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デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査
Historical Development on Digital Still Cameras

2

大川 元一 Motokazu Ohkawa■ 要旨
画像は、人間だけが情報伝達手段として駆使できる文化である。人類はまだ文明を持たなかった太古の時代か
ら、画像によって情報を交換し、伝達し、記録するという文化を有していた。
カメラは情報としての画像を手軽に、かつ正確に記録するための手段として産まれ、発展してきた。
レンズやピンホールで光学的に結像させて手書きで像をなぞって記録するカメラオブスキュラをカメラの原点とするが、1839年に発表された最初のカメラであるダゲレオタイプ（Daguerreotype）から2000年の初期に到るまで、カメラは光化学反応を利用した画像記録機器として技術発展を遂げた。
一方では1981年に二次元光電変換素子（イメージセンサ）を用いて画像を電気信号に変換し、専用のフロッピ
ディスクに記録する電子カメラ（フロッピカメラ）が発表された。これは、従来の化学反応を用いた画像記録か
ら電子的な画像記録という新方式を採用した最初のカメラであった。しかし、すでに市場に出ていたビデオカメ
ラの技術を転用して、その一画面を静止画像として記録してテレビ画面で見るための機器であり、記録画質は従来のカメラ（銀塩カメラ）に及ばず、特記すべき特徴を持つものでもなかった。
同時期に、記録画質の向上を目的として画像信号をデジタル化して記録する試みが東芝から発表された。
これは、それまでの電子カメラがアナログ記録であったのに対してデジタル記録を採用したために記録再生時におけるドロップアウトなどによる画質劣化は防止することができたが、記録媒体は磁気テープであり、画像信号の圧縮方式も未熟であったため記録再生に時間がかかった。更に画質はテレビ再生用の画質であったため、実用にはならなかった。
1980年代後期には、大容量の不揮発性半導体メモリであるフラッシュメモリ（Flash memory）が開発され、画像をデジタル信号として電子的に半導体メモリに記録するデジタル・スチルカメラ（DSC）が発表されたが、画像信号の圧縮効率が低く、価格が100万円以上と非常に高価な上に、画像はそれまでと同様にテレビ画面での再生を目的としたものでプリントして記録する用途には不十分であったため、銀塩カメラの代替となるような機器ではなかった。
1992年には画像信号の圧縮方式として高効率で高性能なJPEGが世界標準として制定され、それを用いたDSC
用の統一規格が日本から提案された。 同時にメモリやイメージセンサの価格も低下し、1995年にカシオからQV10が65,000円で、その翌年にはQV-10Aが49,800円で発売され、民生用DSC市場を拓くきっかけとなった。
1990年代中期は、パーソナルコンピュータ（PC）が急速に普及し始め、それに伴ってインターネットによる画
像コミュニケーションの頻度も増大した時期でもあったと同時に、テレビやDVDなど家庭電子機器のデジタル化が進み、デジタル情報化時代に入った時期でもあった。
DSCは単に従来の銀塩カメラの画像記録方式を電子記録に変えたという事実に留まらず、PC、インターネット、プリンタなどのデジタル環境における画像取り込み端末としての地位を確立した。また画像処理においてPCを対象とすることで画像のサイズの制限が無くなり、画質が著しく向上したこともあって、急速に銀塩カメラにとって替り、2000年には生産額で、2002年には生産台数で銀塩カメラを追い抜き、現在は年間1兆円を超える産業となっている。更に、DSCの技術やフォーマットなどは携帯電話にも転用され、画像通信機器として新しい分野を拓いた。
新しい画像情報機器であるDSCが日本で生まれ、日本で成長して世界を制覇していることは特記すべき事実である。この背景には、日本が培ってきたカメラ技術に加えて、世界市場をリードしてきた日本の電子機器メーカが市場に参入したことで、DSCという新らしい機器の技術開発において日本が先導できたこと、および日本主導で統一規格を制定し、消費者に対して規格不統一に起因する不要な買い控えを払拭できたことで、各メーカが規格内での技術競争に注力できたことなどが挙げられる。

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ68■ Abstract
Imaging is the culture which only human beings can make use of freely. Our ancestors had possessed the culture to
exchange, communicate, and record information by means of images since primeval age when they had no civilization at all.
The camera was invented, and has evolved as a tool to record images easily and accurately.
The origin of the camera goes back to Camera Obscura which was a tool to draw a picture, tracing an image which
focused on a screen in a dark box through a pin hole or a lens. Cameras had been developed as tools to record images bymeans of an opto-chemical reaction since Daguerreotype, the first camera, was announced in 1826 until early 2000s.
On the other hand, in 1981, an electronic camera also known as the "Floppy Camera", which converts the captured images
to electronic signals by an image sensor and records it on an exclusive floppy disc, was developed. This Floppy Camera was
the first camera which adapted electronic still pictures recording apart from conventional silver halide cameras.
However, the Floppy Camera, which appropriated the technologies employed in existed Video Cam Coders to view
images on a TV screen, didn't have enough image quality to replace the silver camera market.
At almost the same time, Toshiba announced a prototype to record images digitally for the sake of improved image
quality. It indeed made improved image quality possible by means of digital signal processing instead of traditional analog
ones, preventing dropout occurring in the recording and reproduction stages. However, it was of no practical use
because of the recording media, which was an audio cassette tape, and poor image compression technology. It took long
reproduction time with poor image quality which was provided just for image playback on a TV screen.
In late 1980s, Flash Memory, which is a non-volatile semiconductor mass storage, was developed and a digital still camera (DSC) which records image signals in the semiconductor memory was announced. But it could not replace the silver
halide cameras because of poor image compression efficiency, high expense over 1 million yen, and poor image quality
which was not enough for printed images just enough for viewing on a TV screen.
JPEG, a image compression technology with high efficiency and high performance, was published as an international
standard in 1992, and a standard for consumer DSCs which adopted the JPEG was proposed from Japan. At the sametime, the price of memories had decreased, then QV-10 which was launched in 1995 with a sales price of 65,000 yen and
QV-10A launched in the next year with 19,800yen triggered the expansion of the consumer DSC market.
The middle of 1990s was a period in which personal computers showed rapid expansion and then frequency to
exchange images between computers through internet increased. It was also a period in which digital electronic appliances such as DTV's and DVD's started spreading into the Digital Information Ages.
The DSC is a device which not only makes good use of merit of digitalization, but also a device which established a status as a picture capturing peripheral in a digital environment surrounded by PC's, the internet and printers. As the
restriction of image size had been removed on a PC screen, and reproduced image quality has remarkably improved, now
the annual total DSC market exceeds 1 trillion yen, catching up with silver halide cameras in 2000 at an amount, and in
2002 at total production. Technologies and format developed for DSC's have been transferred into mobile phones opening
up a new market field of image communication devices.
It should be noted as the back ground of the fact that the DSC matured in Japan and conquered the world market, thatthe technologies required for DSCs had been fostered in Japan. Japan was able to maintain the leadership of this market
by Japanese electronics manufacturers who had been leading the world market place and who entered into the DSC market. In addition to this, it can be mentioned that Japanese industries played a leading role in unifying DSC standards to
avoid unnecessary confusion among DSC users, which accelerated the fair competition of DSC manufacturers to concentrate on the improvement of technology.

■ Profile■ Contents

大川 元一 Motokazu Ohkawa

1.はじめに ..................................................................69

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員

2.画像文化の歴史.......................................................70
3.デジタルとフーリエ変換 .......................................72

昭和37年

東北大学理学部物理学科卒業、同年東京芝浦電気株式会社（現 株式会社東芝）入社、中央研究所
で音響の研究に従事。
その後、家電研究所でCATVの開発などに従事。

昭和63年

デジタルカメラの開発に従事。

平成3年

JEIDA（現 JEITA）デジタルカメラ技術委員会

4.カメラの歴史...........................................................76
5.デジタル・スチルカメラ（DSC）の構成 ...........85
6.DSCの特徴 .............................................................90
7.DSCの関連技術とその系統化 ..............................948.画像圧縮およびフォーマット.............................108

委員長。同時にISO TC42エキスパート。

9.DSCに関する標準化 ...........................................117

平成7年

新映像産業推進センターに出向。

10.DSCの今後 .......................................................119平成12年

カメラ映像機器工業会（CIPA）技術顧問。

11.考察および謝辞 .................................................124

平成19年

CIPA退社。独立行政法人国立科学博物館産業技

デジタルスチルカメラの系統図.............................126

術史資料情報センター主任調査員、平成20年3月

資料1

登録候補一覧 .............................................127

資料2

年表.............................................................128

末退任。
その間、JSA色標準化委員会委員長。

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ69

1 はじめに
情報伝達の手段として画像を用いるのは人間だけでられ、市場を日本がほぼ独占したことである。このよあり、画像による情報伝達は人間固有の文化である。

うな例は、民生機器市場においては、あまり多く見ら

我々の祖先は既に3万年以上前から、画像により情報れないものである。

を伝え、感情を残すという画像文化を築きあげていた。

また、従来は精密機械産業として伝統的なカメラメ

人間は、画像をより手軽に、より正確に作成し、残すーカに独占されていたカメラ市場は、電子技術やソフための手段を考案し、発展させてきた。

トウェア開発の得意な電子機器メーカが相次いでDSC

その発展の結果として、一方では、より芸術性を追市場に乗り出す場となった。このことにより、それま求する絵画文化が生まれ、他方では、より正確性を追で商品のサイクルが長く、「名機」と呼ばれるカメラ

求するカメラ文化が生まれた。

が数十年に亘って使用されていたカメラ市場は、商品

カメラの歴史は今から約170年前の1839年に発表さのサイクルが短くなり、それに伴ってカメラメーカにれたダゲレオタイプに始まるといわれている。それ以おける開発期間の短縮が必要となり、価格競争が激し

来150年以上に亘って、カメラはハロゲン化銀の「光くなるという結果を惹き起した。このため、従来銀塩化学反応」を用いて被写体の画像を記録するための機

カメラを生産していたカメラメーカ内における大幅な器、すなわち銀塩カメラとして数々の技術改革を重ね体質改善が求められることとなった。この意味においてきた。しかるに、1980年台の初期に電子的に画像をてDSCはカメラ産業における産業革命をもたらしたも記録する電子カメラが現れ、1980年台の終盤において、のと言えよう。

画像をデジタル信号として半導体メモリに記録するデジタル・スチルカメラ（DSC）が発表された。

本編では、日本主導による近代のヒット商品としてのDSCに焦点を合わせ、第2章でカメラが誕生するま

初期のDSCは即時性を持つこと、伝送や複写の際にでの歴史をのべ、第3章ではデジタルについての解説

画像劣化が無いこと、メカ部が少ないことなどを特徴を行う。続いて第4章でDSCが生まれるまでの歴史的として、テレビ画面での再生を目的としたものであり、な流れを述べ、第5章でDSCに関する簡単な解説を行

画質は、それまでの銀塩カメラと比較できるようなもい、第6章でDSCの特徴を述べる。

のではなかった。

更に、第7章ではDSCに関連する技術を、技術の系

しかし、DSCは画像をデジタル情報として扱うとい統化の視点から述べる。DSCで特徴的な圧縮とフォーう特徴を持つことからコンピュータや周辺機器で取りマットに関しては第7章とは分けて第8章で述べる。

扱うことが容易である。このため、パーソナルコンピ

DSCの標準化の現状に関しては第9章で解説し、今ュータの急速な普及やインターネット網の整備とい後の方向についての展望を第10章で述べ、日本主体でう、いわゆる情報化、デジタル化といわれる技術的な進められた技術開発や商品開発の変遷の歴史を系統的

インフラストラクチャーの変化との相乗効果によってに記述し、後世への記録として残すことを意図するも情報電子機器としての市場を急速に拡大し、デジタルのである。

家電機器としての市場分野を築き上げた。更にDSCはなお、本編において、被写体を可視像として記録し電話機との合体という新しいコミュニケーションツー

たものは「画像」という呼び方で統一した。静止画をルを生むに至り、画像によるコミュニケーションが飛「画像」、動画を「映像」と呼ぶ文献も見られるが、こ躍的に進む結果をもたらした。

こでは区別が必要な場合には静止画を「静止画像」、

DSCの急速な発展の背景には、上記のデジタル情報

動画を「動画像」と呼ぶことにした。

環境の整備の他に、メモリやイメージセンサなどの半

また、従来のロールフィルムを用いたカメラは、

導体技術、JPEGなどの画像処理技術の技術革新があ「スチルカメラ」、「銀塩カメラ」、「フィルムカメラ」、った。しかし、特記すべきは、DSCの開発が日本から「SH（Silver Halide）カメラ」などと呼ばれているが、始められ、日本主導の下で国際的な規格の統一が進め

ここでは「銀塩カメラ」と呼ぶことにした。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

6910_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ70

2 画像文化の歴史
2.1 人間の基本的欲求としての画像文化
人類は地球に生まれて以来有形無形の種々の文化を創造してきている。その中でも情報の交換や伝達、記録などに画像を用いる画像文化は、他の動物には比類するものが見当たらない特筆すべき文化である。カメラの進歩の歴史は、この画像文化の歴史を支える技術
進歩の歴史である。
言葉や文章と異なり、視覚に直接訴える画像は、最も確実な情報伝達の方法である。紀元前300年、中国の漢書趙充国伝に「百聞は一見にしかず」とあるよう
図2.1

