ジョージア湾–夏の風景
写真の撮影方法を変更する
近年、多くのメーカーがセンサーシフト技術と呼ばれるものを介してより高解像度の画像を生成できるカメラを製造しています。この技術は、体内画像安定化（IBIS）の出現により可能になりました。カメラの設計者は、画像の解像度を大幅に向上させたり、撮影した画像の色情報を改善したりする方法としてIBISを使用しています。
このテクノロジーには、高解像度モード、ピクセルシフト解像度システム、ピクセルシフトマルチシューティングモード、またはピクセルシフト/センサーシフトのより一般的な名前を含む多くの名前がありますが、最終的に、このテクノロジーの背後にある概念はすべてです同じ。同じビューの複数の画像は、画像を積み重ねてブレンドし、通常は大きな高解像度の単一の画像を作成するように撮影されます。
この新しいテクノロジーには長所と短所があり、それがどのように機能するかを理解することは、これを実行できるカメラを持っている場合、自分でより良い画像を作成するのに役立ちます。
注： Webサイトは低解像度の画像を使用しているため、この記事で使用されている画像は、高解像度の画像とカメラからの標準出力の違いをシミュレートするために縮小および変更されています。画像全体を見ると、画像は似ていますが、画像の細部に近づくと、違いがわかり始めます。
屋内のガーベラデイジー、通常の解像度（20 MP）オリンパスOMDEM1マークII
ガーベラ屋内、高解像度（50MP）オリンパスOMDEM1マークII
センサーシフト画像への多くのアプローチ
センサーシフト画像キャプチャは、高価な特殊カメラから、新しい解像度指向のカメラでますます利用できる機能に変わりました。現在、ハッセルブラッドのモンスターH6D-400c（400メガピクセルの画像）に加えて、オリンパス、ペンタックス、ソニー、パナソニックからの製品があります。
これらのバージョンは通常、同じ概念的アプローチを使用しますが、はるかに手頃な価格です。
センサーシフトの動き
センサーシフトを使用するのは誰ですか？
メーカーに関係なく、センサーシフト画像キャプチャの基本的なアクションは同じままです。複数の画像を撮影しますが、画像ごとにカメラのセンサーを少し動かして、より多くの画像データをキャプチャしてから、画像をまとめます。
センサーを動かすことにより、画像の色データが改善され、色固有のフォトサイトに固有の問題を克服することで、より詳細な情報を解決できるようになります。ハッセルブラッドを無視すると、このテクノロジーを使用するシステムには、Olympus OM-D E-M1 Mark II（Micro Four Thirds）、Pentax K-1 Mark II DSLR、Sony a7R III、Panasonic Lumix DC-G9（Microフォーサーズ）同じメーカーの他の製品もありますが。
これらのラインのうちの3つはミラーレスカメラであり、ペンタックスはクロップセンサーDSLRです。パナソニック/オリンパスのカメラは1つのアプローチを採用し、ペンタックス/ソニーは同じコンセプトに対して異なるアプローチを採用していることに注意してください。
オリンパス/パナソニックシステムは非常に大きな高解像度画像を作成するアプローチを使用しますが、ペンタックスとソニーシステムはセンサーシフトを使用して同じサイズの画像のカラー情報を改善します。ペンタックスとソニーの両方のシステムでは、個々のセンサーシフト画像を分離することもできますが、オリンパスとパナソニックは、積み重ねられた画像を1枚の写真にブレンドします。
オリンパスOMDEM5MarkIIにはセンサーシフトテクノロジーが搭載されています。
センサーテクノロジーはどのように機能しますか？
センサーシフトテクノロジーがどのように機能するかを理解するには、センサーが一般的に非常に小規模でどのように機能するかも理解する必要があります。古き良き時代のフィルム写真では、カメラは感光性フィルムを使用して画像を記録していました。デジタルカメラは、光を記録するために非常に異なるアプローチを使用します。
