３．デジタル画像による粗粒子写真　ー　Ａ）粗粒子化の要件

　
フィルムによる写真では、
大きさや分布の異なる銀粒子をもとに、写真が構成されるのに対して、
撮像センサーを用いたデジタルカメラによるデジタル画像では、
画素単位で表現されるため、モザイク状の画像となってしまうが、
デジタル画像であるため、これは致し方ない。
また、撮像センサーの画素数が十分に多ければ、それほど目立たないと考える。

デジタル画像として、
粗粒子写真を生成するためのポイントは、
画像を構成する画素について、
数や大きさの分布にバラツキがあり（離散的で）、
特にグレー領域で粒子が目立つ
（均一なグレーで表現されない）
ことだと考える。

デジタル画像を拡大した場合に、
複数の画素に渡って、
画素値の滑らかな階調変化が認められた。
しかし、画素値が離散的に分布していれば、
銀粒子で形成されるフィルム写真のように
見えると考えられる。

　
　
拡大したデジタル画像＿＿＿拡大したフィルム写真
（滑らかな階調変化）＿＿＿（粒子が分布し、バラつく）
　　

例えば、誤差拡散法を用いたディザリングのように、
確率に基づいて画素値が決定されれば、
画素値の変化が滑らかにならずに、離散的に分布すると期待できる。
　
さらに、画素値が、離散的でバラツキを大きくするためには、
撮像センサーで発生する、画素単位でのノイズを利用することも、
粗粒子状の画像が得られるものと、期待できる。

　３．デジタル画像による粗粒子写真　ー　Ｂ）撮像センサーの補完の影響

　
一般的な撮像センサーは、
入射光を電気信号に変換するフォトダイオードを、碁盤のマス目のように配置して構成される。

個々のフォトダイオードは、ＲＧＢどれか１色の輝度値しか出力しないので、
各画素について、周囲のフォトダイオードの出力を基に補完することで、
画素値（ＲＧＢ３色）を算出することで、全体として画像を形成する。

２０２０年初めの現在、市販されているデジタルカメラに搭載されている撮像センサーは、
ほぼ全てが、補完に基づいて画素値を算出しているが、
唯一、Ｆｏｖｅｏｎセンサーを用いているカメラでは、
補完を必要とせずに、画素値が決定できるようになっている。

Ｆｏｖｅｏｎセンサーは、
一般的な撮像センサーと異なり、
フォトダイオードが３層の積層構造となっており、
最上層はＢ、中間層はＧ、最下層はＲの、
各色に対応した出力を行うので、
複数のフォトダイオードの出力に基づく
補完処理が不要となっている。

Foveon Inc. 国際公開特許WO02/2780Aより

　　なお、初期のセンサーは、ＦｏｖｅｏｎＸ３と呼ばれ、
　　１つ１つのフォトダイオードで、ＢＧＲの３色を検出する構造であったが、
　　その後、４つのフォトダイオードで最上層のＢ層を共有する構造の、
　　ＦｏｖｅｏｎＱｕａｔｔｒｏセンサーに変更されている。

　　
画素値を補完して算出する場合の、
モノクロ画像への影響を、
模式的にあらわしてみることにする。
　
カラーフィルターは、ベイヤ配列の配置とし、
補完については、
対象画素と、その周囲８画素との、
平均から算出してみた。（右図参照）

　
撮像センサに結像した被写体像が、グラデーションを有する杵型の画像（下左図）の場合に、
画素値の補間を行わない場合の、モノクロで３bit（８階調）で示した画像（下中図）は、
被写体像の階調の分布に近いものとなった。
　
一方で、ＲＧＢいずれかのカラーフィルターを通した単色の出力から、
ＲＧＢ３色へと補完を行うセンサーの出力した画像を３bitでモノクロ化した場合（下右図）では、
周囲の値に引きずられた結果、被写体像と若干異なり、階調変化がなだらかとなった。

　　　被写体像

補完しないセンサーの出力(3bit値)