ショーベ（Chauvet）洞窟壁画

図2.2

アルタミラ（Altamira）洞窟壁画に、人類は、画像が他の手段に比べて、はるかに多くの情報を伝えられることを昔から知っていた（1）。事実、
例えば音楽用CDステレオの情報量は176.4kByte/s（片チャンネル44.1kHz, 16bit）であるのに対して、デジタルVTR（D2）の情報量は約16MByte/sであることから、画像情報が音声情報の約100倍の情報量を持つことが科学的にも裏付けられる。
この、画像情報を情報伝達の手段として利用できる動物は人間だけであり、人間以外の動物では、動作や表情で表わす視覚によるコミュニケーションはできても、絵を書くなどの画像情報によるコミュニケーショ
ンはできない。このように、情報伝達において画像を利用する文化は、人類固有の高度な文化である。

言葉や文章と異なり、視覚に直接訴える画像は、情報の伝達手段として最も確実なものである。何かを見たとき、あるいは何かを考えた時に、それを身2.2 洞窟壁画が象徴するもの

振りや音声や言葉で伝えることは、人間以外の高等動物でも見られることであるが、画像という手段を1994年に、フランスのアルデシュ県（Ardéche département）にある洞窟の中から図2.1に示すような彩色壁画

用いる表現は人間だけができる高度な情報伝達の方法なのである。

が発見された。300を超えるこれらの壁画は、それまこのように画像によるコミュニケーションは人間ので世界最古と思われていた有名なスペインのアルタミ

基本的欲求であり、人類は、この高度な文化を構築しラ洞窟（The Cave of Altamira）壁画（図2.2）より古発展させるために、情報伝達手段である画像の作成、

い後期旧石器時代に描かれたこの壁画は約3万2千年前

伝達および保存を、より確実に、よりリアルに、かつ、のものと推定され、発見者の名を取って、ショーベ洞

より手軽なものとするために数多くの技術革新を行っ窟壁画（The Cave paint of Chauvet-Pont-D'Arc）とてきた。その欲求の追求と技術発展が画像文化として名づけられた。

人類の叡智を支え、人間社会の進歩をもたらしたと言文字を持たず、コミュニケーション手段としての言えよう。

語も不十分であったと思われる時代に、人類の祖先達
は自分の体験や、表現したいこと、伝えたいことを

2.3 芸術と技術「画像」を用いて現わしていた。太陽光も乏しい洞窟70の奥深くで、おそらくは獣油の灯火を頼りに描いたと古代より、人類は実在する人物や事物を画像情報と思われるこれらの絵画は、数万年の年月を経た現在にして後世に残したり他人に伝達したりする手段としておいても、描いた人の感情を我々に十分に伝えている。

風景画や肖像画などを創作してきた。しかし、これら

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ71の画像を残すための絵画の作成には時間がかかるだけしたがって、肖像画に替わる肖像写真、風景画に替でなく、描く人の技量と習熟が不可欠である。このたわる風景写真などが、短時間のうちに正確な画像を作めに、専門家としての画家が誕生し、よりリアルに、成したいという需要に応える手法として発展してきた。

あるいは、より感情の表現を顕著にするための技術改

撮影機器としてのカメラには、より簡単に、より正革と修練が重ねられてきた。この結果、絵画は単に画

確な画像を、より短時間のうちに、より安価に作成す像を残すための手法から発展して独自の文化を築き上るための技術改革が重ねられてきた。

げるに至った。

写真術の進歩は、単に被写体を正確に写し取る目的

一方、紀元前より知られていたピンホールカメラのだけでなく、高温高圧などの劣悪な環境下や水中撮影

原理を利用したカメラオブスキュラを原点として、習など、特殊用途向けのカメラの開発にも向けられた。

熟した技術を持たない人でも対象を画像として残す手

また、用途や目的に応じた機械系や光学系との組み法としての写真術が発明され発展してきた。

合わせにより、人間の目で観測できない体内を見るた「写真術」を意味する英語の Photography は、ギめの内視鏡や、広視野を写すためのパノラマ写真など

リシャ語で「光」を意味するの特殊用途向けカメラが生み出された。

いう言葉を意味する

PhotosGrapheinと「描く」とから作られた言葉でまた、撮影時における技術の進歩、撮影後の画像のあり、光によって画像を記録することを意味する単語

再構成や後処理などの画像処理技術の進歩により、単として1839年にハーシェル卿（Sir John F.W. Herschel）に被写体を写し取っただけの画像では得られない自己により初めて使用された。写真術は被写体を「写真」

表現を写真画像の中に表わすことが可能となり、新たとして画像に残す技術であり、カメラは、被写体を撮に写真芸術という分野が拓けるようになった。

影するための機器として発展してきた。
（図2.3）

本来、画像による情報伝達を目的として発生した画像作成法が、技術と修練を要する絵画と、一般の人が容易に取り扱うことができる写真とに分化し、前者は芸術志向、後者は技術志向の方向を辿って進化したが、絵画においてもコンピュータ・アートなどのように技術志向のものも出現するとともに、写真においても芸術志向のものが出現した。
このことは、人類の画像文化という普遍的な目的に対して人類は技能の面からも技術の面からも、同じ目的に向かっての進歩を重ねているものであると言えよう。カメラは、その画像文化の一翼を担う手段として普及した機器である。

図2.3

絵画と写真

写真は被写体を短時間のうちに正確に写し取ることができ、その技術の習得は絵画を制作するために習得しなければならない技術と比較すると容易である。

＜注＞（1）漢書趙充国伝「百聞不如一見
至金城

兵難遙度

臣願馳

図上方略」

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査7110_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ72

3 デジタルとフーリエ変換
デジタルカメラに関する記述を行う前に、「デジタル 」という言葉について考察してみる。
（1）

象の表現手段の違いに留まらず、人間の思考のプロセ
スや、対象事象の処理過程に大きな差異をもたらす。

デジタルカメラを始めとして、「デジタル」というアナログは「物理量」であるから、人間の感覚に直言葉を良く耳にするが、この言葉が一般に使われるよ接働きかける。これは文章表現に対する絵画に相当し、うになったのは、おそらくデジタル時計が最初であろ

形而下の事象として扱われる。仏教に言う「色」にもう。その後、コンピュータやインターネット、携帯電

通じるものである。

話などの普及に伴って、「デジタル」という言葉は我々の生活の中に溶け込んでいる。
一般には「デジタル」といえば「1か0」すなわち「YES or NO」で表現する離散的な表現手段であり、一方、デジタルは数字の羅列であり、そのもの自体には何の物理的な意味も感じ取ることはできない。この数字の構成法が分かって、初めてそのデジタル信号の意味を理解することができる。

これに対する「アナログ」は、連続的に事象を表現す

DSCの場合では、画像も付属データも全て数値としる手段であると思われている。更に、「デジタル人間」て記録されるので、それらの数値が何を表すものであなどと言う表現も現れ、旧態依然とした保守的なもの

るかが判別できる仕組み、すなわちフォーマットが必を「アナログ」、斬新な画期的なものを「デジタル」

要である。

というように表現する風潮も見られるようになった。

文字で書かれた文章が、その文字が読めない限り解「デジタル」という言葉は、ギリシャ語を語源とし読できないことと同じであり、この意味で絵画に対すた、本来は「指の」という意味であり、指を折って1，る文章もデジタル表現である。また、直接経験則で判2，3...と数えるのがデジタルの語源と言われている。

断できない表現であることから、デジタルは形而上の

数字の桁数のことを「Digit」と言うのもこれに由来事象であり、仏教の「空」に通じるものである。（表する。これに対して「アナログ」というのは、「類似

3.1）
表3.1

体」「類推物」という意味である。

アナログとデジタル

例えば「カスピ海の面積は371,000km2」という表現
はデジタル表現であるが、「カスピ海の面積は日本列島の面積とほぼ同じ」というのがアナログ表現である。
面積371,000km2と言われても、どれだけの面積か実感がわかないが、「日本とほぼ同じ」という表現は、その広さを実感として想像することができよう。
このように、「デジタル」の本来の意味は、「アナロ

また、アナログ対デジタルという言葉の対比の意味

グ」が「物理量」による表現であるのに対して「数値」

が、連続（Continuous）対不連続（Discrete）としてによる表現を意味する。

扱われることが多いように見受けられるが、連続、不我々が日常使用している数字体系は十進法であり、0から9までの10の数字で表現するのに対して、コンピュータなどでは0か1の2つの数字で表現する二進法を使用している。
曖昧な事象を10段階に分別する場合には誤差によるのではない。
アナログ量は連続的な物理量として扱うことができるが、デジタル情報は有限の数値として記述しなければならないのは事実である。

間違いが生じやすいが、2段階に分別することは容易連続量を「表」として記述する場合を考えてみよう。

であり間違いが少ない。このことから、情報通信分野

図3.1の第3列にアナログとして表した連続量を表としでは桁数が大きくなるという欠点があるにも拘わらずて記述する場合には、第1列のように代表点を決めて、二進法が広く使われてきている。

各代表点における値を数値として第2列に示したよう

しかし、前述のように、「デジタル」は「数値表現」
が本来の意味であり、二進法を使用するのはデジタル

72連続という概念はアナログ、デジタルの本質を表すもにデジタルとして記述する。
デジタルが離散的であるという固定概念は、例えばの表現の一形式に過ぎない。

フィルムの分子の大きさに比してイメージセンサのセ「物理量」で扱うか、「数値」で扱うかは、単なる事

ルサイズが大きいというように、アナログにおける離国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ73

デジタル

アナログ

デジタル表記も可能となる。
図3.2における横軸はデジタルではなくて不連続性の性質を有しているのであり、デジタル情報は縦軸に対して得られるものである。このように、デジタルと離散性とは区別して考えなければならない。
デジタルとアナログという意味は、以上のように捉えるべきであり、単なる「表現法の差」と捉える表面的な解釈は避けるべきである。
例えば、1メートルの定義は、国際度量衡総会で決められ、パリの国際度量衡局が管理するメートル原器に刻まれた2点間の距離というアナログ表現であったが、温度、衝撃、経年変化等により不変性を維持することは困難である。このため、1983年には「1秒の299

図3.1

連続量の表による記述

792 458分の1の時間に光が真空中を伝わる距離」というデジタル表現に改められた。

散性が無視できるのに対して、デジタルの離散性が無視できない場合に問題となることである。

この意味で、カメラの歴史の中で、従来の銀塩カメ
ラが画像を物理的に記録していたのに対して、画像お例えば図3.2のように、濃淡のアナログ信号が記録

よび関連情報を数値表現のマルチメディア情報としてされたテープ上の一点に微細なプローブを置いて、論理的に記録するDSCの出現は、人間の思考過程に転その位置の濃度をデジタル信号として数値表現する

換を与えた画期的な出来事であった。すなわち、それ場合を想定すると、プローブの位置は連続的に変化までの電子カメラと同じように、画像の記録手段としさせることができる。このことからも、標本化すなて電子技術を用いただけの、ケミカルと対峙する画像

わち離散的であることがデジタルの本質的必要条件

記録機器という見方を否定する、カメラ界におけるパではなく、現実的に実行するための十分条件であるラダイムシフトをもたらしたものである。

ことがわかる。

事実、DSCにおいては、デジタル技術を取り入れたことにより、それまでの電子カメラでは考えられなかった全く新しい可能性を引き出すことができた。
フロッピディスクを記録媒体としたアナログ式電子カメラにおける画像処理は、撮影した静止画をまとまった物理量として扱い、画像全体に、変形、投影、ト
リミング、色変換、ガンマ変換、明度変換などの何らかの物理変換を施すに留まっていた。
しかし、DSCにおいては、画像を画素に分割し、各

図3.2

連続的なデジタル変換

画素の情報を数値として扱うことにより、各画素に個デジタルでは、表記された最小桁以下の数値が表記

別に処理を施すことが可能となった。例えば、単板式されないため、隣接する標本点間で不連続な数値とな

イメージセンサにおけるデモザイキング（de-mosaic-

る。これは表記に用いる数値が有限であることに起因ing）と呼ばれる、色信号の補間や、欠陥セルの救済するものであり、もしも無限の桁数表記が可能であり、などである。

連続的に標本点を移動することができれば、連続的なデジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査73

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ74

代表される。すなわち、xiとxi＋1との間は値yiが保た

3.1 デジタルの特性れることとなり、これをホールド（hold）と呼んでいる。
しかし、例えばアナログ画像記録であるフィルムの物理現象はアナログ量として存在するが、これを論場合も、感光材料の分子レベルでは離散的にならざる理値であるデジタル情報として表現するためにはA/Dを得ず、現実的には dx＝0 とすることはアナログに変換により、アナログ量をデジタル値に変換することおいても不可能である。

が必要である。

f(x)なる特性をもった信号（ここでは画像入力信号）を標本化周波数fsで標本化するということは、電気信号において搬送波周波数fsで変調することと同等であり、図3.4に示すように、fsより高い周波数は折り返し歪み（aliasing distortion）として画像のノイズとなる。
後述する画像圧縮において、民生用DSCの殆どが採用しているExif（2）で用いているJPEGは、フーリエ変換（Fourier transform）の一種である離散余弦変換（DCT＝Discrete Cosine Transform）を用いているが、DCTは離散的な標本化によって得られた値から周波数分析をする手法であり、デジタルでなくても採用可
能である。

