CCDの詳しい話
CCDの詳しい話
このページに書いてあることのまとめ
１．CCDは光の強弱しか取れないので、白黒の世界しか再現できない。
２．そこで、色のフィルターを割り当てて、カラーの画像を作る準備をする。
３．色フィルターには、「原色フィルター」と、「補色フィルター」がある。
４．原色フィルターの方が、一般的には、色再現に適し優れている。
ＣＣＤとは、従来のフィルムカメラのフィルムに当たるもので、画像を受け取る窓口になります。
CCDは光が当たると、これを電気信号に変えるモノです。
これで、外の実際の世界の光が、人間の目で加工できるデジタル信号に変えられています。
ただし、ここで変換された信号は＜あるーない＞と、その＜強弱＞であるため、
画像の信号としては、白黒の世界でしかありません。
そのため、カラー情報を付加する目的で各素子ごとに着色されたフィルタが表面に貼りつけられています。
このフィルタには「原色フィルタ」と「補色フィルタ」の２種類があり、
もとのCCDチップが同じものでも貼りつけられるフィルタによって
「原色フィルタCCD」となったり「補色フィルタCCD」となったりします。
この両者では、作られる画像が異なってきます。
以下の表は、あるデジタルカメラのカタログに載っている性能表ですが、このカメラは、
原色CCDを使っている、っと書いてあります。
あまり深入りしたくないのですが、やはり、原色とは何か、補色とは何か、
について書かないと、「原色フィルター」も、「補色フィルター」も、説明できなくなってしまいました。
ブロードウエーでショーを見ていて、ライトに照らし出されたステージを思ってください。
緑（G)、青（B)、赤（R)の三色のライトがくるくると回っています。
三つのライトが混ざると明るく、白くなります。
その中間には、サイアン（シアン）（C), 黄色（Y)、マゼンタ（M) という色が出来ます。
この図でみると、Rの反対側にCが、G-m そしてB-yという対応関係になっています。
光の三原色は赤（Red）、緑（Green）、青（Blue）となっています。
一方、これらの反対色、Cyan、Magenta、Yellowは「補色」と呼ばれています。
原色フィルタ − R（Red）、G（Green）、B（Blue）の３色を使用
補色フィルタ C（Cyan）、M（Magenta）、Y（Yellow） と人間の目に綺麗に見えるよう強調するために、G（Green）の４色を使用
カラー画像をパソコンで扱う場合、光の三原色、Red、Green、Blueの３色を使います。
原色フィルタの場合は、出力される信号がそのまま使えるため、一般に階調が豊かで鮮やかなトーンとなります。
一方、補色フィルタの場合は、Cyan（Green＋Blue）、Magenta（Blue＋Red）、Yellow（Green＋Red）から演算を行って、
Red、Green、Blueを作り出します。 いったん演算を行ってからRGBを再現するため、色再現にロスが発生し、
原色フィルタのような鮮やかなトーンにはならず、色乗りが悪いトーンとなる、っと言われてきました。
また、演算の過程で階調が狭くなり、硬いトーンになるとも言われています。
しかしながら、原色フィルタは光の透過率が悪く、一般に低感度となる傾向があります。
それに対して補色フィルタは光の透過率が高い上、人間の目にとって最も多く輝度情報が含まれる緑を加えて演算するため、
一般に高感度となります。 また、補色フィルタは画像生成の段階でシャープネスが算出しやすい特性があるため、
一般に解像度が高くなります。
これまでは、原色フィルタの方が鮮かで階調豊かな美しい画像が簡単に得られるため、好まれてきました。
しかし、最近では補色フィルタの信号処理技術も進み、両者の差は以前ほどではなくなっています。
また、1/2インチ以下の小サイズCCDで、200〜300万画素クラスの解像度なると、感度低下が深刻となるため、
積極的に補色フィルタを採用するメーカーも増えてきました。
一方、原色フィルタを用いたものでも充分なシャープネスが得られるものも多くなっています。
つまり、以前ほどCCDフィルタによる発色、シャープネスの違いは少なくなっているので、
現在、実用上では、両カラーフィルターの差はほとんどない、っと言って良いと思います。
なお、CCDのサイズは大きくなるほど感度が良くなり、ラチチュード（露出の許容範囲）が広くなり、
被写界深度が浅くなる傾向があります。
ラチチュードが広くなるということは、簡単に言えば、露出を失敗しにくく、
アンダーやオーバーに対しても画像の補正が楽になるということです。
「被写界深度が浅くなる」というのは簡単に言うと「平板な画像にならず、ボケが美しく出る」ということです。
業務用デジカメが、2/3インチや1インチ以上などといった大きなCCDを使う理由はここにあります。
ただし、大きなCCDを使うということは、より大きな面積にシャープな画像を結像する必用があるため、
光学系（レンズ等）が高価となります。
このようにＣＣＤは、一枚の上に3種類の色の受光素子を乗せているわけで、そうすると、
３５ｍｍフィルムと同じ大きさのＣＣＤを使った最高級のデジカメ一眼レフでさえも、
それぞれの色情報は、フィルムカメラの面積の1/3しか受け取られていない。
そこで、フィルムと同じに、縦に三層にして、同じ面積で、それぞれの色が１００％の受光面積を
持つようにしようとする、フィルムと同様の3層構造を考えることができる。
これをやっているのは、シグマという会社で、詳しくは、ここをご覧下さい。
