カメラ・レンズのノイズ

◎ 単語

SN比・・・信号 (signal) と雑音 (noise) の比のことです。

◎ カメラのノイズ

◎ 高感度ノイズ

☆高感度ノイズとは、感度を高くして撮影した時に発生するノイズのことです。

高感度ノイズはカラーノイズと輝度ノイズに分けることができます。

○ カラーノイズ

○ 輝度ノイズ

◎ 偽色

☆偽色とは、ベイヤー配列を利用しているデジタルカメラで撮影すると、実際には被写体に無い色が写る現象のことです。
これが光の情報を、デモザイク(ベイヤー配列からフルカラーの画像を作り出す処理)によって色情報に置き換える時に起こります。各画素には、RGBそれぞれの色情報しかないため、残りの色情報を補完する際に、偽色が発生してしまいます。
偽色を防ぐために、様々なデモザイクが考え出されています。この技術はある程度成熟しているので、偽色はかなり出にくくなっています。

X-Trans

Faveon

◎ モアレ(干渉縞)

☆モアレとは被写体の繰り返し模様とイメージセンサーの画素配列パターンが、干渉しあって発生する縞模様（干渉縞）です。

○ 対策

ローパスフィルタ

モアレをなくす対策として、受光素子より前面にローパスフィルターを入れるというものがあります。これは、モアレの原因となる高周波の波長を遮断し、低周波の波長のみを通すというもので、物理的に波長を遮断しているので、解像度を落とすことになってしまいます。

○ 長時間ノイズ

○ フォーカルプレーン歪み、動体歪み

☆フォーカルプレーン歪みとは、CMOSイメージセンサーの1ラインずつ読み出すことが原因で、次のラインを呼び出すまでに被写体が動き、歪んでしまう現象のことです。CCDではライン間の露光タイミングが完全に一致しているため動体でもこのような歪みが発生しません。

○ スミア

☆スミアとは、一般のCCDイメージセンサーで起きる、強い光があるセンサー部分に当たると、その部分の電荷があふれます。これが主に垂直レジスターで溢れ、強い光を中心として垂直方向に白いスジ状のノイズとなる現象のことです。

COMSセンサの場合、画素ごとに増幅しているので、不要電荷が発生しません。

◎ レンズのノイズ

◎ 収差

☆収差とは、光学系において理想的な結像からのズレのことです。
像が滲んだりぼやけたり歪んだりします。これはレンズの問題であり、収差にはいくつか種類があります。
収差には、5種類の単色収差(ザイデルの5収差)と2種類の色収差があります。単色収差は、「レンズの形状」に起因し、色収差は、「レンズを構成している材料」に起因します。

5種類の単色収差には

• 球面収差
• コマ収差
• 非点収差
• 像面湾曲収差
• 歪曲収差

2種類の色収差には

• 軸上色収差
• 倍率色収差

があります。

◎ 単色収差

☆単色収差とは、色(波長)の違いに左右されない収差のことです。

○ 球面収差

☆球面収差とは、レンズの球面形状が起因する収差です。
光軸上で光が一点に結像せずにぼける現象で、画面中央部から周辺部にかけて見られます。唯一、画面中心でも現れる収差です。
大口径レンズになるほど目立ちますが、F値を絞ることでレンズ通る光が中央だけになり、改善します。

○ コマ収差(=像倍率収差)

☆コマ収差とは、光軸から離れた画面周辺部で点となるべき像がコマ(彗星)上のに写る収差です。
視野中心はシャープでも、画面周辺部に近づくにつれ、彗星上のボケが大きくなります。コマは内向きと外向きに分かれます。
F値を絞ることで少しは改善はしますが、球面収差とは異なり汚いボケになります。

○ 非点収差

☆非点収差とは、点になるべき像が互いに垂直な2本の線に分かれて結像する収差です。
像点が2通りでき、ピントをずらすと横長、丸、縦長にボケます。ジャスピンでは像面湾曲に似ます。
F値を絞ることで少しは改善はします。

○ 像面湾曲収差

☆像面湾曲収差とは、結像面が平面ではなく湾曲してしまうために像が歪み周辺部がボケる収差です。
丸いボケで視野中心と隅部でピント位置がずれます。ピント位置をずらしても丸いままボケます。
広角レンズで見られます。F値を絞ることで被写界深度が深くなり少し改善したように見えます。

○ 歪曲収差

☆歪曲収差とは、直線が直線に写らなくなる収差です。
画面周辺部で歪曲し、樽型と糸巻き型に分かれます。
広角レンズでは樽型、望遠レンズでは糸巻き型になりやすいです。
ズームレンズの中間域では、樽型、糸巻き型が打ち消しあい改善する焦点距離があります。
ほとんど画像処理で改善することができます。

◎ 色収差

☆色収差とは、色(波長)の違いに左右される収差のことです。

○ 軸上色収差

☆軸上色収差とは、色の違いにより焦点距離がズレ、輪郭の色が滲んで見える収差です。
画面中央付近から周辺部で見られ、大口径レンズや望遠レンズでよく現れます。色によりピント位置が異なるために、軸上軸外を問わず像が色の滲みとなって現れます。
F値を絞ることで少し改善します。

○ 倍率色収差

☆倍率色収差とは、波長によって屈折率が異なるために、画面周辺部で見られる収差です。色ごとに結像倍率が異なるため、軸外像では色ずれとなって現れます。
広角レンズや大口径レンズでよく現れます。
画像処理により効率的に除去できますが、F値を絞ってもほとんど改善しません。

○ ゴースト

☆ゴーストとは、逆光時などにレンズ内に強い光が入ると、レンズ内で反射した光が絞りの形や楕円などとして写る、光の像のことです。

○ ハレーション

☆ハレーションとは、光線が強すぎたために、被写体の周辺が白くぼやけて不鮮明になることです。

○ ケラレ

☆ケラレとは、画面の隅にレンズフードやフィルターが黒く写り込んでしまうことです。撮像素子に対して、イメージサークルが小さい場合も、ケラレます。