デジタルカメラは、感光性フォトダイオードを使用して、センサーに当たる光を記録します。ほとんどのデジタルカメラでは、各フォトダイオードに特定のカラーフィルター（赤、緑、または青）があり、フォトサイトを形成します。これらのフォトサイトは、センサーに到達する画像の色を確認するために光をブレンドできるように配置されています。
センサー上の赤、緑、青のフォトサイトは、通常、ベイヤーアレイ（別名ベイヤーマトリックス、フィルター）と呼ばれる特定のパターンで配置されます。 Fuji X-Transセンサー（いくつかのカメラモデルで使用）やFoveonセンサーを使用するSigmaなどの他の構成もあります。
ベイヤー配置では、人間の視覚が緑の細部を解決することに最も適しているため、赤または青の2倍の緑のフォトサイトがあります。この配置は一般的にうまく機能しますが、考えてみると、画像上で、これらのフォトサイトをブレンドすることによってカラーピクセルが作成されます。
センサーは、緑のセンサーの場所または青のセンサーの場所にどれだけの赤があるかを認識していないため、補間が必要です。これにより、よく見ると写真にアーティファクトが生じる可能性があり、RAW画像の焦点がこれまでになくわずかにソフトになる傾向があります。すべてのRAW画像は、後処理でいくらかシャープにする必要があります（ピクセルの緑、赤、青がブレンドされます）。
フォトサイトのベイヤーパターン
静的センサー
IBISのない通常のカメラでは、各フォトサイトはその1つのスポットで1つの色からの光しか記録しないため、記録するデータは技術的に不完全です。それは特定の色からの光だけを集めるバケツのようなものです。ベイヤーパターンのライトバケットのクラスターを使用して、デジタル画像に1つのピクセルを作成しますが、そのピクセル内には、青と赤の2つの緑のバケットがあります。
画像を融合し、その1つのピクセルに単一の色を入れるために、フォトダイオードのクラスターからの信号が一緒に分解されます。収集されたデータは、カメラ内（jpeg）またはコンピューター（RAW画像から）のいずれかのデモザイクアルゴリズムを介して補間されます。このプロセスでは、隣接するフォトサイトによって登録された集合値に基づいて、各フォトサイトの3色すべてに値が割り当てられます。 。
得られた色は、ピクセルのグリッドとして出力され、デジタル写真が作成されます。これが、RAW画像のフォーカスがわずかに柔らかく、ポストプロダクションワークフローでシャープにする必要がある理由の1つです。
移動センサー
IBISは、センサーがわずかに動くようになり、カメラの微妙な動きを調整して画像を安定させることを意味します。一部のメーカーは、自社のシステムがセンサーやレンズの組み合わせを6.5ストップ相当で安定させることができると主張しています。
センサーを移動すると、すべてのカラーフォトサイトがセンサー上の各場所のデータを記録できるようになります。
この安定化は、センサーの位置を微調整することで実現されます。センサーシフト画像の場合、これらの同じ微調整を使用して、各フォトサイトを単一の画像記録からの光にさらします。本質的に、センサーは外部の摂動を調整するためではなく、画像の各部分にフルカラー情報を含めるために動かされます。
ピクセルではなくフォトサイト
ピクセルではなくフォトサイトという用語に気づいたかもしれません。カメラは、解像度の尺度としてメガピクセルで評価されることがよくありますが、カメラには実際にはフォトサイトのみのピクセルがないため、これは混乱を招きます。
センサーからのデータが処理されるときに生成される画像には、ピクセルが含まれています。時々使用される「ピクセルシフト」という用語でさえ、誤解を招く恐れがあります。ピクセルは移動しません。移動するのは、フォトサイトが配置されているセンサーです。
単一画像キャプチャでは、各フォトサイトは赤、緑、または青の光のデータを記録します。このデータは、結果のデジタル写真の各ピクセルが3色すべての値を持つようにコンピューターによって補間されます。
シフトセンサー