図3.3

AD変換における標本化

3.2 フーリエ変換

AD変換のプロセスは図3.1に示した作表のブロセス

0 ≤ x ≤ 2π で定義された積分可能な関数 f ( x ) に対と全く同じである。
図3.3に示すようなy＝f(x)で表わされる連続していして、る物理量をデジタル化する場合には、まず、代表点（これを標本化点＝sampling pointと呼ぶ）を求め、

an =

1 2π
f ( x ) cos nxdx
π ∫0

bn =

1 2π
f ( x ) sin nxdx
π ∫0

各標本化点における値を数値として表現する（これを標本化＝samplingと呼ぶ）。


 （1）


このとき、一つの標本化点xiに注目すると、xiの次の標本化点xi＋1は、xiとある距離dxを隔てた点となる。

で与えられる an ， bn を係数として、関数 f ( x ) はアナログ情報を扱う場合では、実質上dx＝0である
が、デジタル情報として扱う場合は、dxは有限の値をとらざるをえない。すなわち、図3.3の横軸は離散的（discrete）となる。

f ( x) ~a0+ ∑ ∞n =1 ( an cos nx + bn sin nx ) （2）2のようにフーリエ（Fourier）級数として展開できる。
すなわち、 f ( x ) という実関数が、 0 ≤ x ≤ 2π を基本周波数とする高調波成分の和として周波数領域の関数に変換される。
イメージセンサの一つのセルの出力は、縦方向または横方向におけるセルの寸法に相当する幅をもった孤立波として扱うことができる。
セルの寸法を2X 0、セルの出力をEとするとセルの出力のフーリエ展開は次式で与えられる。

図3.4

折り返し歪

図3.3においてグレイで表わされた、標本化点xiと隣接する標本化点xi＋1との間の値は、xiにおける値yiで74

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.MarchF( jω ) = 2 EX0
これを図3.5に示す。

sin ωx0
ωx0（3）

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ75

上記の例は一次元の変換であったが、M×Nの二次元変換も、同様に導かれる。二次元変換ではM×N個の標本化点によるDCTにより、M×N個の周波数の係数が求められる。
DCTは偶関数に対して適用でき、係数は実数となり、かつ次数の低い係数にエネルギーが集中するとい
図3.5

孤立波のフーリエ展開

う特長を持っている。この低次にエネルギーが集中するという特長は、エントロピーの不均一性を生ずるもこれにより、イメージセンサ上に分布している孤立波の集合として与えられる出力信号は、イメージセンのであり、この性質を利用して情報量の圧縮を行うことができる。

サ内の連続スペクトラムの集合に変換することがで

DSCで採用しているJPEGでは、画像に鏡対称の画

き、セルが存在しないような任意の位置における信号像を付加して偶関数とした後にDCT演算により周波値でも計算により求めることが可能となる。

数領域に変換する。また、前述のエントロピーの不均

また、離散フーリエ変換を適用すると、離散的に与えられるN個の実数 y（i= 0,1,…N-1）に対しては、
i一性を利用して、効率の高い情報圧縮を施すことが可能となる。

離散余弦変換を適用して＜注＞πxk = ∑ iN=−11 yi cos  i + 1  k  （4）N  2  
（k=0,1,…N-1）

により得られる係数を用いて（1）「Digital」は「ディジタル」と読む方が原語に近
いし、ISOでも「ディジタル」となっているが、ここでは一般に流布している「デジタル」を使うことにした。
（2）Exchangeable Image File Format、（社）電子情報11 
πyi = ∑ kN=−11 xk cos   k +   i +   （5）



N
2
2 


技術産業協会規格CP-3451, 3451-1（i=0,1,…N-1）と変換できる。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査7510_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ76

4 カメラの歴史
この装置はレオナルド・ダ・ヴィンチ（Leonardo

4.1 概観da Vinci）も使用したとされ、現在のカメラの原点となっているものである。

紀元前4世紀に活躍したギリシァの哲学者アリスト

16世紀にはカメラオブスキュラにレンズが用いられ

テレスは、小さな穴を通して、外の風景が暗い部屋のるようになって小型化されたため、多くのフランスの壁に倒立像として写ることを知っていたといわれてい画家達によって当時需要の多かった肖像画の制作に利る。このピンホールカメラの原理を絵画作成に応用し用されただけでなく、一般の人たちが風景画を制作すて、被写体の画像を紙に写し取る装置として15世紀頃

る道具としても用いられた。

に考案されたのがカメラオブスキュラ（camera
obscura）であり、絵画のような人間の技量に依存してもたらされる文化から離れて、独自のカメラ文化を築く出発点となった。
カメラオブスキュラは、紙に写る画像を手でなぞって画像として記録するための器具であり、個人の技量が介入する余地が残っていた。そこで、個人の技量に拘わらず、人間の手を借りずに画像を残す手段が望まれた結果、化学的に画像を固定する手法が発明され、その後の長年に亘る銀塩カメラの時代が続いた。
カメラが電子化されたのは20世紀の終りも近い1981

図4.2

カメラオブスキュラ（1）年である。更にデジタル技術が導入されて現在のデジ
タルカメラが誕生したのは20世紀最後の10年に入る直前であった。
ここでは、デジタル・スチルカメラに到るまでのカメラの歴史を追跡してみる（図4.1）。

図4.3

カメラオブスキュラの構造（2）

図4.2にカメラオブスキュラの外観図、図4.3にその構造を示す。 因みにカメラ（camera）は「部屋」、オ
ブスキュラは「暗い」を意味するラテン語である。
1725年 に ド イ ツ の シ ュ ル ツ （ Johan Heinrich
図4.1

カメラの発展

Schultze）が硝酸銀の感光性を発見し、1802年には、これを用いて英国の陶器会社ウェッジウッド

4.2 画像を捉える（Wedgewood）が絵の焼きつけを行ったのが化学反応を利用して画像を記録する写真法の始めと言われ1250年頃に、イタリアの作家であり建築家でもあっ

76

ている。

たアルベルティ（Leone Battista Alberti）が、ピンホ

1824年にはフランスのニエプス（Nicephore, Joseph

ールカメラの原理を利用してカメラオブスキュラを発

Niepce）がヘリオグラフィ（Heliography）を発表し明したと言われている。これにより、画家のような技た。これはアスファルトの派生物である瀝青を乾燥し量を持たない人でも、より正確な画像を短時間で記録たものが感光すると硬化する現象を利用したものであできるようになった。

るが、6時間以上という長時間の露光を要するもので

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ77あった。図4.4に1825年に撮影された世界最古の写真と言われているニエプスの「馬を引く男（3）」を示す。

4.3 光学機器としてのカメラ
1871年には、それまでの湿式に代わってガラス板にハロゲン化銀（silver halide）を塗布した乾板が発明され、1888年にはアメリカのイーストマン・コダック（Eastman Kodak）社からハロゲン化銀をセルロイドに塗布したフィルムとカメラのセットが発売された。
以後、このフィルムカメラはカメラの主流となり、ハロゲン化銀を使用することから、銀塩カメラ（silver
halide camera＝SH Camera）と呼ばれるようになった。

図4.4

ニエプスの「馬を引く男」

1928年、ドイツのフランケ＆ハイデッケ社（Franke
und Heidecke GmbH）から画面サイズ6×6センチのカメラとして世界最初に発売されたものはニエプス

二眼レフカメラ、ローライフレックス（Rolleiflex）がと共同研究を行ってきたフランスのダゲール（Louis

発売され、1950年になると世界初のペンタプリズム式

Jacques Mande Daguerre）がニエプスの死後の1839

一眼レフカメラ、コンタックスS（CONTAX-S）がド

年3月19日に発表したタゲレオタイプ・カメラである。

イツのツァイス・イコン（Zeiss Ikon）社から発売さ

図4.5にダゲレオタイプを示す。

れた。

4.4 カメラの電子化
銀塩カメラにおける電子化としては、フラッシュや
電子露光装置、モータによるズーム機能、フィルムのモータ駆動などの他に、1965年には電子シャッターが発表され、1977年にはオートフォーカス機能が発表されたが、カメラ以外の多くの機器が電子化されてきたのに比して、電子化のためには内蔵電池を必要とする
図4.5

ダゲレオタイプ

カメラの電子化は比較的遅れていたと言える。

このカメラは30分の露光時間を要した。因みに、3

それまでの銀塩カメラはハロゲン化銀の化学反応を

月19日はダゲレオタイプを記念して「カメラ発明記念

利用した光学機器であったため、フィルムメーカやカ日」となっている。

メラメーカ内の技術者の多くは化学系の技術者もしく

ダゲレオタイプは写真の複製を作ることができなかは精密機械系の技術者であり、電気・電子系の技術者

ったが、1841年にイギリス人のタルボット（William

が関るカメラの電子化は、カメラの撮影機能を補助すHenry Fox Talbot）がネガ・ポジ法を発明して複製る技術開発を目的とするものと位置づけられていたこがとれるようになると共に露光時間は2、3分と大幅にとも、その一因となったと言えよう。

短縮された。更に、1851年、アーチャー（Frederick

写真法自体が電子化されたのは、1981年からであり、Scott Archer） が ガ ラ ス 板 に ニ ト ロ セ ル ロ ー ス

デジタル化を採用した現在のDSCの原型は1988年に日（nitrocellulose）をエタノール（ethanol）とジエチル

本で開発された。

エーテル（diethylether）の混合液に溶かしたコロジオン（collodion）という液体を塗布して感光膜を作り、この感光膜が湿っている状態で撮影する湿板写真法を発明して、露光時間は10秒以下となった。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

77

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ78

4.5 電子カメラ

4.6 静止画像のデジタル記録

1981年、ソニーから発表された電子カメラ「マビカ」

1980年に東芝から静止画をデジタル化してオーディ（図4.6）は、フロッビ・カメラとも呼ばれ、銀塩カメ

オ用のカセットテープに記録する装置に関する研究報

ラにおけるフィルムの替わりにCCD（Charge Coupled

告がIECE Japanの磁気記録委員会に提出され （4）、

Device）と呼ばれる半導体撮像素子を用いた初めての1985年には図4.7に示すような試作機がIEEEで発表さ電子機器という意味でエポックメイキングな出来事でれた（5）。
これはビデオカメラで撮影した静止画をデジタル化あった。

してオーディオ用のカセットデッキに装着したC-90カ
セットテープに記録する装置で、約300枚の静止画を記録することができた。記録媒体としてC-90を使用したのは、ベース層が薄いためにデジタル記録した際の情報の欠落（ドロップアウト）が少ないためであった。
おそらくこれがデジタル・スチルカメラの原型になったものと思われるが製品発売には結びつかなかった。

図4.6

Floppy Mavica

図4.7

Cassette Camera

この電子カメラは既に普及していたビデオムービー
カメラ（カムコーダ）の1フレームをアナログ信号と

4.7 DSCの時代

して2インチの専用フロッピディスクに磁気記録するもので、画像品質はビデオカメラと同等で銀塩カメラには遠く及ばないものであったが、従来の銀塩カメラ
に比して、

4-7-1

DSC誕生の背景

1992年に後述する画像圧縮方式JPEGを採用したフォーマットExifが日本発の統一国際標準として、ほぼ

1. 画像の再生における即時性

全ての民生用DSCで採用され、市場を加速する原動力

2. 記録媒体再利用の可能性となった。

3. 通信媒体を通しての画像伝送の可能性などを備えており、化学的プロセスを必要とせず、電子的に画像を記録する画期的なカメラとして報道関係などから興味を以って迎えられた。
この電子カメラは、それまで化学機器と位置付けられていたカメラを電子機器として位置付ける革命の幕を開けた機器であり、この後に出現するDSCの利点の幾つかを先取りしたものであったといえよう。
図4.8

銀塩カメラとDSCの生産数量推移（6）また、多くの技術改革により画質や機能が飛躍的に向上すると共に、PCやインターネットなどのインフラ整備の追い風に乗り、1995年にカシオからQV-10が78

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ79

65,000円、翌年にはQV-10Aが49,500円で発売されたのが、銀を素材とした旧100円硬貨の銀素材としての価を契機に、家庭情報機器として市場を急速に拡張し、格が100円を上回る状態であった。

2000年には生産金額で、2002年には生産台数で銀塩カメラを凌駕するに至り、年間生産金額1兆円を超える産業に発展した。

銀塩カメラで使用するフィルムや印画紙は銀を用いており、現像過程において薬品を使用する。
しかし、DSCが開発された1980年代後期においては、

図4.8に1935年からの銀塩カメラとDSCの国内生産

すでにこれらの問題は解決済であった。

台数の推移を示す。DSCの出現以後、銀塩カメラの生すなわち、銀の安定供給の見通しと銀資源のリサイ

産台数は急速に減少したが、カメラ全体の生産台数は、

クル工程の定着から銀価格は安定してきていた。モノ

1935年以後順調に増加していることがわかる。DSCのクロ写真（白黒写真）ではフィルムや印画紙に銀が残統計がとられるようになった1999年以後の銀塩カメラ

るために、微量ではあるが銀を消費する。しかるにカとDSCの国内における月産の台数と金額を図4.9およラー写真では銀粒子と結合したカプラと呼ばれる染料

び4.10に示す。これによると最近ではDSCが月産500のみがフィルムや印画紙上に残り、銀は現像工程で完万台以上で出荷金額は約1000億円に達しているのに対全に回収可能となる。