補完が必要なセンサーの出力(3bit値)

　
補完が必要な一般的な撮像センサーを用いて、モノクロの画像を得ると、
周囲の値に基づいて画素値が算出され、画素値の変化が滑らかになってしまう。
　
さらに、モノクロの粗粒子写真を得るためには、「画素値が離散的でバラつく」要件を満たす必要があり、
一般的な補間を行う撮像センサーによる画像を用いることは、困難と思われる。

　３．デジタル画像による粗粒子写真　ー　Ｃ）ノイズによる粗粒子化

　
粗粒子写真に重要な画素値のバラツキを生成させるためには、
撮像センサーのノイズ発生を利用することが考えられる。
　
一般的な撮像センサーは、高感度（高ＩＳＯ）に設定するとノイズが発生することが知られている。
フォトダイオードからの出力を大きく増幅させることが原因であり、
画素単位で、入射光に応じた画素値とは異なる画素値が生成される。
　
また、ノイズの発生は確率によるもので、
高感度（高ＩＳＯ）ほどノイズ発生の頻度（ノイズ画素の生成）が多くなる。
　
補完を必要としないＦｏｖｅｏｎセンサーは、個々のフォトダイオードの構造が複雑なためなのか、
一般の撮像センサーよりもノイズが発生しやすい。

　
高感度（高ＩＳＯ）に設定した場合の、ノイズの発生レベルを確認してみた。
補間を行う一般の撮像センサーと、補完が不要なＦｏｖｅｏｎセンサーとで、比較した。
　
一般のセンサーでは、ＩＳＯ６４００でもノイズがほとんど見られず、
最大のＩＳＯ２０４８００に設定すると、顕著なノイズが認められた。
　　　　注）ISO204800の画像は、現像ソフト上では正しいＩＳＯ表示だが、画像ファイルのプロパティーではISO65536と表示される

一般センサー　ＩＳＯ１００

Sony α9, FE24mmF1.4, SILKYPIX

一般センサー　ＩＳＯ６４００

一般センサー　ＩＳＯ２０４８００

　
Ｆｏｖｅｏｎセンサーでは、ＩＳＯ１６００程度まではノイズが見られなかったが、
最大のＩＳＯ６４００では、ノイズがはっきりと認められ、彩度も低下した。

Ｆｏｖｅｏｎ　ＩＳＯ１００

sdQuattroH, 24mmF1.4DG, PhotoPro

Ｆｏｖｅｏｎ　ＩＳＯ１６００

Ｆｏｖｅｏｎ　ＩＳＯ６４００

　　　　　　　　　　　　　モノクロ化＋拡大
一般センサー　ＩＳＯ１００

　
一般センサー　ＩＳＯ６４００

　
一般センサー　ＩＳＯ２０４８００

　

　　　　　　Photoshop Elemantsでトリミング
Ｆｏｖｅｏｎ　ＩＳＯ１００

　
Ｆｏｖｅｏｎ　ＩＳＯ１６００

　
Ｆｏｖｅｏｎ　ＩＳＯ６４００

また、一般センサーのＩＳＯ２０４８００と、ＦｏｖｅｏｎのＩＳＯ６４００について、
モノクロ画像をさらに拡大して比較すると、
一般の撮像センサーでは、画素間の階調変化がなだらかに感じられる一方で、
Ｆｏｖｅｏｎセンサーの場合は、個々の画素の単位で、ノイズが発生していることが確認できた。

一般センサーＩＳＯ２０４８００を、さらに拡大

Ｆｏｖｅｏｎ　ＩＳＯ６４００を、さらに拡大

Ｆｏｖｅｏｎセンサーを用い、高感度に設定することで、
フィルムによる粗粒子写真に似た、画素値が離散的でバラつく画像を得られる可能性が示された。

　３．デジタル画像による粗粒子写真　ー　Ｄ）Ｆｏｖｅｏｎ高感度画像の調整

　
Ｆｏｖｅｏｎセンサーを高感度に設定して撮影すると、ノイズによって粗粒子写真に似た画像が得られた。
撮影画像をモノクロ化するだけでは、フィルムの粗粒子写真とはまだ相違しており、
フィルムの粗粒子写真に近づける改良が必要と考えられる。

