Real Camera

カメラ（Camera）

• カメラは多数の｜部品《components》から作られる
  • このコースはビジュアルの差異を生む部品を扱う

カメラの部品（Camera Components）

• ｜本体《body》
  • ｜シャッター《shutter》
  • センサー
• レンズ
  • 光学レンズ
  • ｜絞り《aperture》¹
  • ｜鏡筒《barrel》

露出（Exposure）

• ｜適正露出《proper exposure》
  • カメラで画像を撮るとき、
    • 適正露出（明るさ）が必要
      • 複数の｜要因《factors》を制御する必要がある
        • TV値（シャッタースピード）
        • F値（絞り）
        • フィルムスピード（センサー感度）

EV値とAPEX（Exposure Value and APEX）

• ‘露出’のための値
  • ‘TV値’と’F値’を組み合わせる
• $E_v = \log_2 \frac{A^2}{T} = \log_2 \frac{BS_x}{K}$
  • $A$: F値
  • $T$: 露出時間（シャッタースピード）
  • $B$: 平均シーン輝度（明るさ）
  • $S_x$: ｜ISO算術式フィルムスピード《ISO arithmetic film speed》
  • $K$: ｜反射光計《reflected-light meter》のキャリブレーション定数
• $APEX = A_v + T_v = B_v + S_v$
  • $A_v = \log_2 A^2$
  • $T_v = \log_2 \frac{1}{T}$
  • $B_v = \log_2 \frac{B}{NK}$
  • $S_v = \log_2 \frac{N}{S_x}$
    • $N$: $S_x$と$S_v$の関係を確立する定数

シャッター（Shutter）

• 光が決められた期間（露出時間）の分だけ通過できるようにする装置
  • 機械式か電気式
  • 露出（画像の明るさ）を制御する
  • 露出時間が長くなればモーションブラーが長くなる

センサー（Sensor）

• フォトンを受け取り、電気信号に変換するためのもの
  • 過去には写真用フィルムが使われていた
  • （ISO）感度が高くなればノイズが多くなる
    • 露出設定がノイズの量に影響を与える

カメラレンズ（Camera Lens）

• このコースのメインパート
  • カメラレンズは以下を持つ
    • 複数の光学レンズ
    • 絞り
    • 鏡筒
    • モーター

光学レンズ（Optical Lens）

• 屈折を介して｜光線《light beam》の焦点に影響を与える透過的な光学装置
  • レンズは必須とされる露出で画像を得るために光を集めるのに必要

カメラレンズの要件（Camera Lens Requirements）

• カメラレンズは以下を必要とする
  • 近接から無限遠まで可変の｜フォーカス距離《focus distance》²
  • 速い露出（小さいF値）
  • ズーム（任意）
  • ｜画像安定化《image stabilization》（任意）

• 要件を満たすために複数の光学レンズが必要
  • 複数のレンズは光学的な副次効果を引き起こす
    • ｜歪み《distortion》
    • ｜収差《aberration》
  • 副次効果を取り除くには、より多くのレンズが必須
    • ｜程々《reasonable》のレンズ数では完璧にならない

光学的効果（Optical Effects）

• 物理的・光学的な限界が様々な光学的効果を生む
  • ｜ボケ《bokeh》
  • ｜収差《aberration》
  • ｜グレア《glare》（｜回折《diffraction》）
  • ｜口径食《vignetting》
  • ｜アナモルフィックレンズ効果《anamirphic lens effects》
  • ｜歪み《distortion》
  • ｜ゴースト《ghost》

ボケ（Bokeh）

• 光学レンズと絞りによって生み出される
  • 絞りのメカニズムが異なるボケ形状を生み出す
  • 複数のレンズが様々な収差を生み、それが異なる見た目のボケを生み出す

虹彩絞り（Iris Diaphragm）

• カメラは絞りのための｜虹彩絞り《iris diaphragm》³を持つ
  • 一般的には露出を制御するために複数の｜羽根《blades》を持つ
  • 曲がった羽根がしばしば用いられる（｜円形絞り《circular aperture》）
    • より安価なシステムはまっすぐな羽根か固定の｜絞り《diaphragm》を用いる
    • 曲がった羽根はより複雑な光学的な挙動を生む

円形絞り（Circular Aperture）

• 絞りの形状は…
  • 開いているときはより円形になる
  • 閉じると多角形の形状に近づく傾向にある

グレアの形状（Glare Shape）

• グレア効果は羽根の数で変化する
  • 羽根の数が偶数だと、同数の｜スパイク《spike》を生み出す
  • 羽根の数が奇数だと、2倍の数のスパイクを生み出す

• 円形絞りはより複雑なグレア効果を生み出す

被写界深度（Depth of Field）

• F値は被写界深度も制御する
  • 画像において｜許容できる程度に鮮明《acceptably sharp》に見えるシーン中の最近方と最遠方のオブジェクト

焦点と視野角（Focus and View Angle）

• フォーカス距離を変更すると、光学的に視野角（｜焦点距離《focal length》）の変化（｜フォーカスブリージング《focus breathing》）を引き起こす
  • 理論的な理由は後で説明する
• このレンズは1.5mから無限遠の間をフォーカスできる。30cmのフォーカス距離の変化でさえ、この写真で示されるように、認識可能な視野角の変化が確認できる

• 簡単に認識できる視野角の違い
• このグラスにフォーカスしている

フォーカスブリージング（Focus Breathing）

• より近い点でフォーカスすれば視野はより狭まる

収差（Aberrations）

• 複数の光学レンズは様々な異なる収差を生む
  • ｜球面収差《spherical aberration》
  • ｜コマ収差《coma (aberration)》
  • ｜像面湾曲《field curvature》
  • 非点収差《oblique astigmatism》
  • ｜歪曲収差《distortion》

• 複数レンズの様々な構成が様々なボケを生み出す

口径食（Optical Vignetting）

• レンズの縁近くに鈍角で入ってくる光がセンサーに届かない現象
  • レンズ鏡筒によって妨げられるため
  • 実際の物理現象はもっと複雑

• 青色の線は妨げられたレイを表している

• 以下のように認識される
  • 写真のカドが暗くなる
  • “猫目効果”（欠けたボケ）

アナモルフィックレンズ（Anamorphic Lens）

• 映画用に設計された昔のレンズ
  • フィルムを最大限活用しようとして、画像を縦に引き伸ばす用のレンズが使われる
  • このレンズによって引き起こされる効果は写真を”レトロ”にする
    • 現在では、いくつかの（Sci-Fi）映画やゲームが”レトロ”スタイルを取り入れるためにアナモルフィックレンズ効果を使っている

レンズゴースト（Lens Ghosts）

• 複数レンズやカメラレンズ内の屈折によって引き起こされる望ましくないアーティファクト
  • 様々なゴーストの形状が観測される
    • ｜レンズ開口部《lens opening》
    • 絞り
    • 口径食

カメラ機構による効果（Effects by Camera Mechanism）

結論（Conclusion）

• カメラには意図した画像を撮るための複数の要因がある
  • パラメーターを制御して要因を変化させると、毎度、副次的効果が起こる