して、銀塩カメラは月産約10万台、出荷金額は5億円程度となっている。

また現像処理を行うDPE（Develop, Print, Enlarge）
店における使用薬品に対しての高度な公害対策が施さ（7）

れて環境汚染問題も完全に解決していた。このように、化学工業である銀塩カメラ業界においては、資源および環境保全への対策を施してきており銀塩写真が抱える問題点は解決してきていた。
しかし、一般的な社会現象としての資源への不安感と環境保全への要求は一種の社会現象であると共に、産業界全体としての化学から電気への転換は、第二の産業革命ともいえる勢いで台頭してきていた。このよ
うな技術の流れが求められていた中で、写真産業にお図4.9

DSCと銀塩カメラの生産金額推移

いても技術の変革を求める動きが生じた。写真業界におけるこのような活動が胎動してきた時期に、それらの動きを助ける技術や周囲環境が整ってきたために、新しい産業形態へのカタストロフが生じたものと言えよう。
日本におけるフィルムのトップメーカである富士写
真フイルム（現富士フイルム）はフィルムメーカであるとともに、イメージング産業の一環としてカメラやレンズ付きフィルム「写ルンです」なども発売しており、1966年に富士フイルムが発売した8mmフィルム

図4.10

DSCと銀塩カメラの生産台数推移

ムービー「フジカシングル8」は「私にも写せます」のCMで爆発的に売れた。

4-7-2

電子化の流れ

しかし、「フジカシングル8」はフィルム代と現像代

DSCの誕生は銀塩カメラで不可欠な銀資源の枯渇にが高価であったため、その地位は1985年に発表された対する対策措置および環境問題対応に帰する意見もあ

8mmビデオカメラに短期間の内に置き換えられた。

ったが、果してその通りであったのであろうか。

この交替劇は、電子技術を用いた8mmビデオの即時確かに1970年代後半から1980年代前半にかけて、資性、再生の容易さ、記録媒体が低価格であり再利用可

源枯渇と公害防止への対策が大きな社会問題となった能であることなどによってもたらされたものである。

ことがあった。 資源枯渇の恐れがある銀の価格は高

富士フイルムでは現在もDSCで撮影した画像をプリが議会に対して銀を使ントするサービスシステムを全国的に展開しており、用する1ドル硬貨の廃止を働きかけており、日本でも、このサービスを通して得られる写真は銀塩写真の印画

既に100円硬貨の材質は銀から洋銀に変えられていた紙と同じ化学反応によるものである。

騰を続け、米国ではNAPM（8）デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

7910_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ80

このように、品質や大量処理能力を重視する業務用

200が東芝から発売された。

としての化学産業は現在でも継続しているが、民生機器においては電子化による利点が歓迎された。
また、報道関係からは、写真を現像してから電送す
る電送写真に替わる、即時性のある写真伝送手段が求
められており、ロスアンジェルス・オリンピックの報道では、既に電子カメラが使用されていた。このように、写真の世界においても、必然的な技術の流れとし
図4.11て、化学から電子への転換が進みつつあった。

DS-1P

電子技術は電気メーカが最も得意とする分野であり、専門の技術者も多い。しかし、1980年代後期になって、従来から精密機械や化学を産業の基盤としていたカメラメーカやフィルムメーカの中からも、カメラの電子化の流れに沿う形で、更なる技術の発展と商品分野の拡大を目的として電子技術を強化し、DSCの開発に着手する会社が現れた。
図4.12

同時期に東芝では電子的に書き換え可能な不揮発性DS-X（IMC-100）

メモリを開発して、それを使用したメモリカードの用

これら初期のDSCは電子カメラと同様にビデオムー

途を模索していた。また、先に述べた東芝のオーディ

ビーカメラ（カムコーダ）の一フレームまたは一フィ

オカセットテープ静止画記録装置など、画像をデジタ

ールドを静止画として取り出し、デジタル化した画像

ル記録する技術やそれを支える半導体素子などの性能

信号を圧縮して半導体メモリに記録するものであり、も進歩してきた。

電子カメラやカムコーダと同様にテレビジョン（TV）

それまでは、画像をデジタル化するためのA/D変換

で画像を再生することを目的としていたため、画素数

器（Analog to Digital converter）の性能はリアルタ

はVGA（Video Graphic Array）並の35万画素程度でイムで画像をデジタル化できるだけの能力がなく、まあった。

たデジタル化した画像を劣化が少なく高効率で圧縮す

静止画を撮影するカメラは、縦と横両方のアングルる技術が未開発であり、さらに、デジタル化された画での撮影に対応する必要があるため、イメージセンサ

像を半導体メモリに記録するためにはバックアップ電は正方画素アスペクトを持つことが望ましいが、生産源が必要なSRAM（Static Random Access Memory）

ロット数が少なく、またイメージセンサの特別開発にを使用する他に手段がなかった。このためDSCは原理

は莫大な費用がかかるため、これら初期のDSCでは非的には提案することはできても、実用化には程遠いと

正方画素アスペクト比を持つビデオカメラ用の2/3イ思われてきた。

ンチ40万画素FIT（Frame Interline Transfer）単板

しかるに、先ずは記録媒体に対する障壁を下げる新CCDを使用して、画像処理により正方画素の情報を作らしい原理によるメモリが開発されたわけである。

り出した。

4-7-3

次元圧縮としてのサブサンプリング（sub-sampling）

また当時は適当な画像圧縮技術が無かったため、二初期のDSCDSCは画像を記録するカメラとしての機能に加えと、符号圧縮としてのADPCM（Adaptive Differentialて、後述のように撮影した画像に伴う種々の情報を同

Pulse Code Modulation）を使用し、電池でバックアッ

時に記録する画像情報機器である。

プした18Mビット（2.25MB）あるいは9Mビット

1988年に富士フイルムから、CCDで取り込んだ画像
を東芝と共同開発したメモリカードにデジタル信号との画像を記録した。

して記録する、世界初となるDSCの試作機 DS-1P

画像処理回路として専用のLSIを開発するには量産（図4.11）が発表され、翌1989年12月に東芝と共同で台数が少なく、インデント品になったため、市場調査

世界初のDSCの市場調査を目的とした製品（富士フイ用の市販機器は、性能が未熟である上に価格が再生機、

ルム：DS-X、東芝: IMC-100）（図4.12）が発売された。

DAT記録装置、モデムなどの周辺機器込みで160万円

続いて1990年11月には世界初の市販品となるMC-

80（1.125MB）のSRAM メモリカードに12枚あるいは6枚

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.Marchと高価であった。

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ81

このように、画質は銀塩カメラに比して著しく劣り、画質にも及ばない。

しかも高価な初期のDSCは民生用カメラとして一般消さらに、そのDSCの価格は数十万円以上であったた費者を対象とした店頭販売に載せることなど到底無理め、その当時において、現在のように民生用機器としであり、銀塩カメラには無い特長である即時性、伝て普及し、結果として銀塩カメラに置き換わるという送可能性を評価して貰える購買対象を探すほかはな

状況を予測することは困難であった。

かった。
このため、航空会社が北海道の整備工場において、米国アップル社は1994年にQuick Take 100という民生仕様のDSCを発売したが普及するには至らなかった。

従来は電送写真を使用して羽田の整備工場に整備箇所の確認を行っていた作業をDSCを用いて画像を電話線を通して送信し、双方で確認しながら整備を行う作業に変えるためにまとめて購入したのが最大の顧客であった。この他には、従来電送写真を使用していたユー
ザや、全国的なオークションネットなど、特定な用途に限定され、その他は独自にDSCの開発を進めていた同業他社の研究開発部門が購入しただけであり、一般市場に出回ることはなかった。
初期のDSCにおける当時の技術水準では画質や価格の点で銀塩カメラに伍する実力を備えていなかったた

図4.13

PCの普及率（9）め、民生用市場を開拓する力は無かった。
しかし、電子カメラは画像を電子化することでカメ

当時のDSCの購買層は、即時性があることと電送がラを化学機器の分野から電子機器の分野に位置づける容易であることが評価される報道などの分野が主体と改革を行ったのに加えて、DSCは更に電子カメラと比なっており、これらの分野を対象として1995年に富士較して、フイルムがDS-505（140万画素）、ニコンがE2S（1401．記録方式をアナログからデジタルに変えることに万画素）、キヤノンがEOS-DCS3（130万画素）、ミノ

より、伝送や複写などにおける画像の劣化を排除

ルタ（現コニカミノルタ）がRD-175（175万画素）のした

プロ用のDSCを市販した。

2．フロッピディスクへの磁気記録から半導体メモリ

しかるに、1993年頃まで単身家庭を除く世帯当たり

への電子記録とすることにより、記録媒体の駆動10％程度の普及率であったPCが、その頃から家庭内部が無くなり、記録・読み出し時間が短縮されたにも普及し始めた。
（図4.13）などの特徴を持っている。

画像をPCに取り込むことを主目的としたDSCの仕様

ただし、初期のDSCではパーソナルコンピュータ

であれば、イメージセンサが対応可能な限り画像に対（PC）に画像を取り込むことはできても、画像処理ソする制限は無くなり、画素数、画像サイズ、アスペク

フトウェアの機能が不十分であったため、デジタル信ト比なども自由に選ぶことができるし、PCに接続した号を用いたことによるPCとの整合性の良さという特プリンタで簡単に家庭で写真を作ることも可能である。

徴は、それほど顕著ではなかった。

このように、TV再生からPC再生に目的を変えたこ

また、インターネットはまだ国内では整備されていとによって、民生用情報機器としてのDSCの将来性がなかったため、撮影した画像をPCに取り込み、イン

拓けたといえるが、その先鞭をつけた会社がカシオでターネットで送受するという、現在ではごく当たり前

あったということは、TVやビデオの技術に捉われなと思われている特徴は、当時ではまだ現われておらず、い発想が必要だったのであろう。

画像の送受はVGAレベルの画像をTV電話、あるいはPC通信で行われていた。

PCの世帯普及率は、1994年に15％に近付き、1997
年には20％を超え、1999年頃からは急速に普及率が伸びて現時点では70％を超えるに至っている。

4-7-4

TV再生からPC再生へ

また、PCを利用したインターネットは日本ではTVスクリーン上での再生を目的とした画像品質で1994年からスタートしたが、インターネット側からホ

は、プリントアウトしても走査線が見える粗い画像とームページに載せる画像作成用のツールとしてDSCがなり、カメラとしての品質は銀塩の使い捨てカメラの推奨されたり、DSCで撮影した画像をインターネット

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

8110_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ82

図4.14

インターネット普及率の推移（10）
図4.16

図4.15

カシオのDSC試作機「熱子」

実質情報化投資の推移（11）網を通じて配信するなど、インターネットがDSCの市場拡大に及ぼした影響は大きい。
（図4.14）
図4.17

インターネットを始めとする情報化時代に対応しての設備投資も1995年以後急速に増大した。（図4.15）
DSCはこれらの情報化社会への潮流にうまく乗ることにより急速に成長したものと言えよう。

QV-10

DSCがカメラの代替になり、更には銀塩カメラを越える新しい画像情報機器となることを予見したカメラメーカは殆ど無かったと言えよう。したがって、カメラメーカの中でのDSC開発部門は、電子技術者が主体と4-7-5

民生用DSCの誕生

画像再生の対象がTVからPCになったことは、DSCにおける大きな転換点であった。しかし、PCの普及

ことが多く、光学系の開発などのカメラの専門家が加わることは少なかった。

率が20％未満であった時期において、PC対象だけでQV-10およびQV-10Aは、すでに日本国内のDSC用標

は民生機器としての市場を築くことはできず、先ずは準として規格化され、国際規格としても提案されてい価格の低減を行って「珍しいもの」が好きな消費者層

た後述するファイルフォーマットExifを採用していた。

の好奇心を煽ることも必要であった。カシオでは少数

このExifは当時の最新技術であった画像圧縮方式の技術者による非公式プロジェクトとしてDSCの低価

JPEGを取り込んだ日本発の国際標準規格であり、こ格化を目指す開発を行った。

のExifを全てのDSCメーカが採用することで製品の仕開発の途上においては、それぞれ「重子」、「熱子」

様が統一されたことにより、消費者の購買意欲を阻害（図4.16）と名付けられた非常に重い試作機や、消費することなく、家庭内に浸透し急速に市場を拡大する電力が多いために高温になる試作機もあったが、最終ことができた。

的に民生機器としての仕様にまとめあげ、1995年に、それとともに、従来の光学機器メーカの市場の中に

QV-10（図4.17）を、当時としては破格の65,000円とい

電子情報技術を得意とする家電機器メーカが参入する

う価格で売り出した。

こととなり、製造、販売体制を含めたカメラ業界の形

さらに翌1996年には機能がほぼ同一のQV-10Aが態は、DSCの出現により一新された。

49,800円で発売された。それまで10万円を下回るDSC

現在市販されているDSCの性能はカメラとしての性は無かったため、この価格付けがカメラメーカに与え能に着目しても銀塩カメラを凌駕するものであり、銀た影響力は多大なものであった。

