写真を撮るのが苦手ですか？カメラの視点から「考える」ことを試みてください...

毎年秋になると、黄金色のイチョウの葉を見ると、携帯電話を取り出して写真を撮ります。いくら角度を変えても、携帯の中には平凡な写真しか残っていません。それは私に写真の才能が足りないからでしょうか？

その後、私は何度もこのような状況に遭遇しました。芝生の上にタンポポが一群咲いているのを見つけたとき、私は携帯電話を取り出して、平凡な写真を撮りました。春に桃の花が咲いているのを見たとき、私は携帯電話を取り出して、また平凡な写真を撮りました。

私たちが目で見る美しい風景は、なぜ写真に撮るとそれほど良く見えないのでしょうか?カメラに問題がありますか?いろいろ考えた結果、問題の根本は、私が見ているものとカメラが捉えているものが違うということだと気づきました。

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カメラと私たちが「見る」風景

なぜ違うのでしょうか?

美しい景色が見えたらカメラの電源を入れ、シャッターを押せば記録作業は完了です。このプロセス中、カメラセンサーはシーン情報を記録し、それをデジタル信号に変換して保存します。カメラが「見た」シーンと画面に表示される写真は一致しており、比較のための厳密なデータを持っています。

画像出典: Wikipedia

しかし、同じシーンを人間の目とカメラで観察した結果は大きく異なり、ここに問題があります。カメラもある程度はバイオニクスの産物であり、その画像化メカニズムは人間の目のものとほぼ一致しています。人間の目のレンズは、カメラのレンズと同様に光を屈折させることができます。瞳孔は拡大したり縮小したりして目に入る光の量を調節することができ、カメラの絞りも拡大したり縮小したりして目に入る光の量を調節することができます。網膜の視覚神経細胞は光信号を電気信号に変換して脳に送信し、現代のデジタルカメラの感光素子も光を電気信号に変換してプロセッサに送信します。イメージングの原理は一般的に似ていますが、イメージング効果は大きく異なります。

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両眼視は単一カメラによる画像撮影とは異なる

人間の両目で見る光景には違いがあります（交互に瞬きすることでこの違いを体感できます）。人間の脳は両目で観察した光景を使って三次元の世界を「作り上げる」のに対し、カメラで撮影した画像は二次元画像です。では、片方の目を閉じて、左手と右手の人差し指を伸ばしてください。片目だけでは位置関係を判断するのは難しいでしょう。カメラで撮影した画像でも同様です。写真では物体の空間的な関係はそれほど明白ではありません。写真で見るととても「薄い」感じもします。

どちらのペンがカメラに近いと思いますか?

答えは下の写真をご覧ください

地図: 海の塩漬け魚

この格差に対処する技術はすでに存在していますが、まだ広く使用されていません。画像記録の面では、人間の目の視点を模倣して画像を記録する装置があります。多くの場合、レンズが 2 つあり、レンズ間の距離は人間の目の間の距離に近く、人間の左目と右目でそれぞれ見るものと同様の画像を記録するために使用されます。これらのデバイスは 3D ムービーの撮影に使用できます。

画像出典: Wikipedia

画像表示側では、現在携帯可能な裸眼立体画像表示装置は存在しない。映画館で立体的なシーンを観るには、特殊な 3D メガネ (偏光レンズ製) を着用する必要があります。これにより、投影装置とメガネの両方に特別な要件が課せられます。生活のあらゆる場面で立体映像を観察したい場合には、「ライトフィールドディスプレイ技術」の助けも必要です。この技術により、メガネをかけずに 2 つの画像を別々に目に送ることができます。具体的な原理はかなり複雑なので、ここでは詳しく説明しません。つまり、コストとデバイスのサイズ上の理由から、このディスプレイ技術は広く使用されていません。

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鮮明な画像が得られる横方向の範囲が異なる

人間の目は広範囲を観察することができます。片目の視野は約150°、両目の視野は200°に達します。しかし、鮮明な画像が得られる範囲はわずか数度と非常に狭いです。この記事を読んでいるあなたには、10 語程度しかはっきりと見えません。

