猫島

ゴールデンウィークに猫島(田代島)に行ってきました。
宮城県の石巻からフェリーで40分くらい。
最後の土日だったので、そこまで混んでいなく、のんびり観光ができた。

ソニーのミラーレスを持って行ったのですが、
動物瞳AFなどの機能のおかげで、歩きながらでノーファインダーでも
ちゃんとピントが合った写真が撮れる。
ペンタックスだとこの芸当はできない…。

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・青い光のほうがなぜ曲がるのか

かなり前に光の屈折について記事を書きました。

光が、ガラスなどに入ったときに曲がるのは、
なるべく光路長を短くしたいという性質があるからです。
(屈折率の高い物質の中はあまり通りたくない)

 

光は色によって屈折率が違うので、
ガラスの中に入ったときなどに虹色に分かれます。
これを分散といいます。

この虹色に分かれる原因は、赤い光は少ししか屈折しないのに対し、
青い光は大きく屈折するためです。

なぜ青い光(波長の短い光)のほうが曲がるのか考えてみます。

以前記載したように、光はガラスなど屈折率の高い物質(以下物質)を
出来る限り通らないような性質を持ちます。
言い換えると、進みにくい物質中は最短経路を通ろうとします。

光と物質を人と水たまりで考えてみます。

人が歩いているところに、下の図のように水たまりがありました。

水たまりは歩きにくいので、出来る限り通る距離を短くしたい。
そうすると、下の図のように水たまりはわたることになります。

しかし、波長の長い赤い光
(人で言うと、歩幅の長い大きい人)が水たまりを渡るときは、
一歩二歩水たまりに入るだけなので、あまり気にせずほとんど直進していきます。

このように歩幅によって、水たまりを渡るための曲がり方が変わります。
これが光で言う波長による屈折率の違いと同じように考えられます。

・AI画像処理の重ね掛けは良くない

最近のAIによる画像処理の技術はすごく、
本来の解像度を超えた画像を出力することができます。

Photoshopのスーパー解像度の記事

GAN超解像の記事

単に解像度を上げるわけではなく、
ノイズを取ったり、ブレをなくしたりすることまで可能です。

例えばこのブレている画像

この画像に対して、Adobeの強化をかけてみました。

左：元　右：強化

ランダムノイズが少なくなり、さらに
解像感も上がっているように見えます。

次に元のブレ画像に対して、
TopazLabのSharpenAIというのをかけてみました。
左：元　右：ShapenAI
 

驚くほどブレが軽減され、ノイズもなくなり解像感も出ている。

じゃあ、両方を適用したらものすごく解像感が出てよい画質になるのではないか！？
試してみました。

左上：元画像　右上：強化
左下：ShapenAI右下：両方

右下の二つのAIを重ね掛けしたものは、
ノイズが逆に増えてしまっています。
しかも、独特のパターンの異様なノイズ。

AIはセンサーから出る周波数や振幅のノイズや手振れのパターンを学習して
その学習結果から、本来の模様なのかノイズなのかを分別して処理しています。
ノイズやブレ成分と判断した部分はシャープに、それ以外はノイズとみなし潰す
というような感じ。

しかし、一回AIでシャープにした画像だと
センサーから出てくるはずのない特殊なパターンを作り出して解像感を上げています。
こういった特殊な解像感は、学習データに含まれていないので、
ノイズなのか解像した被写体なのか判断できず、間違った処理をかけてしまって
逆にノイズが多くなったり解像感が失われたりしてしまう。

野生動物の仕業？

旧碓氷峠のめがね橋に星の軌跡を撮りに行ってきました。
地面が枯葉の積もったやわらかい感じでしたが、撮影中は近くに寄らなかったのでブレるはずはない。

 

しかし、家に帰って比較明合成をしてみると、星の軌跡がガタガタに。

明らかにカメラがブレています。
手ぶれ補正もオフにしているはず…。
そういえば森の中をガサガサ音がしていた。

野生動物が三脚の近くまで来て、それによってブレた可能性が高いです。

今度撮影するときは動物除けの道具を付けておかないと。

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・非球面レンズはなぜ収差を抑えられるのか

最近のカメラ用のレンズだと、安いキットレンズでも非球面レンズが使われています。
非球面レンズを使うと何がいいのかというと、
収差が抑えられて像がしゃっきりするためです。

非球面レンズで抑えている収差は主に球面収差です。
非球面レンズなので、球面なレンズで発生する球面収差が出にくくなる。

球面収差の記事

球面収差はレンズの中心部と周辺部で結像位置が異なる現象です。

図のように、周辺部のほうがレンズに近い側で結像してしまいます。

拡大図

レンズ外側(青とか緑)の光線が、
光軸との交点が左側になっている。
これは、レンズに入射する光線の角度が原因です。

分かりやすいように、レンズ中心に近いオレンジの光線と
周辺部の青の光線を抜き出しました。
入射角が、青の光線だと大きくなっていることがわかります。
球面だと、この角度が大きくなりすぎて、想定よりも光が大きく曲がってしまいます。
これが原因で球面収差が起きる。

