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iPhone 11 Proにトリプルカメラ搭載!スマホのカメラはなぜ増える?

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iPhone 11 Proが発表になりました。従来機種と比べていくつか進歩した点がありますが、もっとも注目されているのがトリプルカメラです。「スマホに搭載されるカメラがなぜ増えるの?」と疑問に感じる方も多いでしょう。スマホにマルチカメラを搭載することのメリットについて解説します。

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iPhone 11 Proにトリプルカメラ搭載!スマホのカメラはなぜ増える?

iPhone 11 Proにトリプルカメラが搭載されましたが、これはiPhoneシリーズでは初めてでも、他のスマホでトリプルカメラが搭載されていなかったわけではありません。AppleのライバルであるサムスンやHuaweiではすでに採用されています。つまり、スマホの全般的なトレンドと言えます。

またここで言うトリプルカメラとは、スマホをデジタルカメラとして使用し、通常の写真撮影をするためのカメラのことを意味します。これ以外にもスマホのディスプレイ側に自分を移すためのカメラがありますし、「Face ID」などのための距離を計測できるカメラも搭載されています。すでにかなり多くのカメラが搭載されているわけです。

「一体どこまでカメラが増えるんだ?」という気もしますが、今後、ARや多くの機能が追加される度にまだ増えていく可能性があるようです。

ここでは冒頭のトリプルカメラのように、あくまでも通常の写真撮影をするためのカメラに話を絞ります。写真撮影用にカメラの数を増やす理由は、主に2つあります。1つはズーム機能の向上のため、もう1つは暗いところでも撮影できるようにするためです。以下にそれぞれについてさらに解説します。

iPhone 11 Proはトリプルカメラで高倍率ズーム機能

iPhone 11 Proの仕様を見ると、厚さが8.1mmであることが確認できます。現在販売されている最新のスマホのほとんどが10mm以下の厚さでしょう。この非常に薄いスマホにカメラを搭載しなければならないことが、カメラの数を増やすことと関係しています。

デジタルカメラの基本構造は、イメージセンサーがあり、その前に複数枚のレンズが配置されたものです。使用するレンズの設計によって、広角、望遠などの倍率が決まってきます。スマホのカメラも基本的には同じですが、一眼レフのカメラのように、レンズを物理的に動かして調節する「光学ズーム」機能は無く、撮影した画像を基にデジタル的にズームする方法が一般的です。

最近はスマホで自撮りしたり、いろいろなところへ出かけて面白いものを見つけたらスマホで撮影し、SNSなどにアップすることが多くなりました。しかし、スマホのズーム機能が弱いと、建物や風景など大きなものを撮影しようとしたときに、画面に入りきらないことが多くなります。それらが入るようにカメラを広角に設計すると、今度は何を撮影しても小さく写ってしまいます。

スマホに光学ズーム機能を搭載しようとすると、レンズの間隔を適宜調節するための駆動する機構を搭載しなければなりません。一般的にはこのような機構を搭載するためには15mm程度の厚さは必要とされます。つまり、とても最新のスマホには収まらないわけです。

この問題を解決するために採用されているのがマルチカメラの搭載です。異なる焦点距離のカメラを複数使用すれば、広い範囲をカバーできるという仕組みです。例えばiPhone 11 Proであれば超広角、広角、望遠用に3つのカメラが搭載されています。これらで撮影した画像を、適宜デジタル的に処理してディスプレイに表示することにより、高倍率の1つのカメラのように使うことができます。これがトリプルカメラのメリットであり、2つ以上のマルチカメラでは原理的に同じようなメリットが得られます。

スマホで写真撮影する機会が多い人ならば、トリプルカメラのメリットは使えばすぐに理解できるでしょう。


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iPhone 11 Proはトリプルカメラでナイトモードも可能!

デジタルカメラで暗いシーンを撮影すると、ノイズが増えて画面がざらついたようになったり、暗い部分がつぶれて良く見えなくなることがあります。暗い部分が良く見えるようにするには、一般的にはより大型で高感度のイメージセンサ―を使用します。

大型のイメージセンサ―では、面積が大きくなります。そのため、撮影する画像をイメージセンサ―全体に写し込むには、レンズを大きくし、イメージセンサーの間隔を大きくしなければなりません。現在のスマホのカメラよりも感度を向上させようとすると、一般的にスマホの厚さの中に収まらなくなります。

この問題を解決するために用いられる方法は、複数のカメラを並列させて同じ画像を撮影するというものです。一般にフルカラーの写真を撮影するために、イメージセンサーの各画素のそれぞれに色に対応する部分にRGBのカラーフィルターが形成されています。例えばR(赤)の光を撮影するために、G(緑)B(青)の光はカットしています。GとBについても同様に他の色の光をカットしています。その結果、光エネルギーの利用効率は3分の1以下になってしまうわけです。

このRGBそれぞれの情報を撮影するイメージセンサーと並列して、光強度を撮影するカラーフィルターを用いないイメージセンサーを配置し、撮影された両方の画像データを合成して用いることにより、暗い場所での明るさの情報を4倍程度の感度で得ることができます。

また写真撮影では、露出を適正に調整することがきれいな写真にするために重要であることが知られています。よくある失敗例は、逆光で撮影して、背景はものすごく明るいのに、顔が暗くなってしまうというものです。最近はディスプレイもHDR対応になってきていますので、1つの画面内でもっとも明るい画素ともっとも暗い画素のダイナミックレンジを大きくできるようになりました。

スマホでもHDR対応の写真を撮影するために、明るいところに露出を合わせた写真と、暗いところに露出を合わせた写真の両方を撮影し、それらを画像処理によって合成するということも行われています。

iPhone 11 Proにおいて、トリプルカメラをどのように使用しているのかという技術情報は公開されていませんので不明ですが、サイト内では複数の撮影画像データから何らかの画像処理を行っているということが記載されています。

昔のフィルムのカメラのようにシャッターを切った瞬間だけが勝負なのではなく、撮影後に画像データを処理することによって、より高度なことができるようになっています。

まとめ

iPhone 11 Proのトリプルカメラのように、スマホに複数のカメラを搭載することが多くなってきました。マルチカメラのメリットなどについて解説しました。

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