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  • S-MAX
  • 2018年11月18日 11:25

秋吉 健のArcaic Singularity:最近よく聞く「HDR」って、なんだ?スマホのディスプレイ仕様やカメラ機能で登場するHDRという技術について分かりやすく解説【コラム】

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写真や動画におけるHDRの仕様や違いについて考えてみた!

みなさんは「HDR撮影」というものをご存知でしょうか。本媒体(S-MAX)の読者の方々であれば今更説明は不要かもしれませんが、一般的にはまだまだ馴染みの少ない用語かもしれません。

HDRとは「ハイダイナミックレンジ」の略称であり、その名の通り入力された信号に対しとても広い表現領域を持っていることを指します。撮影の場合、ダイナミックレンジはラチチュードとほぼ同義として扱われることが多く、明るい場所が真っ白に消えてしまう「白飛び」や暗い場所が真っ黒に潰れて写真や映像に表現されない「黒つぶれ」といった現象を抑制して撮影する機能のことをHDR撮影と呼びます。

しかし、実はHDRと一言で言っても様々な規格や表現方法の違いがあります。とくに映像においては単なるダイナミックレンジの広さだけを指すものではなく、仕様(規格)の違いや対応製品で分かりづらい点が多数あります。感性の原点からテクノロジーの特異点を俯瞰する「Arcaic Singularity」。今回はそんなHDR技術について解説します。

何気ない写真撮影にも複雑な処理が施されている

■分かりやすい「画像のHDR」


まずは非常に分かりやすい画像でのHDR表現について解説しましょう。一般的な写真撮影では前述したように、明暗の差の激しい場所で撮影を行うと白飛びや黒つぶれといった表現の欠損が起こります。

これはカメラユニットに用いる撮像素子(CMOSセンサーなど)で受けられる光の量に限界があるためで、全体的に明るい場所や暗い場所であれば受ける光の明度差が大きくないために全てを表現しきれますが、暗い部屋の中から明るい日差しが差し込む窓などを撮影すると、明度差が大きすぎて明部と暗部を同時に表現することができなくなってしまうのです。そのため、窓辺の明るい日差しを優先して表現すると室内で黒つぶれが起こり、暗い室内を優先すると窓辺が白飛びしてしまうのです。

しかし、HDR撮影では「明るい窓辺に合わせた画像」と「暗い室内に合わせた画像」の2枚を高速で撮影し、その2つの画像を合成して擬似的に広いラチチュードを確保します。これによって、室内は暗いながらもしっかりと表現され、窓辺は明るいながらも白飛びすることなく綺麗に窓の外が写し出されることになります。

撮影に失敗した写真。黒い椅子の表現を潰さないようにとカメラが自動認識した結果、窓の外が完全に白飛びしてしまった

例えばAppleのiPhone XS標準のカメラにはHDR撮影機能があります。設定内の「スマートHDR」という項目で、これをONにして撮影すると白飛びや黒つぶれをある程度抑えた撮影ができます。またスマートHDR撮影時にHDR撮影ではないそのままの写真も保存できる項目があり、HDR撮影された写真とどちらの表現が好みか、あとで比較することもできます。

iPhone XSでの設定画面。赤枠部分が該当項目

スマートHDR OFFの写真(上)とスマートHDR ONの写真(下)の比較

中央の日差しの部分を等倍でトリミングしたもの。スマートHDR OFF(上)では白飛びして雲のディテールが消えているが、スマートHDR ON(下)では雲の影や凹凸までしっかりと表現されている

iPhone XSに限らず、HDR撮影では「明るい写真と暗い写真の2枚(もしくは露出を変えた複数枚の写真)を高速で連続撮影して合成する」という手法を用いることが多いため、2つの写真を合成する際により精細な画像が得られる場合が多くあります。単純な画像補完技術というよりも、「2つの写真を重ねて僅かな差異を判断し、ノイズや欠損成分を除外した画像に復元する」と表現した方が的確かもしれません。

同じく上記写真の橋桁部の等倍トリミング画像。スマートHDR OFF(上)では黒つぶれに加え画像からの情報が少なくのっぺりとした塗り絵のようだが、スマートHDR ON(下)の画像は2つの写真から画像情報を補完しているため表面の凹凸や傷まで見事に復元している

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