じゃあどうすればいいのかというと、
レンズ周辺に行っても入射角がつかないような面を設計すればよい。

このような面であれば光が一点に集まり、球面収差が抑えられます。
この面の形状は非球面で、製造が難しい。

・ミラーレスのレンズを一眼レフにつける

一眼レフのレンズはマウントアダプターを使えばミラーレスにつけられます。
一方、ミラーレスのレンズは一眼レフには付けられません。

これはなぜかというと、フランジバックによるものです。

フランジバックとはマウントからセンサまでの距離です。

上の図が一眼レフ、下の図がミラーレスです。
ミラーレスに一眼レフレンズをつけるためには、
マウントアダプターで一眼レフのフランジバックと同じ長さにすればよい。

長さを合わせるだけなので、マウントアダプターはタダの筒でOK
(AFをさせたりするには電気接点が必要だったりするが)

一方、ミラーレスのレンズを一眼レフにつけようとするには、
このようになってしまいます。

レンズがボディにめり込んでしまう。

じゃあ、ミラーレス用のレンズは一眼レフにつけられないのか？
答えは否。
光を曲げれば付けられます。

上の図のように、普通にレンズをつけると、イメージセンサー上ではボケた像になるが、
光を曲げれば下の図のように結像します。

身近にある凹レンズといえば、近視用のメガネ。
一眼レフにメガネをかければミラーレス用レンズでもこんなにくっきり！

※毎年恒例、4/1エイプリルフールネタです。

・メニスカスレンズとは

写真レンズを構成するレンズは
一つ一つは凸レンズと凹レンズの組み合わせです。

凸レンズは虫眼鏡で使われるレンズで、光を集めます。
これを正のパワーを持つレンズという。

凹レンズはメガネで使われるレンズで、光を発散させます。
これを負のパワーを持つレンズといいます。

正のパワーと負のパワーとは　

単純な凸レンズや凹レンズは
両面凸レンズや両面凹レンズのことを言います。

凸レンズは、中心が厚くて周辺が薄いレンズなので、
こういうレンズも作れます

同様に凹レンズは中心が薄くて周辺が厚いレンズなので、
こういうレンズも作れます。

こういった、片面凸、片面凹のレンズをメニスカスレンズといいます。
これの利点は、単純な両面凸レンズとかに比べて収差を抑えることができること。
同じ焦点距離でも様々なレンズが作れます。

・メタサーフェスでカメラ技術のブレイクスルーが起きる？

これまで研究レベルだったメタサーフェス技術が実用に近づいてきました。
メタサーフェスとは、ガラス板などの上に
ナノオーダーレベルの微細なパターンを描くことで
今まででは考えられないような光学特性を持たせることができる技術です。

波長ごとに光を分離

 


光を波長ごとに分離することでカラーフィルタの代わりになる。
カラーフィルタだと、例え赤フィルタの画素だと
赤以外の光は吸収してしまいます。

一方、波長ごとに分離することができれば、光量のロスが無く
高感度のイメージセンサーを作ることが可能。

光を任意の方向に曲げることで、
薄いガラス板でレンズの役割を果たすことも可能。
例えば、オンチップレンズでは対応しきれなかったような
撮像素子周辺部の画素に十分な光を取り込めるようになる。

マイクロレンズだと、屈折させる力に限界があるので、
周辺部だと光電変換素子まで光があまり届かない。

メタサーフェスだと、極端に曲げることもできる。

オンチップレンズではなくメインのレンズの役割を持たせることもできます。
例えばスマホのカメラのレンズ。

スマホレンズは厚みがネックになっているので、
メタサーフェスを用いることでカメらの出っ張りが無く
高品質な映像が撮れるカメラができるかもしれません。

ただ、一眼系のレンズの代わりを果たすのは
まだ難しいかもしれません。
一眼系だと、結像だけでなくボケ味も重視されるので
そこにハードルがあります。
ただ、DOレンズの様に、レンズ構成の一部にメタサーフェスを用いることで
既存のレンズと同様の性能で大幅な小型化は可能かもしれません。

足柄峠

沈むオリオン座と富士山のコラボを撮ろうと、富士山の東側にある、足柄峠に行ってきました。
誓いの丘という場所が、景色もよく車もとめられます。

車一台も停まっていなくて、誰もいないと思ったらシカがいた。

近づくと逃げていった。

肝心のオリオン座と富士山は、ちょっとずれていた。

ここよりもう少し北から富士山を見渡せる場所じゃないとうまく重ならない。

・スカイメモS用の微動雲台

天体撮影時の赤道儀はスカイメモSを使っています。
赤道儀と三脚の間には、極軸合わせのために、
微動雲台と呼ばれる雲台を使用する必要があります。

スカイメモSには専用の微動雲台が販売されているのですが、
これを用いると、重心が偏り、結構バランスが悪い。

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※ドイツ式でカメラを設置すれば安定するが。

そこで、別の微動雲台で何とかバランスよくできないか試してみた。

いろいろ組み合わせて作った微動雲台では
重心がセンターにより、重心の高さも低くなって安定しています。

使用した道具は以下の通り。
・傾き方向の微動雲台

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・パン方向の微動雲台

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・35度アングルプレート

このプレートはもう製造されていなくて、
まれにヤフオクとかで出品されているのを見つけるしかありません。
55度のものもあるので間違えないように。

この組み合わせだと、最初に水平をとれば
ほぼ35度が出ているので、北極星が見つけやすい。
微動の範囲は±10度くらいなので
石垣とかまで行かなければ、日本国内ならこの組み合わせで極軸合わせができる。