センサーシフトカメラは、カメラのセンサーを物理的に動かして、結果の各ピクセルの赤、緑、青のカラーデータをキャプチャすることにより、補間への依存を減らしようとします。デジタル写真から取られた2×2ピクセルの正方形を考えてみましょう。
ベイヤーアレイを使用した従来のデジタルキャプチャでは、4つのフォトサイト（2つは緑、1つは青、1つは赤）からのデータが記録されます。技術的には、緑のフォトサイトでは青と赤の光、青のフォトサイトでは緑のデータと赤、赤のフォトサイトでは青と緑のデータが欠落していることを意味します。この問題を修正するために、各サイトの欠落している色の値は、補間プロセス中に決定されます。
しかし、推測する必要がなかった場合はどうなりますか？各フォトサイトの実際の色（赤、青、緑）を取得できるとしたらどうでしょうか。これがセンサーシフトテクノロジーの背後にあるコンセプトです。
通常の解像度の画像。
より深く潜る
ピクセルシフト技術を使用して作成されたデジタル写真上の2×2ピクセルの正方形を考えてみましょう。最初の写真は通常どおり、4つのフォトサイトから記録されたデータから始まります。ただし、カメラはセンサーをシフトしてフォトサイトを移動し、同じ写真を別のフォトサイトで再度撮影します。
このプロセスを繰り返して、すべてのフォトサイトがセンサー上の正確なスポットごとにすべての光を得るようにします。このプロセス中に、4つのフォトサイト（2つは緑、1つは赤、1つは青）からの光データがピクセルごとに取得されるため、各場所の色の値が向上し、補間（知識に基づいた推測）の必要性が少なくなります。
同じISO、絞り、シャッタースピードでの高解像度画像。
ソニーとペンタックスのアプローチ
ソニーのピクセルシフトマルチ撮影モードとペンタックスのピクセルシフト解像度システムは、このように動作します。これらのモードを使用しても、最終的な画像の総ピクセル数は増えないことに注意してください。結果のファイルのサイズは同じままですが、色の精度と詳細が向上します。
ソニーとペンタックスは、4つの画像を撮影し、画像ごとに1つの完全なフォトサイトを移動して1つの画像を作成します。それは実際には単に画像の色情報を改善しているだけです。
オリンパスとパナソニックのアプローチ
パナソニックとオリンパスのカメラの高解像度モードは、どちらもマイクロフォーサーズセンサーを使用しており、互いに½ピクセル離れた8つの露出を組み合わせて、わずかに微妙なアプローチを採用しています。 SonyやPentaxとは異なり、これにより、結果の画像のピクセル数が大幅に増加します。
20メガピクセルのセンサーから、50〜80メガピクセルのRAW画像を取得します。シーケンスの個々の画像にアクセスする機能がない画像は1つだけです。
Sensor-Shiftを使用する利点は何ですか？
センサーシフトテクノロジーを使用すると、いくつかの利点があります。複数の画像を撮影し、各フォトサイトの場所の色情報を把握し、解像度を上げることで、3つの主要なことを達成できます。ノイズを減らし、モアレを減らし、画像の全体的な解像度を上げます。
ノイズと改善された解像度
センサーの位置を微妙に変えて複数の画像を撮影することで、画像の解像度は上がりますが、画像の色情報も上がります。これにより、類似した画像を使用して、より滑らかな色、より少ないノイズ、より詳細な画像で画像をより深く掘り下げることができます。
通常の解像度の画像。
高解像度の画像。
通常の解像度の画像にぴったりとトリミングすると、粒子や色の変化のようなノイズが現れ始めます。
これは高解像度バージョンと同じクロップです。ノイズが少なく、色とディテールが優れています。
レスモアレ
モアレは、タイトな規則的なパターンの画像に現れるノイズまたはアーティファクトパターンの外観です。新しいセンサーでは、モアレの問題が以前よりも少なくなる傾向がありますが、一部の画像には引き続き表示されます。
モアレの原因は、記録されているタイトなパターンと、センサーのフォトサイトパターンに問題があるためにカメラがパターンを解決できないことに関連している傾向があります。赤、緑、青のフォトサイトの色情報は、単一の場所のすべての色が記録されているわけではないため、これらのタイトなパターンのエッジに問題があります。