塩カメラの同等品と比較すると、はるかに低価格で提しかし、QV-10およびQV-10Aは25万画素の画素数しか持たず、専用のプリンタの画質も悪かったため、

82

なって、主流から外れたところで細々と行われている

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

供されている。

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ834-7-6

デジタル一眼レフたのは1999年にニコンが65万円で発売したD1および(D-SLR＝Digitall Single Lens Reflex)

翌年にキヤノンがAPSサイズのイメージセンサを用いカメラは、撮影する対象物を確認するためのファイて35万8千円で発売したEOS D30である。このD30以ンダにより次の4種類に分類される。

後レンズ交換可能なD-SLRにおける焦点距離の（1）ビューファインダカメラ「35mm相当」の考え方が普及した。

撮影用レンズとは別に、対象物を確認するため

DSCはセンサの信号をLCDなどのモニタスクリーンに覗き窓を設置したカメラ。安価であるため、コ上で確認しながら撮影できるため、「撮影される画像

ンパクトカメラの多くがこの方式である。

そのままをファインダで確認する」という目的は達し（2）一眼レフカメラている。しかし、

撮影用レンズの像を反射鏡（ミラー）によりピ（1）レンズ交換ができる

ントグラス上に結像させて対象物を確認し、シャ（2）より精細な画像で確認できる

ッターを切る瞬間だけミラーを動かして感光面という目的のために、DSCでも一眼レフタイプが業務（フィルムまたはイメージセンサ）に結像する構用、プロ用、高級アマチュア用として市場を伸ばして造のカメラ。高級カメラの多くがこの方式であり、きている。

レンズ交換ができることを特徴としている。
（3）二眼レフカメラ

特に、SLRだけが持つ、レンズ交換可能、より精細な画像の確認という特長を更に発展させて、より高画撮影用レンズ系とは別に、連動する対象物確認のためのレンス系を設置したカメラ。撮影の瞬間も像を確認できるが、視差（パララックス）が生じる欠点がある。
（4）ビューカメラ

質化を目指したDSCとして、DSC市場の主流となりつつある。
一般民生用DSCの画像データはビット数8bit、JPEG圧縮でテレビモニタの色再現範囲と同じsRGB色空間で出力されるが、高画質化を目指すSLRの殆どは、結像面にピントグラスを置いて確認した後、シセンサの出力信号をほぼそのまま取り出す「ローデーートフィルムや乾板などに置き換えて撮影する、

タ（Raw data）」により、8bitより大きなビット数や写真館などで使用するカメラ。

sRGBより広い色再現域を扱うことができる。

一眼レフカメラは図4.18に示すように機構が複雑でしかし、ローデータはイメージセンサに固有の形式はあるが、感光面に写る画像と全く同じ画像を目で確で出力されるため、画像を得る（現像する）ためには、認しながら撮影できるため、高級機種に採用されてきそれぞれのカメラに専用のソフトウェアを使わなけれている。

ば画像が得られないという欠点を持っている。
民生用DSCの画像ファイルが、統一規格Exifに準拠して記録され、ファイル取り扱い規定「DCF（12）」に従って統一的に処理可能となったため、カメラの種類を問わずに共通の画像処理が可能であったことに照らして、ISOでもローデータの共通化を図ろうとする動きもあるが、各社のノウハウを開示することに繋がる可能性もあるため、DSC製造者側は消極的である。
図4.18

一眼レフカメラの構造

最初の一眼レフカメラは1884に市場に出たIhagee
Kine-Exaktaと言われている。

4-7-7 カメラ付携帯電話（Camera Phone＝CP）
携帯電話機にカメラ機能を備えた最初の機種は、1999年に京セラが端末を製造し、DDIポケット（現しかし、商品として市場に迎えられたのは1949年5月

WILCOM）から発売されたVP-210である。同機は11に発売されたCONTAX Sである。日本では旭光学（現万画素のCMOSセンサーを備えたPHSであるが、TV

ペンタックス）が1952年にASAHIFLEXを発売した。

電話用として使うことを意図して、液晶画面とカメラ

DSCにおいても、民生用DSCが台頭してきた時期かとが同一面に設置されていた。この他にも、TUKAやら、報道関係などを対象とした一眼レフ型のDSCが市NTT DOCOMOから携帯電話機にアダプタとしてカ場に出始めたが、普及するには至らなかった。

メラ機能を付加できる機種は試験的に発売されたが、デジタル一眼レフ（D-SLR）普及のきっかけを作っ普及するには至らなかった。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

8310_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ84

CPが本格的に商品化されたのはJ-PHONE（現ソフ

いるのに対して、CPは通信機能を主機能とする新しトバンクモバイル）とシャープが共同開発して2000年

い民生用情報通信機器として位置付けられる。常時携

11月に市場投入したJ-SH04が最初である。撮影した画

行する電話機にカメラ機能が付加されたことで、画質像をメールとして送信できる機能が歓迎され、J-をそれほど重要視しないスナップショットなどを目的

PHONEは急速にシェアを拡大した。

とする場合には、電話機と別にDSCを携行する必要性

その後、キャリア各社があとを追い、2001年にはが薄れたといえる。

TUKAと三洋電機がTS11、2002年にはauとカシオがこのため、今後もスナップ用のカメラとして、高級A3012CA、同年NTTとシャープがSH251iを発売した。

カメラ、コンパクトカメラと共に、大きな市場を形成

初期のCPは画素数が少なく、撮影した画像はCPのしていくものと思われる。

画面で再生するためのものであったが、2003年から各社が100万画素を超える機種を発売し、同年12月には＜注＞

NTT DOCOMO, Vodafone, au共に200万画素の機種を（1）財団法人日本カメラ博物館所蔵写真提供

発売、2005年には400万画素の機種まで発売され、現在（2）1838年のSaturday Magazineから（号数不明）

は500万画素の機種まで発売されるに至り、画素数だけ（3）従来1826年にニエプスが撮影した「自室からの眺で比較すると一般のDSCと同等のものとなっている。

め」が最古の写真とされていたが、今世紀に入っ

携帯電話全体の生産の推移を図4.19に示す。

てから「馬を引く男」が発見され最古ではないかと言われている。
（4）「カセットデッキを使用したデジタル静止画記録装置」, 景山他、Magnetic Recording Committeeof the IECE Japan, MR80-25, October, 1980
（5）"Digital Still Picture Recorder utilizing an
Ordinary Audio Cassette Deck", Satoshi
Kageyama, Kyoichi Kudo, Masatoshi Tanaka,
Masao Ohyama and Motokazu Ohkawa

IEEE

Transactions on Consumer Electronics, Vol.CE図4.19

携帯電話生産高の推移（13）CPの技術的なコンセプトに関しては、端末機器メーカ主導で開発されており、これらのメーカはDSCの（6）カメラ映像機器工業会統計資料およびカメラ博物館提供資料よりメーカでもあるため、DSCの技術がCPに転用されて（7）カメラ映像機器工業会統計資料を基に作成いる。したがって、CPの画像ファイルフォーマット

（8） National Association of Photographic Manufacturers

はDSCで採用されているExifを採用しており、CP間

米国のカメラ工業会として1946年に設立され、およびCPで撮影した画像をファイルとしてPCに保存

1997年にする場合の互換性が保たれている。

Manufacturers Association と改称、2001年にDIG

画素数だけで見ると、CPはDSCと比肩するまでに至PIMA＝Photographic and Imaging（Digital Imaging Group）と合併してI3A＝っており、ズーム機能などのカメラ機能も充実してきInternational Imaging Industries Association とな

たが、小型で通信主体の携帯端末に搭載する副次的なり現在に至る。

機能としてのカメラという位置づけから、レンズの性
能や画質の点では、撮影専用のDSCの性能には及ばな（9）総務省「通信利用動向調査報告書世帯編」平成13年版

1頁

いのが現状であり、CPのカメラとしての性能が向上す（10）総務省「情報通信白書」平成19年版151頁

るとDSCの性能は更に一歩先に進むという関係にあ（11）総務省「情報通信白書」平成19年版12頁

る。しかし、携帯に便利で、写した画像を転送して保（12）（社）電子情報技術産業協会（JEITA）規格

存でき、必要最小限の撮影機能を備えたCPは、携帯電

Design rule for Camera File system（カメラフ

話の他にカメラを携行する必要が無く、スナップ写真ァイルシステム規定DCF 2.0 2003年9月の撮影用として便利であり、2003年にはカメラ機能な（13）（社）電子情報技術産業協会「産業用電子機器需しの携帯電話を凌駕して携帯電話の主流となった。
DSCに通信機能を持たせることは法的に規制されて

84

31, No.2, May 1995 pp96-107

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

要予測」2006〜2009年度

16頁

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ85

5 デジタル・スチルカメラ（DSC）の構成
ISO12231（Vocabulary）によると、DSCの定義は、ダイオード）を規則的に二次元配列した構造を有して

portable, hand-held device which incorporates anいる。

image sensor and which produces a digital signal
representing a still pictureとあり、注記としてThe digital signal is typically recorded on a removable memory, such as a solid-state memory card ormagnetic disk. とある。

図5.1

DSCの構成図5.2

半導体PN接合のバンド構造

すなわち、DSCにはイメージセンサが不可欠であり、シリコン（Si＝Silicon）などの半導体のPN接合部に被写体からの光を、平面上に光電変換素子のセルが並

逆バイアスを印加した状態は、図5.2に示すようなエんだイメージセンサ上に結像させて、各セルからの電ネルギーバンド構造として表される。この接合部に外気出力を取り出し、デジタルに変換して一般的には半部から光を照射すると空乏層内で価電子帯（valence

導体メモリや磁気ディスクに画像情報として記録するband）内の電子が伝導帯（conduction band）上に励

携帯形の画像情報機器である。

起され、価電子帯には正孔（positive hole）が残され

図5.1にDSCの基本構成図を示す。全体は光を電気る。これらの電子と正孔は印加された電位に引き寄せ信号に変換するイメージセンサ、光学系、電子系、記られ、広い照度範囲に亘って光の強度（照度）に比例

録系（メモリカード）、LCDディスプレイなどの表示

する電流が流れる。これがフォトダイオードの原理で系、および電池などの電源とに分けられる。

あり、イメージセンサの各セルは、このフォトダイオ

さ ら に 、 光 学 系 は レ ン ズ （ l e n s ）、 シ ャ ッ タ ーードの出力を取り出すものである。

（shutter）、絞り（iris）、光学ローパスフィルタ（optical low-pass filter）、赤外線除去フィルタ（IR cut filter）などで構成される。コンパクトDSCでは、露光時間の調整を電子的に行い、機械的なシャッターを備えていないものもある。
電子系はアナログ信号処理部、デジタル信号処理部、コントロール部、出力部、記録部などに分けられる。

図5.3

CCDとCMOSセンサ

以下、DSCを構成する主要な要素について述べる。
図5.3に一般に使用されているIT-CCD（Interline

5.1 イメージセンサ

Transfer CCD）とCMOSイメージセンサの構造を模式的に示す。

DSCに用いられる撮像素子（イメージセンサ）には

IT-CCDではセルが碁盤の目状に形成されており、各セルの信号の読み出し方法と読み出した信号の増幅

光の量に応じて各セルに生じた電荷を、各セルごとに方法の差異によってCCDとCMOS（Complementary

設けられた電荷転送部（バケツ）に一斉に移し、バケ

Metal Oxide Silicon）センサの二種類があるが、両者ツの中身を垂直方向の伝送路に沿って上から順に次々

共、半導体（シリコン）の内部光電効果を利用した数と下のセルのバケツの中に受け渡し、最下段では水平

ミクロン程度の非常に小さな光電変換素子（フォト・

伝送路で左から順に右送りで読み出すのに対して、

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査8510_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ86

CMOSセンサではアドレス線を用いて各セルを個別にいられるのではなく、画像構成に使用されるイメージ読み出す。

センサ上のセルは「有効画素」と呼ばれ、イメージセ

また、CCDではバケツリレーの最後の段階で、一つの増幅器で信号を増幅するのに対して、CMOSセンサ
では各セルごとに増幅器が付属している。

ンサ上の有効画素の数は「有効画素数」として記述される。
図5.6にイメージセンサ上の画像を示す。中央のグリッド部が出力画像となるが、周辺のグレイ部分のセ
ルも輪郭補正や画素補間などの画像処理用信号として使用されるセルであり、「リングピクセル」と呼ばれ
ている。

図5.4

被写体とイメージセンサ

被写体とイメージセンサとの対応を図5.4に模式的に示す。各セルはイメージセンサを構成する最小単位であるから、入射光における各セルへの立体角内の情報は、その立体角内の情報量の平均値として扱われ、

図5.6レンズから被写体を見た立体角内の情報を、それ以上

リングピクセルの概念

細かく分けることは不可能である。したがって、被写この領域のセルの情報は画像自体としては表示され体上での非常に接近した二点から放射された光が同一ないが、表示された画像の品質向上に有効な役割を果のセル内に入射した場合は、被写体上の二点を識別すたしているため、有効画素数の表記にはリングピクセ

ることができない。

ルを含めることが許されている。
解像度の定義は被写体に対する空間周波数応答特性を表す物理量であり、これを測定するには、図5.7に示すような空間周波数が連続的に変化しているチャートを撮影して、どの空間周波数まで再現できたかで表示するか、あるいは図5.8に示すような白と黒が階段状に変化するパターンを撮影して、出力信号のフーリ
エ分析により空間周波数応答（SFR＝Spatial
Frequency Response）を求める方法もある。