　
Ｆｏｖｅｏｎセンサーを用い、高感度（高ＩＳＯ）で撮影した画像について、
画像処理について細かいパラメータ設定が可能な、画像処理ソフトＤｘＯ ＦｉｌｍＰａｃｋ５を用いて、
コントラスト等の調整を行った結果を示す。　Sigma sdQuattroH, 24mmF1.4DG Art
　
Ｆｏｖｅｏｎで、ＩＳＯ６４００で撮影し、モノクロ化した画像は以下となる。
　　
　
「コントラスト」のパラメータを増大させた場合、原画とは大きく変わらない。
　　
　
「トーンカーブ」の傾きが大きくなるよう調整し、露出を増大させると、コントラストが大きく増大する。
　　
　
さらに、「マイクロコントラスト」と「微細コントラスト」のパラメーターを増大させると、
粒状感が強調されて表現される。
　　

Ｆｏｖｅｏｎセンサーを高感度に設定して撮影された画像について、
さらにＤｘＯ　ＦｉｌｍＰａｃｋで処理することによって、粒状感を強調できた。
　
次に、その粒状性のレベルを、画像処理ソフトによる粒状性付与のレベルと比較した。

A)ＦｏｖｅｏｎでＩＳＯ６４００で撮影してモノクロ化し、
　ＦｉｌｍＰａｃｋでトーンカーブとコントラストのパラメータを調整した場合、

B)ＦｏｖｅｏｎでＩＳＯ１００で撮影してモノクロ化し、
　ＦｉｌｍＰａｃｋの「Ｔｒｉ－Ｘ」プリセットを用い、粒状性を最大にした場合、

C)ＦｏｖｅｏｎでＩＳＯ１００で撮影してモノクロ化し、
　Ｓｉｇｍａ　ＰｈｏｔｏＰｒｏの「フィルムグレイン」パラメータを最大にした場合とで、比較を行った。
　
A) のＩＳＯ６４００＋高コントラストに対して、
B) のＩＳＯ１００＋Ｔｒｉ－Ｘプリセットでは、粗い粒状性が得られるが、粒子が全体に均一となり、
C) のＩＳＯ１００＋フィルムグレインは、粒状性が最も細かかった。

ＩＳＯ１００で撮影した画像を、粒状性付与の画像処理を行うより、
Ｆｏｖｅｏｎを高感度ＩＳＯ６４００に設定し撮影した画像を、高コントラスト化することが、
最も粗く良好な粒状性を得ることができた。

一般センサーISO100で撮影、モノクロ化した原画　　Sony α9, FE24mmF1.4，SILKYPIX Developer
　

Foveon ISO6400で撮影、モノクロ化した原画　　Sigma sdQuattroH, 24mmF1.4DG, Sigma PhotoPro
　

Ａ）Foveon ISO6400で撮影、トーンカーブによる高コントラスト化と微細コントラスト増大
　

Ｂ）一般センサー ISO100で撮影、ＤｘＯ　ＦｉｌｍＰａｃｋ５で、Ｔｒｉ－Ｘ設定の粒状化
　　

Ｃ）一般センサー ISO100で撮影、Ｓｉｇｍａ　ＰｈｏｔｏＰｒｏで、粒状化の処理
　　　

ただし、Ｆｏｖｅｏｎを最大のＩＳＯ６４００に設定して撮影した画像では、
長辺方向の帯状パターンのノイズが生成し、
高コントラスト化するほど、帯状パターンのノイズが目立つ状態が見られた。

　Ｆｏｖｅｏｎ　ＩＳＯ６４００　モノクロ化
　
　
　さらに、トーンカーブで高コントラスト化＋微細コントラスト増大
　

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