センサーシフトを使用すると、各場所のすべての色がそこにあるため、モアレが消える傾向があります。
通常の解像度の画像。
トリミング領域が強調表示された高解像度画像
標準解像度の画像のトリミングされた領域–ノイズが現れ始めています（紙の傷は以前にありました）。
高解像度の画像は、ノイズが少なく、詳細です。
では、これをすべての画像に使用しないのはなぜですか？
さて、主な理由は、1つのシーンの複数の画像を撮影する必要があるということです。これは、これは動く被写体には実際にはうまく機能しないことを意味します。このプロセスには、少なくとも1枚の画像キャプチャの4倍の露光時間が必要です。これは、画像のキャプチャ中にコンポジションやカメラの一部が移動して画質が低下する4つの機会に相当します。
このような制約により、テクノロジーの適用は静物画と（静的な）風景写真に限定されます。キャプチャされているシーン内の動きは、ぼやけた領域またはピクセル化された領域を作成します。これは、風が動く植物や雲、および流水が存在する領域がある場合の風景写真の問題です。
これはまた、通常、非常に安定して三脚を使用する必要があることを意味しますが、カメラの手持ち撮影を可能にするバージョンを利用できるようにするというメーカーからの明確な意図がいくつかあります（ペンタックスにはこの機能があります）。
三脚で撮影した高解像度画像。
動きのアーティファクトは、より近くで見ると表示されます。
一部のシステムの癖
センサーシフトテクノロジーはさまざまな方法で実装されており、使用するシステムに応じて、問題は少し異なります。主な癖は、一般的に三脚が必要なため、ランやガンが必要ないことです。
Sonyシステムには、4つの別々の画像を一緒に処理するまで画像を表示できないという他の制限があります。これは、カメラで解像度の高い画像を確認できないことを意味します。さらに、A7RマークIIIのピクセル数が多いため、結果の画像では三脚の微妙な動きが特に目立ちます。画像を編集するには、独自のSonyソフトウェアを使用して画像をマージする必要もあります。
ペンタックスにはいくつかの興味深い機能があります。カメラに付属のソフトウェアアプリケーションを使用すると、ソフトウェア内のアルゴリズムを使用して動きのアーティファクトを除去することにより、動きに対処できます。これは、Adobeなどの画像操作に一般的に使用されるソフトウェアよりもうまく機能します。
オリンパスシステムはしばらく前からあり、オリンパスOMD EM1 Mark IIの最新の反復では、検出された動きによって、影響を受けたピクセルが動きのある領域の単一の通常解像度画像の一部に置き換えられます。これにより、解像度が不均一になりますが、風などの画像の見栄えが良くなります。また、特に動きが多い場合は制限があります。多くの場合、画像は少しピクセル化されているように見えます。
木の標準解像度の画像–すべてが鮮明です。
同じ木の高解像度画像ですが、風が強かった…トリミングされた領域が黄色のボックスに表示されます。
トリミングされた領域が拡大しました–風の動きにより、画像にアーティファクトが発生しました。
制限
センサーシフト画像キャプチャが直面する最大の課題は、被写体を動かすことです。さらに、ピクセルシフト画像キャプチャを使用してストロボをカメラとペアリングしようとすると、画像キャプチャの速度、フラッシュリサイクルの制限、および一般的な互換性の問題によって複雑になる可能性があります。メーカーはこれらの問題を認識しており、解決に取り組んでいます。
全体的なテクノロジーはさらに良くなるだけです
ますます多くのシステムが、これらの高解像度画像を生成するためにアルゴリズムを使用しています。テクノロジーが成熟するにつれて、実装はますます良い結果をもたらし、動きや手持ちの状態に対処できる可能性があります。
メーカーにとっての利点は、非常に高価な高ピクセル密度センサー（安価）を必要とせずに、より高品質の画像が生成されることです。ユーザーにとっての利点は、画像のノイズと色の情報が向上し、最終結果が向上することです。
その完璧な高解像度画像を探して幸せです！