図5.5セルの模式図すなわち、被写体はセルのパターンに相当したモザ

図5.7

解像度測定チャートの一例

イク状の画像として記録される。一般的に、画素数が多くなるほど一つのセルに見こむ立体角が小さくな
り、このモザイクのパターンは微細になる。したがって、各セルは被写体の十分に小さな部分に対応していなければならない。
いま、図5.5に示すような碁盤の目状の正方セル構

図5.8

SFR測定用階段状パターンの一例

造のイメージセンサを考えたとき、このイメージセン
サ上の一方向は図3.3における横軸xに対応する。
つまり、イメージセンサで捉えた画像は、空間的に離その測定に用いるチャートや解像度の計算用ソフトウ

散的であり、各セルからの出力信号は後段の処理によっェアなどがISO TC42において提案され、審議されててデジタル値として与えられるものである。

いる。図5.9は日本から提案された解像度測定用チャ

イメージセンサ上のセルの総数は「総画素数」として表される。しかし、画像の構成には全てのセルが用

86

この他にも解像度を測定するための様々な方法や、

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.Marchート（ISO 12233チャート）である。
一般にDSCの解像度は画素数で一義的に決まってし10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ87

図5.9

解像度測定用ISO12232チャート
図5.10

Bayer型原色カラーフィルター

まうと誤解されていることが多い。確かに画素数は解像度を決定する要因の一つではあるが、解像度は画素

青（B＝Blue）の三原色を通過させる原色型と、シア数以外の要因、例えば画像処理の方法やフィルタの構ン（C＝Cyan）、マゼンタ（M＝Magenta）、イエロー

成、光学性能などによっても支配されるし、撮影する（Y＝Yellow）を通過させる補色型とがある。

際に選択する、ファイン、ノーマルなどと表示される

図5.10に原色型フィルタの一例（Bayer型）を示す。

画質によっても変わる。

Gの部分がRとBの二倍あるのは、人間の目の緑に対フィルムの場合は感光物質の粒子が規則的に配列しする感度が他の二色に比して高いため、Gを多くとるておらず、また感度によって感光物質の粒子サイズがことにより、視覚的な解像度を高める効果があるため異なるため、DSCの画素数に対応するような数値を求である。

めることは困難であるが、ISOチャートなどを用いてイメージセンサの各セルを「ピクセル（pixel＝pic-

空間周波数特性を測定することにより推定することがture element）」と呼ぶこともあり、DSCのイメージできる。これによると、ISO100のフィルムで600万〜

センサの有効画素数を表すときに例えば「3Mpixel」

1,000万、ISO400のフィルムで450万〜1,000万画素相当というような記述も見られる。

になる。
したがって、最近のDSCは画素数で比較する限りにおいてはフィルムカメラに匹敵あるいは凌駕するものもあると言える。

一方において、イメージセンサの出力に圧縮や画像補正などの画像処理を施した後の画像の最小構成要素
をピクセルという呼び方もある。
前者は画像を取り込むイメージセンサ上の物理的なCCDまたはCMOSセンサの各セルは、そのままでは最小構成要素部分を表す概念であり各イメージセンサ

光の強弱に反応するだけであり、いわばモノクロームに特有であるが、後者は出力された画像の最小構成要

フィルムのようなものである。したがって、色に反応

素という概念であって、例えば画像の圧縮などの処理させるためには、各セルにカラーフィルタを装着しなによって変わるものである。

ければならない。単板式イメージセンサでは各セル上

ここでは、入力側のイメージセンサの最小構成要素に色フィルタがモザイク状に配置されており、三板式を「セル」、出力画像の最小構成要素を「ピクセル」

イメージセンサではプリズムなどを用いて、被写体かと呼ぶこととする。

らの入力光をカラーフィルタを通して三枚のイメージ

1mmに何個のセルが並んでいるかを、イメージセン

センサに導く。

サの空間周波数として表示する。

カラーフィルタには赤（R＝Red），緑（G＝Green），

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

87

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ88

情報が入力されることになる。この結果、セルの空間

5.2 光学系

周波数よりも高い空間周波数を持つ画像の再生は不正確になるばかりでなく、偽画像（artifact）を生ずる

レンズ設計やフレア対策などの光学技術は、銀塩カことになる。これを防ぐために必要なものが光学ローメラにおいて長年にわたって培われてきた技術であパスフィルタ（LPF）であり、水晶などの複屈折を利り、銀塩カメラで独自のノウハウを確立してきたカメ

用して、セルの空間周波数よりも高い空間周波数を持ラ会社にとっては最も独自性が発揮できる得意分野でつ画像信号を遮断するものである。

ある。

デジタルという斬新な技術を使った機器として、そしかし、最適なレンズ系を設計するにはイメージセの開発の主体としては、ややもすると電子情報系の技

ンサの寸法や物理特性を考慮にいれなければならない。

術が強調され易いが、DSCの光学性能を高めるために

図5.11に示すように、35mmフィルムの受光面サイは銀塩時代から受け継いだ光学設計の能力が不可欠でズは36×24mmであり対角長は約43.3mmである。こある。

れに対してDSCのイメージセンサは35mmフィルムと同サイズのものもあるが、一般にフィルムのサイズよ

5.3 電子系

り小さく、一眼レフDSC用でほぼ24×16mm（対角長約28.8mm）程度であり、レンズ一体型のDSCに多く

イメージセンサ自体の出力はアナログ信号である。

用いられている2/3型は8.8×6.6mm（対角長11mm）、

この出力信号はイメージセンサのノイズを低減するた

1/3型になると4.8×3.6mm（対角長6mm）である。

めの相関二重サンプリング（CDS＝Correlated Double
Sampling）と呼ばれる回路を通した後でAD変換器によりデジタル信号に変換される。民生用のDSCにおけるデジタル信号は8ビット（256階調）である。
このAD変換器およびデータの直線化、暗電流低減、シェーディングおよび感度補正、フレア除去、ホワイ
トバランスを施しただけの出力データはローデータと
呼ばれる。

図5.11

イメージセンサのサイズと焦点距離

デジタル画像処理部では、セルの欠陥やばらつきのイメージセンサのサイズが小さくなると、撮影可能

補正、後述の画素補間（de-mosaicing）、輪郭補正なな被写体の範囲（画角）が小さくなり、撮影した画像

どを行なった後、民生用DSCでは、画像ファイルフォ

を同じ大きさの画像として再生した場合、画角の狭い

ーマットExifに従って画像ファイル、および画像に関

画像は望遠レンズで撮影したような画像となる。すな

連する種々の情報が構成される。

わち、35mmフィルムを使用したときにF35（mm）であったレンズをイメージセンサの対角長がD（mm）

5.4 記録系であるDSCに使用すると、見かけの焦点距離Fは次式
によって与えられる。

F = F35 ×

殆どの民生用DSCでは、この記録媒体として半導体

43.3
D

初期のDSCではSRAM を内蔵したPCカードを使用したが、カード内にバックアップ用の電池を装備するこしたがって、レンズ交換可能な一眼レフ型DSCに、とが必要であり、メモリサイズも小さいものであった。

35mmフィルム用のレンズを取り付けた場合には、焦1984年にFlash Memoryが発表されてから、これを点距離は望遠側にシフトする。また、35mmフィルム

内蔵して1994年にSanDiskからCompactFlash、1995年の焦点距離の表示に慣れているユーザのために、上式に東芝からSmartMedia （4）、1997年にSiemensとで換算した焦点距離を「35mm換算」として表示してSanDiskからMMC（5）、1998年にはSonyとSanDiskかいる。

らMemory Stickというように、各社から次々に新し

イメージセンサの受光面において、前述の空間周波88

メモリを内蔵したメモリカードを使用する。

いメモリカードが発表された。

数よりも高い周波数の画像、すなわち、セルの大きさ

これらのカードは、それぞれの用途に応じた形状・よりも細かな画像は、一つのセル内に一つ以上の画像

寸法をもっているほか、メモリ・コントロールの方法、

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ89

データ転送の方法、セキュリティの有無などの特徴を

Liquid Crystal Device）ディスプレイを備えた機種は有している。しかし、その中に記録された画像ファイ

カシオのQV-10であった。

ルは、どのメモリカードを使用する場合でもExif規格

フィルムカメラを構える場合は、カメラを顔面に固に則っており、カード内でのディレクトリ構造はDCF

定してファインダーを片目で覗くというスタイルが固に基づいている。

定していた。ところがDSCでは殆どのカメラが光学フ

このため、PCが目的のカードの読み出し、書き込ァインダーを備えているにもかかわらず、腕をある程みができる場合は、カードの種類に関係なく画像ファ

度伸ばしてカメラを顔から離し、液晶画面を見ながらイルを扱うことができる。

撮影するというスタイルが多い。手ぶれなどの点からDSCでは、このように記録媒体に依存しないフォー

は、顔面に固定する方が望ましいが、画像を確認しなマットを策定したことが大きな特長であり、このことがら撮影できるという機能が好まれているようである。

はビデオにおけるVHS対ベータに見られたようなフォDSCで採用しているファイル取扱い規定「DCF」でーマット競争で市場を混乱させるという状況が未然には、画像を再生する装置を「Reader」と呼び、副次的回避され、DSCのフェアな競争を促した結果、市場のに画像再生機能を備える装置をReader 1、画像再生機

急速な伸長に貢献したことは確かである。

能を主機能とする装置をReader 2として区別している。
DSCは画像を撮影することを主機能とするため、本

5.5

表示系

体に装備されている表示系はReader 1として扱われる。Reader 1では後述の表8.6に示すように、主画像

DSCは、撮影した画像をその場で確認して、失敗でを表示することは必須条件ではなく、縮小画面（サム

あれば撮り直しをすることができるという長所を持っネイル＝thumbnail）を表示してもよいこととなってている。民生用DSCにおいて最初に液晶（LCD＝いる。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

8910_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ90

6 DSCの特徴
DSCにおけるイメージセンサは、フィルムカメラに一方、比較的光量の少ない被写体を撮影する場合におけるフィルムに相当する。フィルムカメラでは受光は暗部におけるノイズが問題となるため、推奨露光指量に応じた化学変化の進捗度として記録するのに対し数はノイズの量から算定される。

て、DSCでは受光量に応じた電荷の発生量として記録

また、一般的な撮影の場合においては、被写体の照する。その結果として、DSCでは画像の即時再生が可度分布の中間付近の照度でイメージセンサの出力が飽能となり、記録媒体の繰り返し使用が可能になったな

和値の半分程度になるように推奨露光値が定められる。

どの特徴が挙げられる。DSCと銀塩カメラの一般的な

また、センサの特性の差によって、フィルムカメラ

比較を表6.1に掲げる。
表6.1

DSCと銀塩カメラの一般的比較とDSCとは設計上、カメラの特性上、および構造上で基本的な差が生じる。
フィルムには、カプラという色素を含んだハロゲン化銀乳剤が塗布されていて、感光すると銀分子がカプラと共に析出する。現像工程で銀分子を取り去れば、カプラだけが残り発色する。
露光量（入力）をH、カプラの濃度（出力）をDとするとき、ある範囲にわたってD = γ × log( H )なる関係が成立する。この関係が保たれる露光範囲、
すなわち適正露光範囲をラティテュード（latitude）という。図6.1にネガフィルム、リバーサルフィルム
しかし、DSCとフィルムカメラとの差は単に画像再生時の特徴の差に留まらない。

およびDSCに用いられるイメージセンサの感度特性を模式的に示す。

6.1 感度特性
DSCが銀塩カメラと決定的に異なる点として、銀塩
カメラでは画像を作り出すための装置（カメラ）と、記録媒体（フィルム）が別個になっており、一台のカメラで種々のフィルムを選ぶことが可能であるのに対してDSCでは、それ自体が撮影用および記録用の機器となっていることが挙げられる。
銀塩カメラにおける画像の最適露光は、カメラ本体

図6.1

感度特性の模式図の光学系の明るさを表すF値と、フィルムの感度指数を表すISO値の組み合わせで選択できる。手動で露出γが大きいと露光量の差に対する感光度の差が大きを合わせる場合、フィルム感度に合った適切な露光量

く、いわゆる硬い画像となり、逆にγが小さいと広いが、推奨露光指数として与えられる。

露光範囲を狭い出力範囲で表すこととなり、軟調の画これに対してい、DSCでは使用するイメージセンサ像となる。ネガフィルムの感度特性においては一般にを換えることができないため、撮影時の最適露光は、γは小さく、更に全体的にS字特性を持っているため使用するDSCにより決まる。

に、露光範囲をより広くとることができる。一方、リスタジオ撮影などのように、強力な照明を用いてバーサルフィルムではγ=1に近い部分を使用し、こDSCのイメージセンサが飽和する寸前までの入射光をの範囲の露光、いわゆる適正露光範囲もネガフィルム

取り込む場合には、推奨露光指数は用いるDSCのイメに比して狭い。

ージセンサを飽和させる光量から導き出される。

90

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

このため、一般のスナップ写真などでは、適正露光10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ91を重視しなくても現像段階である程度の露出補正が可の前に全て破棄されなければならない。これらの動作

