私の目に何か異常があるのでしょうか？携帯電話でテレビ画面を撮影すると、なぜこのような奇妙な縞模様が現れるのでしょうか?

携帯電話やカメラを手に取って、写真を撮るために画面に向けると、不思議な「目に見えない魔法」に遭遇することがあります。写真に奇妙な縞模様が現れるのです。心配しないでください。これは携帯電話やカメラの問題ではなく、モアレと呼ばれる光学現象です。

モアレとは

2 つの櫛を重ねて、そのうちの 1 つを回転させると想像してください。櫛の歯の間に明るい縞と暗い縞が現れることがわかります。これがモアレ模様です。画面撮影では、画面のピクセルまたは線がカメラ レンズのピクセルまたはセンサーと干渉すると、同様の縞模様が作成されます。

モアレという言葉は、古代フランス人が中国から輸入した絹の波状の縞模様に由来しています。スクリーンショットや櫛の重なりによって生じる縞模様のほか、晴れた日の蚊帳やカーテンの反射によって生じる波紋のような縞模様、縞模様の服を着て写真を撮ると生じる虹色の縞模様などもモアレ模様です。モアレは、実際にはビート周波数現象の現れです。

いわゆるビート周波数現象とは、簡単に言えば、同様の周波数を持つ 2 つの等振幅正弦波が出会うと、新しい信号が合成され、この信号の振幅が 2 つの周波数の差に応じて変化するというものです。

ここで、ビート周波数現象をより鮮明に理解するために、簡単な比喩を使うことができます。 2 つの音叉がある部屋にいると想像してください。それらの周波数は非常に近いですが、まったく同じではありません。両方の音叉を同時に叩くと、独特の「ブーン」という音が聞こえます。

この「ブーン」という音は、実はビート周波数現象の現れです。 2 つの音叉は周波数が異なるため、それらが生成する音波を重ね合わせると、周期的な振幅の変化が生じます。この振幅の変化は「呼吸」のリズムのようなもので、時には強く、時には弱くなり、心臓の鼓動や呼吸に似たリズミカルな感覚を生み出します。

具体的には、2 つの音叉が同位相で振動すると、それらの振幅が加算され、より大きな振幅が生成されます。逆位相の場合、振幅は互いに減算され、より小さな振幅が生成されます。 2 つの音叉の周波数は非常に近いため、この位相の変化は周期的に発生し、振幅も周期的に変化します。

この比喩における「ブーン」という音は、ビート周波数現象を可聴で表現したもののようなものです。

ビート周波数現象を理解すると、その定義を時間から空間に拡張することができます。空間周波数がわずかに異なるストライプを重ねると、ストライプ間隔の違いにより重なり合う位置が徐々にずれ、モアレパターンが形成されます。

下の図は、間隔がわずかに異なる 2 つのストライプ グループを示しており、重なり合う位置が徐々に右にシフトしています。

2 組のストライプの左側を揃えて重ね合わせると、重なり合った領域に白い線から完全な黒への周期的な変化が現れ始めました。これがモアレ パターンです。

2つの縞模様の間隔差が拡大し、白線から真っ黒になる周期的な変化が4回現れた。

2 組のストライプを完全に重ねます。近視の場合は、メガネを外して観察することもできます。視力が正常であれば、数歩後ろに下がって眼鏡を細めて観察することもできます。この時点で典型的なモアレパターンが観察される。

モアレの特徴は何ですか？

周期性:前のデモからわかるように、モアレ パターンは時計の針のように一定の間隔で繰り返されます。

角度依存性: 影の長さが時間によって異なるのと同様に、モアレ パターンの鮮明さも撮影角度によって異なります。

色の変化: 画面上のモアレパターンもカメレオンのように色を変えることができます。

モビリティ: カメラや画面を動かすと、それに合わせて「ダンス」します。

ヒント: モアレを減らす方法

画面をきれいに撮影するためには、モアレの発生原理と特性に応じて、以下の対策を講じることでモアレの発生を抑えることができます。

カメラの角度を調整する: モアレは被写体に対するカメラの角度によって発生するため、カメラを回転させてカメラの角度をわずかに変えると、存在するモアレを除去または変更できます。また、左右や上下に動かして角度関係を変えることでもモアレを軽減できます。

レンズの焦点距離を調整する: 異なるレンズや焦点距離設定を使用することで、撮影する画面のピクセル分布を撮影デバイスのピクセル分布に近づけ、モアレの影響を軽減できます。

処理には専門ソフトウェアを使用します。モアレ縞を除去または軽減するのに役立つ専門画像処理ソフトウェアは数多くあります。

モアレは恐ろしい「目に見えない魔法」ではありません。その特徴とクラック方法をマスターすれば、スクリーン撮影の課題に簡単に対処し、より鮮明で美しい写真を撮ることができます。

モアレ縞はスクリーン撮影に限らず、日常生活に広く存在する光学現象です。モアレ縞の原理を理解することは、関連する科学技術をより深く理解し、応用するのに役立ちます。モアレがどこで使われているかご存知ですか？