デジカメの画素数

現代のデジカメは600万～1000万画素の解像度が当たり前になっている。こりゃもう充分だよってのが普通。

今僕が使っているパソコンのモニタは21インチで1600×1200ピクセル。掛け算すれば192万画素だ。この大きさで印刷するとして、さすがに画面解像度のままで印刷すると甘くなるので、三倍程度の解像度があればいいだろう。そうすると、やはり600万画素程度でＯＫということになる。

しかし、ちょっと考えてみると、液晶モニタの1画素（ピクセル）は、RGB三色の長方形が並んで一つの正方形を形作っている。それに対し、一般的なデジカメのイメージセンサは、一画素で三原色すべてを記録するようにはなっておらず、一画素１色になっている。RGB三色それぞれに感じる画素を市松模様に並べているのだ。従って、特定の画素が持つべき本来の色を決定するために、近傍の画素の情報を混ぜ合わせて計算している。

つまり、この方法だと、たとえイメージセンサの、上に1画素幅の線がきっちり投影されていたとしても、3画素前後の間にぼんやりと広がる像として計算してしまうことになる。さらに、1画素境界できっちり色や明るが変化する、シャープな画像の輪郭部については、周囲の色から正確な色を計算することが出来ず、間違った色を作成してしまう危険がある。これを偽色と言う。これを避けるため、デジカメではイメージセンサの直前に画像をぼかすローパスフィルタが設置されている。結局実効解像度は、画素数の三分の以下に減少してしまうことになるだろう。つまり、1000万画素のデジカメといっても、実際は300万画素の正確な画像を三倍に引き伸ばしてぼかしたようなものだということだ。この辺は三色の配列から画像を生成するアルゴリズムによって変わってくるところであるので、実際はもうすこしうまくやっているかもしれないが…

この市松模様（ベイヤー配列）の弱点は良く知られているので、各社いろいろ工夫している。画素を斜めに配列することで、受光部面積と解像度を最適化したフジのスーパーCCDハニカムとか、さらには三色を縦に並べることで1画素に統合してしまったFoveon(シグマのデジタルカメラで採用）なんてのもある。特にFoveonは根本的な改良と言う意味で非常に興味深い。この方法では原理的に偽色が発生しないので、ローパスフィルタは不要になり、わざわざレンズが解像したシャープな画像をぼかす必要が無くなるのだ。ただ、この方法では現在のところ通常のCCDに比べ、解像度を上げることが難しいのか、物理的な画素数は300～350万画素にとどまっている。シグマのデジカメの画素数はカタログでは1000万画を超えているが、これは通常のベイヤー配列が実質三分の一になってしまうにもかかわらず1000万画素と表記するならば、うちは実質三倍してもいいだろうということだ。

結局どこも完全なる1000万画素というものを出せていないのだ。これをどうしたらいいのだろうか。技術的に非常に興味深い。

たとえばこういうのはどうだろう。

ベイヤー配列の弱点は、カラーだからだ。イメージセンサはそれ自体は色を区別できないので、画素ごとにＲＧＢの原色もしくは補色のフィルタをかぶせている。色付きセロファンみたいなものだ。これをどけてしまってモノクロモードを作る。液晶かなにかの技術で、電気的に色を出したり消したりできれば理想的だ。こうすればモノクロ写真を撮るときという条件付だが、解像度が三倍にアップする。ついでにローパスフィルタもどけてしまおう。これは一眼レフのミラーのように跳ね上げ式にするのがいいかもしれない。

さらに空想的になるが、そもそも三原色で色情報を記録すると言うのはどうなのよ。これはあくまで人間の目の構造に依存している。我々の眼が三色に感じるようになっているので、それでいいことになっているのだが、もし将来宇宙人がやってきて、彼らが我々の可視光領域で物を見ているとしても、同じ方法をとっているとは限らない。色を感じる細胞が5種類あるかもしれないし、もっと全く違う方法で光の波長を認識しているかもしれない。理想的には、撮像素子はシャッター開放期間の光の波形を時間を追って記録すべきだろう。そんな方法がないだろうか…