能なネガフィルムが多く用いられ、印刷や画像資料とのために遅延が生じるが、技術的な改良の結果、このして露光量に応じた正確な出力が要求される場合には遅延は徐々に改良されている。

リパーサルフィルムが用いられる。
すなわち、ネガフィルムの場合は被写体の情報をな

6.3 スミア (smear)

るべく多く取り込むことを重視するのに対して、リバーサルフィルムの場合は人間の視感度特性に近い感光イメージセンサとして用いられるCCDでは、入力光特性を有しているため、スライド映写機などを用いたの強度に応じて各セルに発生した電荷は、バケツリレ

透過光の特性は自然に近いものが得られるが、適正露ーのように、まず垂直方向に伝送され、その後水平方

光範囲が狭いため、ダイナミックレンジの広い被写体向に伝送される。このとき、もしある一つのセルに過の撮影には不向きであるし、被写体を適正露光範囲に大な入力光が入射して、発生した電荷量がセルに収ま保つための照明を要することもある。この意味で、ネ

りきれなかった場合、余剰電荷が垂直方向の各セルにガフィルムは被写体指向（scene referred）のフィル

重畳され、結果として画面上に白い線状のパターンがムであり、リバーサルフィルムは出力指向（output

現れる。これをスミア（smear）とよぶが、これは電referred）のフィルムである。

荷をリレーする構造のCCDに特有のものである。これ

一般的な民生用DSCの場合、イメージセンサはγ＝を防止するためには、機械的シャッター（メカニカ

1で出力は8ビットであるから、出力の範囲は1：256つ

ル・シャッター＝mechanical shutter）を用いて過剰なまり、約24dBとなる。このため、コンパクトDSCで入力光を遮断する。

はネガフィルム特性に近づけるために、電気的にガンマ特性を付加している。

6.4 カラーフィルタ

また、図7.8に示す富士フイルムのスーパーハニカ
ムSRのように、サイズの異なる二種類の単位センサ

DSCの色フィルタには原色フィルタ（R＝red, G＝（セル）を組み合わせることにより、latitudeを拡大す

green, B＝blue）と補色フィルタ（C＝cyan, M＝る効果を狙ったイメージセンサもある。

magenta, Y＝yellow, G＝green）の二種類がある。

前述のように、フィルムはカプラをハロゲン化銀のPCなど、原色信号を扱う機器との整合性を重視する乳化剤で包み込んで塗布したものであり、銀の粒子は場合は原色フィルタが用いられ、民生用のDSCの殆ど

不規則に並んでいる。これに対してDSCに用いるイメ

は原色フィルタを用いている。一方、補色フィルタのージセンサは規則的に配列されているため、入力信号

場合は人間の視感度の高いG信号を用いて見かけの解（画像信号）の空間周波数との間に混変調歪（modula-

像度を向上できるなどの特徴を持っている。いずれのtion）を生ずる。これはDSCにおける光学的低周波濾

場合も、表示色域は出力信号の計算によって変えるこ過フィルタ（optical low pass filter）が不可欠な理由とができ、また、異なる色表示系に変換することも可である。

能である。このため、DSCでは出力信号を調整することにより、白色点を変える（white balance）ことが6.2

シャッター遅延できるものが多い。これは、フィルムカメラではできなかった機能である。

DSCでは、一般にシャッターを半押しにした状態でフォーカス合わせが行われ、更に押し込んだ状態（深6.5 手ぶれ補正押し）でシャッターが作動する。しかし、半押し状態
から深押しをした時に、直ちにシャッターが作動せず、殆どのDSCにおいては背面に液晶ディスプレイを備

露光の時間遅れを生ずる場合がある。特に周囲の光量えており、撮影の際にはディスプレイを見るために腕が不足しているときに、この遅れを感じることが多い。

を伸ばして撮影することが多く、このために手ぶれがDSCの場合は半押し状態でイメージセンサの出力をおこり易い。フィルムカメラでも手ぶれ補正装置を備

焦点距離測定のために画像処理とは別系統の回路を用えたものはあるが、DSCでは多くの機種がこの機能をいて使用し、その結果得られた適正焦点距離に光学系具備している。

を機械的に駆動して合わせている。距離の測定に用い手ぶれ補正には、電子的手法と光学的手法とがある。

られたイメージセンサの信号は、シャッターの深押し

電子的補正はDSCに特有のもので、イメージセンサのデジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

9110_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ92

各セルの出力から補間処理によって手ぶれを除去するものである。一方、光学的補正は、ジャイロなどの信

6.9

オートフォーカス

号を参照して、光路が一定に保たれるように光学系を制御するもので、光学系自体を駆動する方法や、偏光フィルムカメラのオートフォーカス（自動焦点合わ板などを用いて光路を制御する方法が知られている。

せ）には、カメラから超音波や赤外線などを放射して被写体からの反射を受けるまでの時間から距離を測定

6.6 匡体の薄型化

するアクティヴ方式と、光学的に焦点を合わせるパッシヴ方式がある。パッシヴ方式は、コニカミノルタ

フィルムカメラの場合は、カメラ本体を、マガジン（コンパクトカメラ用が旧コニカ、一眼レフ用が旧ミ（フィルムが装填されている容器）の太さ以下にする

ノルタ）が世界で初めて実現した機構であり、アクテ

ことはできなかった。一方、DSCの場合は厚さを制限

ィヴ方式がガラス越しの撮影での測距が不可能である

するものが無いため、イメージセンサの配置法に工夫

欠点を解決した。

をすると、反射鏡などで光路を曲げることにより薄型化を図ることができる。
2002年に発売されたミノルタのディマージュXはプ
リズムで光路を90度曲げることにより、本体の厚さを20mmにしている。このように、フィルムカメラでは考えられなかったワイシャツのポケットに収まるよう
図6.2

な薄型DSCも可能となった。

オートフォーカスの原理

被写体の空間周波数に対する応答は、図6.2に示す

6.7 レンズ一体型一眼ように、焦点が合っている場合に最も高く、焦点からずれるに従って低下する。この原理を利用して、レン

一眼レフカメラでは、イメージセンサへの入力信号

ズの位置をずらしながら、空間周波数応答が最大になを、反射鏡を用いて実像として結像したものをファイる位置を求めれば適正なフォーカスが得られる。ただンダーで覗く構造になっている。この方式では、入射し、被写体の空間周波数が特定できないような被写体、光の光路は、シャッターを切る瞬間にイメージセンサ

例えば単一色の壁などの場合には適正焦点位置を求めへの光路に切り替えられ、ファインダーの像が消えるることは困難となる。

という欠点がある。富士フイルムが開発した方式など

フィルムカメラの場合には、この焦点合わせのためでは、一眼レフ型のファインダーで小型CCDディスプのセンサが必要となるが、DSCではイメージセンサのレイの画像を見る構造となっている。光学的な実像を出力をそのまま焦点合わせに利用できるため、フォー

観察するものではなく、解像度もピントグラスより落カス専用のセンサは不要となる。

ちるが、シャッターを切った瞬間でもファインダーの画像が消えないという特徴を持っている。

6.8 消費電力

6.10 デジタルズーム
DSCにおいては、機械的にレンズの焦点距離を変えることによるズーミングの他に、イメージセンサに結

最近のフィルムカメラにおいても、オートフォーカ

像した画像の中心部分を電子的に拡大して出力するこ

ス、ズーム、露光調整、フラッシュなどの機能が電子とにより望遠効果を得る電子ズーム機能を使うことが化され、また、連続撮影機能を有するカメラではフィできる。

ルムの送りが電子化されていて、いずれも電池を必要

例えば400万画素のイメージセンサの中央の100万画としている。しかし、DSCにおいては、フィルムカメ

素を拡大して出力すると、縦横共に2倍に拡大された

ラの有する諸機能の他に、イメージセンサ、画像処理

画像となり、焦点距離が2倍のレンズで撮影した画像

用LSI、およびメモリの書き込みや読み出しのためにと同等の画角となる。この電子ズーム機能により、フィルムカメラ以上に電力を消費する。この問題を解

DSCは銀塩カメラより遙かに広いズーム範囲を実現す決するために、電子回路の低消費電力化や電池の長寿ることが可能となった。

命化が図られている。

92

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

ただし、上記のように望遠の倍率を上げるほどイメ10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ93号から計算でE1からE4に相当する位置の信号を求めるなどの画像補間技術を用いている。しかし、拡大率を大きくすると情報源となる元の画素数は少なくなる
ため、光学ズームによる望遠映像と比較すると画質の劣化は大きい。
DSCのデジタルズームや、画面サイズを変更する場
合には、画面を構成する画素の数を連続的に変更する
図6.3

デジタルズーム

必要がある。これもデジタルフィルタ技術を用いて、ージセンサで使用する画素数は減少し、そのままでは新しい画面上の画素の位置の情報を、元の画面から補画像のモザイクパターンが大きくなる。

間して生成する。これにより、画像を拡大した場合の

図6.3の場合では、イメージセンサのセルEの信号はジャギー（ぎざぎざ）を低減することもできる。

E1，E2，E3，E4の4つの画素信号に拡大表示される

DSCにおいては、レンズの焦点距離を変えることにこととなり、ジャギーな（jaggy＝ギザギザな）粗いよるズーミングの他に、イメージセンサに結像した画画像となる。これを改良するために、例えばセルEお像の中心部分を電子的に拡大して出力することによりよび隣接するA，B，C，D，F，G，H，Iのセルの信望遠効果を得る電子ズーム機能を使うことができる。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

9310_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ94

7 DSCの関連技術とその系統化

図7.1

DSCの発展に寄与した技術としては、

DSCの展開

7-1-1

多画素化

1．半導体技術1988年に試作された最初のDSCであるDS-1Pおよび（1）メモリ

翌1989年に初めて市販品として発売されたDS-X（2）撮像素子（IMC-100）は共に40万画素のCCDを用いた。

（3）専用LSI
2．デジタル信号処理技術

これらのDSCは、テレビでの再生を目的としていた
ため、VGA（Video Graphic Array）並の307,200（1）画像処理（640×480）画素で十分との設計思想によるものであ（2）画像圧縮った。

（3）コンビュータ用OS、画像処理ソフト

1995年に市販されて民生市場を拓く牽引者となった

3．色再現管理技術

カシオのQV-10および翌年発売されたQV-10AはPCの

4．PCおよび、プリンタなどの周辺機器

ディスブレイ上の再生を意図していたが、記録画素数
は25万画素であった。

などが挙げられるが、従来の銀塩カメラで培ってきたPCのディスプレイで再生するのであれば、VGAよレンズ設計等の光学技術や精密機械技術もDSCで活かり高精細なSVGA 'Super VGA＝800×600），XGAされてきた。これらの中の主な技術について概要を述（eXtended Graphic Array＝1,024×768），SXGA

べる。（図 7.1）

（Super XGA＝1,280×1,024），UXGA（Ultra XGA＝1,600×1,200）などの画素数での再生が可能であり、

7.1 撮像素子（イメージセンサ）

画像処理によって分割表示や拡大表示をする場合には画素数に制限を生じない。

DSCの発展に寄与した技術の中でも特記されるのはまた、画像をブリントアウトしてみる場合にはテレ半導体である。とくに撮像素子とメモリはDSCの民生ビの画像並では不十分で、手札版の大きさで約100万機器としての発展に大きな貢献をした。最初に撮像素画素は必要である。

子の技術進歩について述べる。

94

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

このような要求に沿って、1997年にはFujix DS-300

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ95（富士フイルム）、Camedia C-1400（オリンパス）、

DSCの多画素化の流れを表している。図7.2にこの境

Konica Q-M100（コニカ）など、100万画素を超える界の推移を示す。

CCDを備えたDSCが発売され、翌1988年にはEOS
D2000（キヤノン）、Dimage RD3000（ミノルタ）、（単位：千円）FinePix700（富士フイルム）、Nikon D2（ニコン）な
ど200万画素を超えるDSCが発売された。
その後、DSCの画素数は年を追って多画素化に進み、2007年時点で1000万画素（10MPixel）を超える機種も発売されている。

図7.3

画素数の変遷（2）

図7.3にイメージセンサの有効画素数別のDSCの平均価格の推移を示す。同一画素数のDSCの価格は年ごとに下落しているが、多画素化した新製品を主力製品とすることにより、DSC全体の市場を支えている。
7-1-2
図 7.2

多画素化の動向（1）

DSC専用メージセンサの開発

一枚の画像は画面を細かな画素に分割し、各画素の信号を順次取り出して構成される。この信号の取り出

多画素化を図るには、し過程を「走査」と呼ぶが、走査には図7.4の左に示

1．単位セルの寸法を小さくする

す「飛び越し走査（interlace scan）」と、右に示す

2．イメージセンサ全体の寸法を大きくする「順次走査（progressive scan）」とがある。

の二つの手法が考えられる。しかし、単位セルを小さくすると、同じ光量に対するセル当たりの発電量が低下するため、入力光が無い場合の暗電流によるノイズを減少しなければ、信号対雑音比（SNR＝S/N
Ratio）が低下してノイズの多い画像となる。
また、イメージセンサ全体の寸法を大きくすると、完全に欠陥の無いイメージセンサが得られる歩留りが図7.4