信じられませんか？試してみましょう。ランダムに単語を見つめ、その周りに他の明確な単語がいくつあるかを感じてみましょう。

ここで、「では、なぜ「10 行を一目で読む」ということわざがあるのか​​」と疑問に思う人もいるかもしれません。これは、狭く鮮明な視野を使用してさまざまな場所のシーンを素早くスキャンする眼球の急速な動きです。カメラの場合はそうではありません。カメラから同じ距離にあるが方向が異なる物体もすべて鮮明に撮影できます。一般的に、携帯電話のカメラの視野は40°～120°の範囲がほとんどで、撮影した写真はどの角度でも鮮明です。

地図: 海の塩漬け魚

カメラ機材の観点から言えば、あらゆる位置で鮮明な写真を撮れれば良いのですが、写真撮影の観点からはそうはいかないかもしれません。

人々が美しい風景を鑑賞するとき、風景の美しい部分は鮮明な撮影範囲内にあることが多い一方、雑然とした二次的要素は鮮明な撮影範囲内になく、ぼやけたサイドシーンになります。私たちの目は美しい景色に惹かれ、私たちの目には景色の周りのものはすべてぼやけて存在感が低く見えます。この時に携帯電話でたくさんの写真を撮っておくと、風景の周りの雑然とした風景が写真の中で非常に鮮明になり、強い存在感を持つため、見返すと写真が非常に平凡であると感じることがよくあります。

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鮮明な画像を得るための異なる垂直距離

以前、カメラと人間の目の「水平」画像特性について説明しました。実際のところ、それらの垂直方向の画像特性はかなり異なります。一般的に、垂直方向の撮像特性は「被写界深度」と呼ばれ、これはカメラが写真を撮るときに鮮明な画像を生成できる空間の深さを指します。

携帯電話を使用して、2メートル離れた場所のシーンを撮影します。シーンの前方 1 メートルからシーンの後方 4 メートルまでの範囲内にあるオブジェクトがすべて写真に鮮明に写っています。これは、鮮明な画像の空間深度 (被写界深度) が 5 メートルであることを意味します (パラメータが異なるカメラの被写界深度は異なります)。同様に、人間の目も外界を観察する際に鮮明な画像を広範囲に捉えることができます。人間の目が25cm手前の物体を見たとき、はっきりと見える空間の奥行きは23.6～26.6cmです（被写界深度は3cmで、人や照明条件によって変わります）。

人間の目は、異なる距離にある物体を観察するときに、異なる被写界深度の範囲を持ちます。近くを観察する場合、被写界深度は非常に小さく、遠くを観察する場合、被写界深度は比較的大きくなります。カメラの被写界深度は、撮影対象物までの距離だけでなく、カメラレンズの焦点距離や絞り値などのパラメータにも依存します。

画像出典: Wikipedia

観察者の目の被写界深度と撮影機材の被写界深度が異なる場合、人間の目で観察した画像と写真に記録された画像に違いが生じます。これらの違いにより、写真が普通に見えるか、より素晴らしいものに見えるかが決まります。携帯電話カメラの特殊な構造により、被写界深度が比較的大きく、鮮明な画像を撮影できる垂直距離が非常に長くなります。携帯電話メーカーは、多くの場合、画像処理技術を使用して、浅い被写界深度の効果を模倣します。被写体は鮮明で背景はぼやけているため、写真がより美しく見えます。

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カメラの「視点」から世界を見る

より良い写真を撮る

現在の携帯電話には 3 つ以上のカメラ システムが搭載されており (各システムは焦点距離が異なり、異なる範囲のシーンを撮影できます)、異なるシステムで撮影された写真にも独自の特徴があります。シーンに応じて異なるカメラを選択します。壮大な景色を撮影するには広角カメラ（視野が広い）を使用し、地元の美しい景色を撮影するには望遠カメラ（視野が比較的狭い）を使用します。

地図: 海の塩漬け魚

撮影視野内で被写体をできるだけ強調します。被写界深度の小さいカメラ（焦点距離が長いほど、シーンに近くなり、絞りが大きいほど、被写界深度が小さくなります）を使用すると、被写体の外側の背景の干渉を効果的に減らすことができます。カメラの撮影特性を理解すれば、写真を撮るのが簡単になります。

最後に、これらを学んだ後、皆さんがこの美しい秋に素晴らしい写真を撮れるようになることを願っています！

制作 |科学普及中国

著者: 海の塩漬け魚

プロデューサー｜中国科学博覧会

提出者: 中国科学院コンピュータ情報ネットワークセンター

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