれて、混乱の輪に達するまで増加します。つまり、通りの向こう側で何かを撮影すると、まったく同じ設定で数インチ離れた場所で何かを撮影するよりも広い被写界深度が得られます。私たちの目には、十分遠くにあるものに焦点を合わせたレンズは、見ることができるすべてのものに焦点が合っている被写界深度の全幅を持っているように見えますが、カメラセンサーは目の前よりもはるかに前の部分を処理できます

見るものと得るもの

最も重要なのは、レンズがキャプチャできるものではなく、見ることができるものです。

被写界深度は、写真のどの領域に焦点が合っているかを決定するものです。通常、全体が鮮明で鮮明な画像が必要ですが、目を引く明白なポイントが必要です。写真家は、被写体が目を引くようにフレームに収められていることを確認する必要がありますが、被写界深度は、そのスポットを他の写真よりも「鮮明」にします。理想的には、すべてに焦点が合っており、実際の焦点がどこに落ちているかを見ることができず、代わりにわずかな違いを知覚するだけです。写真は、アートであり、他のすべてであるとともに、一部は錯視です。

要するに、カメラのレンズを製造する会社で働いている人たちは、考慮すべきことがたくさんあり、非常に複雑な数学を整理する必要があります。スマートフォンで非常に小さな固定レンズを設計している場合、すべてがさらに複雑になります。そして、それは非常に重要です。何よりも、私たちはどんな数字が私たちに投げられようとも、見栄えを良くしたいからです。

素晴らしい肖像画

ポートレート写真は、一般的な規則の例外です。 1人の人物、ペット、友人のグループなど、単一の被写体を持ち、シンプルでありながら快適な背景に対して目立つようにしたい場合、ポートレート写真は正しく処理すれば信じられないほど美しく見えます。

通常、ポートレートは広い絞りを使用して狭い被写界深度を作成します。適切な露出とわずかに調整された色に加えて、これにより、被写体が背景から分離されているように見える結果が作成されます。これは、より高速なレンズと完全な手動制御を備えたカメラにとっては簡単ですが、スマートフォンのようなものにとってはそれほど簡単ではありません。

Pixel 2では、純粋なソフトウェアソリューションを使用して、通常の写真（左）とポートレートモードの写真（右）を同時に撮影します。

さまざまな企業がさまざまな方法でポートレートを作成しようとしています。 GoogleとHuaweiは、機械学習と有能なハードウェアを使用して、ソフトウェアと処理を通じてポートレートを作成しています。サムスンは、最初にハードウェアに焦点を合わせて（しゃれを許して）、画像プロセッサに複数の角度と焦点距離を与えています。 Appleは両方をやっています。過去5年間、ノキア、ZTE、LGなどの企業から複数のレンズとソフトウェアで調整可能な被写界深度を見てきましたが、テクノロジーは進歩しており、結果はずっと良くなっています。

パーフェクトではなく、「良い」と言ったことに注意してください。あらゆる主要な携帯電話から素晴らしいポートレート写真を取得することは可能ですが、ほとんどの写真はせいぜい平均的なものです。それらはすべて、被写界深度の端の微妙さを逃し、背景に均一なぼかしを適用するように見えるため、物事が少し不自然に見えます。毎回見栄えの良い被写界深度効果を作成するのは難しいですが、私たちはそこに到達しています。

スマートフォンの調整可能な絞り？

噂が真実であれば、Galaxy S9にユーザーが調整可能な絞りを備えたカメラが表示されます。詳細はまばらなので、これがレンズカバーのアイリスを開閉する実際の機械的方法を意味するのか、被写界深度効果を制御できるソフトウェアを意味するのかはわかりません。

これは、多くの企業から見たように焦点を調整する方法と、処理後に写真の一部をぼかすだけでなく、実際の被写界深度効果を調整する方法を意味します。スマートフォンのベテランは、ノキアのリフォーカス機能が私が説明していることと非常に似たようなことをしたことを覚えているでしょう。最新のハードウェアは、2013年に見たよりもはるかに高速で必要なすべてのデータを取得でき、写真を撮るのにそれほど時間がかからず、手間もかかりません。

サムスンがどのように調整可能なアパーチャを提供したとしても、そうすればその理由を簡単に理解できます。それはすべて被写界深度に戻ります。

2017年のハードウェアは、2013年よりも被写界深度の調整がはるかに優れているはずです。そして、2013年のハードウェアはまったく悪くありませんでした。

私たちの携帯電話が使用する画像センサーのタイプ用に設計されたほとんどの小さなレンズは、ƒ/ 5.6とƒ/ 8の間の被写界深度で最もシャープになるように成形および研磨されています。これは非常に狭く、多くの光を許可しませんが、色収差を減らして、カメラが再現する色をできるだけオリジナルに近づけます。 f / 5.6に設定された固定絞りシステムを使用しても、高ISO（これは多くのノイズを意味する）および/またはスローシャッター（ぼやけた写真を意味する）なしで十分に露出された写真を生成しません口径が広くなり、よりシャープな部分がより柔軟なシステムに交換されます。

携帯電話のカメラがƒ/ 0.5（Sidney F. Rayの応用写真光学によると理論上の最大値）に近づくにつれて、通常の写真ではますますシャープネスが犠牲になります。適切な露出を可能にするためにシャッターを十分に遅くし、適切に焦点が合ってシャープな写真を作成することは困難です。そのため、ISOが増加し、SNR（信号対雑音比）がますます高くなります。そして、これは通常または広角の写真を撮るときに狭い被写界深度に対処するものではありません。

補正するためにピクセルサイズが大きくなり、カメラ回路がノイズを以前よりもはるかにうまく処理できるように構築されていますが、ソフトウェアではなくより良い写真のためにハードウェアを使用することに集中したい企業の場合は、論理的なステップは、複数の開口部を使用する方法を完成させることです。 Galaxy S9のカメラでSamsungに何を期待するのか正確にはわかりませんが、Samsungは次のステップを踏む必要があり、それ以上の能力があります。