一部のカメラがダイナミックレンジに苦労する理由

ダイナミックレンジを理解する

ダイナミック レンジは、本質的には、カメラが光の強度が大きく変化するシーンをどれだけうまく処理できるかを決定します。ダイナミック レンジが広いということは、カメラが広い範囲の光を捉え、明るい部分と暗い部分の両方でディテールを保持できることを意味します。逆に、ダイナミック レンジが狭いと、ハイライトが吹き飛び (ディテールがなく真っ白に見える部分)、シャドウがブロックされます (ディテールがなく真っ黒に見える部分)。

ダイナミック レンジは通常、ストップで測定されます。各ストップは、光の強度の 2 倍または半分を表します。ダイナミック レンジが 12 ストップのカメラは、0 ストップのカメラよりも 4096 倍広い光強度範囲をキャプチャできます。

ダイナミックレンジに影響を与える要因

カメラのダイナミック レンジには、センサー サイズ、センサー テクノロジー、ISO 設定、画像処理など、いくつかの要因が影響します。これらの各要素は、カメラが広範囲の光の強度をどれだけうまく捉えられるかを決定する上で重要な役割を果たします。

1. センサーサイズ

🔍一般的に、センサーが大きいほどダイナミック レンジが広くなる傾向があります。これは、センサーが大きいほど個々のピクセルが大きいためです。ピクセルが大きいほど、より多くの光を捉えることができるため、信号対雑音比が高くなり、ダイナミック レンジが向上します。

次のように考えてみてください。バケツが大きいほど、小さいバケツよりも多くの雨滴を集めることができます。同様に、ピクセルが大きいほど、より多くの光子を集めることができ、その結果、信号が強くなり、ノイズが少なくなります。

2. センサー技術

センサー技術の進歩により、長年にわたりダイナミック レンジが大幅に向上しました。最新のセンサーは、洗練された設計と素材を利用して、より効率的に光を捉え、ノイズを低減します。

たとえば、裏面照射型 (BSI) センサーでは、配線が光感知領域の後ろに配置されているため、より多くの光がピクセルに到達します。その結果、低照度でのパフォーマンスが向上し、ダイナミック レンジが広がります。

3. ISO設定

⚙️ ISO 設定は、カメラの光に対する感度を制御します。ISO 設定が低いと、一般的にダイナミック レンジが向上しますが、ISO 設定が高いと、ダイナミック レンジが狭くなり、ノイズが発生する可能性があります。

ISO を上げると、基本的に信号が増幅されます。これにより信号とノイズの両方が増幅され、全体的なダイナミック レンジが減少する可能性があります。ダイナミック レンジを最大化するには、通常、可能な限り低い ISO を使用するのが最適です。

4. 画像処理

画像処理アルゴリズムは、ダイナミック レンジの処理方法において重要な役割を果たします。これらのアルゴリズムは、画像のトーン レンジを圧縮または拡張して、認識されるダイナミック レンジを最適化します。

ただし、積極的な画像処理は、バンディングやポスタリゼーションなどの望ましくないアーティファクトを引き起こすことがあります。ダイナミック レンジを最大化することと、画像品質を維持することの間でバランスを取る必要があります。

5. ビット深度

ビット深度とは、画像内の各カラー チャネルを表すために使用されるビットの数を指します。ビット深度が高いほど、より多くの色調のグラデーションが可能になり、遷移がスムーズになり、ダイナミック レンジが向上します。

たとえば、8 ビット画像ではチャンネルあたり 256 レベルですが、16 ビット画像ではチャンネルあたり 65,536 レベルです。16 ビット画像ではビット深度が増加するため、ダイナミック レンジが大幅に広がり、より細かい色調制御が可能になります。

ダイナミックレンジの制限による影響

カメラのダイナミック レンジがシーンの全範囲の光強度を捉えるのに不十分な場合、いくつかの問題が発生する可能性があります。これらの問題は、撮影した画像の全体的な品質と使いやすさに大きな影響を与える可能性があります。

• ハイライトが飛んでいる:画像の明るい部分は詳細が失われ、真っ白に見えます。
• 影がブロックされる:画像の暗い部分は詳細が失われ、純粋な黒で表示されます。
• トーン範囲の縮小:画像のトーン範囲全体が圧縮され、平坦で面白みのない外観になります。
• ノイズの増加:特に後処理で詳細を回復しようとすると、シャドウ領域に過度のノイズが発生する可能性があります。

ダイナミックレンジを最大化するための戦略

ダイナミック レンジに固有の制限があるカメラであっても、写真家はさまざまなテクニックを使用してこれらの問題を軽減し、より良い画像を撮影できます。

• RAW で撮影: RAW ファイルは JPEG よりも多くの画像データを保持するため、後処理の柔軟性が高まります。
• 段階的減光 (GND) フィルターを使用する: GND フィルターはシーンの明るい部分を暗くし、カメラがより広範囲の光の強度を捉えられるようにします。
• 露出ブラケット:異なる露出で複数のショットを撮影し、後処理でそれらを結合すると、ダイナミック レンジを効果的に拡大できます。
• 慎重な測光:シーンの最も重要な部分が適切に露出されるようにするには、正確な測光が不可欠です。
• 後処理テクニック:ハイライトやシャドウの回復などのツールを使用すると、白飛びしたりブロックされてしまった領域の詳細を復元できます。

ダイナミックレンジの異なるカメラの例

カメラによってダイナミック レンジのパフォーマンスは異なります。通常、大型センサーを搭載したハイエンドの DSLR やミラーレス カメラは最高のダイナミック レンジを提供しますが、スマートフォンに搭載されているような小型センサーのカメラではダイナミック レンジが制限されることがよくあります。

たとえば、フルフレーム DSLR のダイナミック レンジは 13 ～ 14 ストップですが、スマートフォンのカメラのダイナミック レンジは 10 ～ 11 ストップです。この差は、特に照明条件が厳しい場合には顕著になります。