飛び越し走査（左）と順次捜査（右）低下する。1992年のIS&T（Society for Imaging

映画やビデオは、静止画を連続して提示することでScience & Technology）では、イメージセンサの歩

人間の目に動画として認識させるものである。人間の留まりはサイズの3乗に逆比例するとの発表もあり、目の特性は静止画が提示される時間間隔が短いほどチ

これによると寸法を2倍にすると歩留まりは1／8に低ラつきの少ない滑らかな動きとして捉えることがで下するため、大型のイメージセンサは実用品としては

き、その時間間隔は約1/50である。したがって家庭用

成功しないだろうとの見方もあった。

のビデオムービーカメラではチラつきの改善を重視し大型のイメージセンサを可能にしたのは、欠陥セルのて飛び越し走査を採用し、約1/60秒で図5.2の左に示信号を隣接セルの信号から得る画素補間技術により、あす実線の走査を行い、次の約1/60秒で点線で示す走査る程度の欠陥セルがあっても商品として使用できるようを行う。それぞれの走査は、奇数走査（odd scan）おになり、イメージセンサの低価格化が図れたからである。

よび偶数走査（even scan）と呼ばれ、得られる画像

CIPA（有限責任中間法人カメラ映像機器工業会）

は奇数フィールドおよび偶数フィールドと呼ばれる。

で公開しているDSCの統計は画素数別に区分されてい飛び越し走査を行うと、図7.4の右に示すように全るが、この境界となる画素数は2000年には［1M未満、画面（フレーム）を順次に走査して約1/30秒ごとに提1M〜2M、2M以上］であったが、2006年からは［6M示するプログレッシブ方式よりもチラつきの少ない、

未満、6M〜8M、8M以上］と大きく変更されており、滑らかな動きと認識される。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

9510_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ96

図7.5

動体を飛び越し走査で撮影

ところが、飛び越し走査では奇数フィールドと偶数
フィールドの走査に時間差が生じるため、図7.5に誇張して示すように動いている被写体を写すと、画像に

図7.6ずれが生じる。

セル出力のリサンプリング

初期のDSCでは、後述のようにCMOSセンサの性能はできるが、この場合、縦横の最高空間周波数が異なが低かったため、ビデオムービーカメラ用の飛び越しるため、解像度が縦方向と横方向とで異なってしまう。

走査型CCD（IT-CCD＝Interline Transfer CCD）をしたがって、DSCではイメージセンサのセルは正方使っていた。しかし、IT-CCDをそのまま静止画記録形であり、かつ全てのセルが同時に感光する形態のもに用いると、上記のような問題が生じる。

のが望まれる。このような目的から、DSC用のイメー

DSC用CCDとしては、このような欠点を除くために、ジセンサを独自に開発する必要があったが、まだDSC

電荷転送部にフレーム蓄積部を設けたFIT-CCDの市場が立ち上がっていなかった1990年代初期におい（Frame Interline Transfer CCD）も開発されたが、て、DSC用途だけを目的として新しいイメージセンサ

構造が複雑になり、同サイズのIT-CCDに比して感度を開発することは困難であった。

が低下するという欠点もある。
したがって、CCDを用いたコンパクトDSCでは

CMOSメージセンサの実用化

FIT-CCDを用いるか、IT-CCDを用いて機械的なシャ

CMOSセンサの場合は、CMOS ロジック部分を同ッターを用いて、全てのセルを同時に感光させた後に、一基板上に構成することが可能であり、電源部がCCD

インターレースで読みだす方法をとっている。

に比較して簡単になること、CCDの場合に生じるスミ

ビデオカメラでは、カメラを横向きにして撮影する

ア（強い光によりCCDの電荷蓄積部に入りきらない電ことがないが、DSCではポートレートなどの場合に縦荷が生じた場合、隣接するセルにあふれこみ、結果と長の画像を撮ることがある。ビデオカメラのイメージ

して直線上の光の筋が画面に生じる現象）が生じない

センサのアスペクト比（イメージセンサの1セルの縦ことなどから、多画素イメージセンサ用の素子として横比）は、信号処理の容易さから非正方画素である。

期待されていた。

第3章で述べたように、孤立波の集合であるイメー

しかし、CMOSでは各素子を個別に読み出すため、ジセンサの出力は、フーリエ変換によりイメージセン動いている被写体を撮影する場合、各セルの読み出し

サ内における連続周波数スペクトラムの集合に置き換

時刻が異なるため、そのままでは像に歪みが生じる。

えられる。

これを防ぐためにCMOSでは機械的なシャッターが不したがって、図7.6に示すように間隔T 1で配列され可欠となる。

ているイメージセンサの各セルの出力を連続信号化しまた、前章で述べたように、CCDではバケツリレー

た後に、縦方向と横方向とを同じ間隔T2でサンプリンの最後の段階で、一つの増幅器で信号を増幅するのにグし直す（リサンプリング= resampling）ことにより、

対して、CMOSセンサでは各セルごとに増幅器が付属

正方画素のイメージセンサを用いた時と同じように扱しているため、各セルごとのばらつきを抑えることがうことが可能となる。

困難であった。したがって、CCDは消費電力が大きく、この信号処理は、イメージセンサ上の各セルを一定
時間間隔t1で読みだした信号を低域通過フィルタを通した後に縦方向と横方向に共通な時間間隔t2で切り出すことにより得られる。

96

7-1-3

複数の電源が必要となり、高速化が困難であるなどの欠点を持ちながらも、長く使用されてきていた。
一方、キヤノンはCMOSセンサを独自に開発し、製造プロセスを改良するとともに各セルの暗電流を画像

しかしながら、このようにして非正方画素のイメー処理用のプロセッサに記憶してノイズを削減することジセンサを用いて正方画素相当の信号を作り出すことにより、CMOSセンサの実用化に成功し、2000年に

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ97

APSサイズのCMOSセンサを用いた「EOS D30」を発売した。
これ以後、CMOSセンサは前記の特長を生かして、
デジタル一眼レフカメラなどの多画素DSCに広く使われるようになった。
7-1-4

特殊配列メージセンサの開発

富士フイルムは、スーパーハニカムCCDを2000年に開発して240万画素CCD市場で432万画素相当の縦横解像度を持つ「ファインピックス4700Z」を発売した。
このスーパーハニカムCCDは、図7.7に示すようにフ

図7.8

スーバーCCD SR IIの構造（4）

図7.9

スーパーCCDォトダイオードが市松格子状に配置されており、その開口形状は八角形という特徴がある。

図7.7

ハニカムCCD（3）蓄積された信号電荷は、IT-CCDと同様に垂直転送路
で順次転送されるが、この垂直転送路がフォトダイオSRIIの特性（5）しつつ、RセルではSセルが飽和するような強い入力
光に対応して、全体として広範囲な入力光に対して作動するように図られたものであり、同社の以前のものに比して約4倍のダイナミックレンジを達成した。

ード間を縫うようにしてジグザグに配置されている。

一方、Foveon社は、各原色に対応するセンサ層を

この結果、ハニカムCCDは、従来のIT-CCDに比較重ねた多層構造にすることにより、解像度の向上を図して、フォトダイオード部の面積が大きく高感度となった「Foveon X3（図7.10）」を開発し、2002年に発売

り、水平垂直の画素ピッチがIT-CCDの0.71倍である

されたシグマの「SD9」に搭載された。

ため、水平垂直解像度がIT-CCDの1.4倍となる。また、

これは、銀塩カメラ用のカラーフィルムの構造と類似

自然界は水平垂直方向にエッジ部分が多く、人間の視したものであり、各層のセル全体が一つの色に対応し覚特性も水平垂直方向の方が斜め方向よりも高感度でている。

あることから、視覚的にも高解像度感をもたらす。
さらに同社は2003年に、第Ⅳ世代「スーパーCCDハニカム」として「スーパーCCDハニカムHR」および「スーパーハニカムSR」を開発し、前者は「ファインピックスF410」、後者は「ファインピックスF700」に搭載して発売した。
図7.8に「スーパーハニカムSR II」を示す。これは、高感度のSセルとダイナミックレンジ拡大を図るためのRセルという面積の異なる二種類のセルを組み合わせて配置したハニカム構造を持っている。
これは、銀塩カメラ用のフィルムが、高感度の大型

図7.10

Foveon X3の構造（6）ハロゲン化銀粒子と、低感度だが光量が多いときに感光する微細なハロゲン化銀粒子が塗布されている構造に類似している。
すなわち、図7.9に示すように、Sセルで感度を向上

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

9710_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ98

7.2 フラッシュメモリの発明
DS-1PやDS-Xなど、初期のDSCの記録媒体は小型電池を組み込んだSRAMチップを組み込んだメモリカー
ドカードであった。これはメモリカード内にバックア
ップ用の電池が必要であるだけでなく、記憶容量も2MB程度と非常に小さいものであり、撮影枚数は10枚程度であった。しかるに、小型長寿命で電源を必要とせず、書き換えが容易なフラッシュメモリ（Flashmemory）が東芝で発明され、大容量のメモリが安価で供給されるようになってからDSCはその特長である
経済性、即時性が更に強化されるようになった。
DSCが現在のような発展を遂げた原動力となった最大の技術は、このフラッシュメモリであると言っても過言ではない。
フラッシュメモリは、電子的消去可能かつプログラム

図7.12

Flash memoryの書込み・読み出し原理（8）可能な読み出し専用メモリ（EEPROM＝Electronically

読み出し（R）時の動作原理を図7.12に示す。グラ

Erasable Programmable Read Only Memory）の一種

フの横軸は制御ゲートに印加した電圧、縦軸はその時であり、単位メモリが一つの素子で構成されているたにソース、ドレイン間に流れる電流である。浮遊ゲー

め、単位メモリの面積が小さく、大容量のメモリチッ

ト上に電荷が無い左図の場合は、制御ゲート（コントプの製造が可能である。

ロールゲート）に1V以上の電圧を印加すると電流がこのフラッシュメモリは、1980年代当時東芝で半導流れる。これを閾値電圧が1Vであるという。

体を研究していた舛岡富士雄氏（現東北大名誉教授）

一方、図7.12の上の図の右のように浮遊ゲートに電によって発明されたもので、浮遊ゲート（フローティ

子がトラップされていると、制御ゲートに印加した電ング・ゲート＝floating gate）にトンネル効果を利用

圧は、最初のうち浮遊ゲートの電子にとられてチャンしてチャージを蓄える新構造を持ち、国内外で高い評

ネルまで影響しないため、ソース、ドレイン間に電流価を得ている発明である。

が流れるのは制御ゲートに6V以上の電圧を印加した構造を模式的に図7.11に示す。

場合となる。したがって、制御ゲートに1Vから6Vの電圧を印加して電流の有無を調べることにより書き込
まれた信号が0か1かを読み出すことができる。
消去（E）時は、図 7.13に示すように、消去ゲートに正の高電圧を印加して浮遊ゲート上の電子を消去ゲートに掃き出す。
書き込みも消去もトンネル電流で行うため、消費電流は、それまでのSRAMよりも少なく、同容量のHDD（Hard Disk Drive）と比べても1/10程度である。

図7.11

Flash Memoryの構造（7）書き込み（W）時は、ソースに0V、ドレインに18V、および制御ゲートに18Vの電位を与えてチャンネル付近の電子を活性化してホット・エレクトロン（HotElectron）を発生させ、これをトンネル酸化膜を通して
浮遊ゲート上に取り込む。この電子は周囲から絶縁されているため、半永久的にトラップされる。

98

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

図7.13

Flash memoryの消去（9）10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ99

舛岡氏は1980年頃にFlash Memoryの構造を発想し、1984年6月に国際デバイス会議（IEDM）および国際量化が可能であり、消費電力が小さく、画像データのような一括書き換えのデータ蓄積に適している。

固体回路会議（ISSCC）に投稿した。
舛岡氏は、当初からFlash MemoryをHDDに替わる記
録媒体と位置付けていたが、この開発を援助したのは社内でDSCを開発していた部門であり、この援助により1983年2月には4MBのNAND型Flash Memoryを試作し、1984年12月に発表し、85年2月のSan FranciscoのISCC（International Solid State Circuits Conference＝
国際固体素子回路会議）で発表した。
このFlash Memoryを用いて1Byte（8bit）単位のメモ
リを構成する方法としては、NOR型とNAND型がある。
舛岡氏の説明では、NOR型は、一戸建て住宅のよ
うな、個別の玄関を持った構造であり、NAND型は集合住宅のように共通の玄関を持った構造である。

図7.15

NAND型構成（11）7.3 メモリカード
7-3-1 PCカード
1985年にJEIDA（12）にICメモリカード技術専門委員
図7.14

NOR型構成（10）会が設置され、メモリカードの規格審議を開始した。
1989年には米国にPCMCIA（13）が設立され、同様の検NOR型のメモリは図7.14に示すようにビットラインB

討を開始したが、日本からの呼び掛けにより共同作業とアースとの間に一つのメモリセルが接続されている。

で進めることとなり、1990年に1993年に統一規格のこのため、一つのビットラインに接続されているどPCカードが制定された。

れか一つのメモリセルが導通すると、そのビットライ

初期のDSCでは画像の記録媒体として、SRAMを記

ンの電位が下がり、接続された全てのメモリセルは作憶素子としたPCカードが用いられた。 SRAMは記録動しない。選択されたメモリセルを作動させるには、の保持のために外部から電圧を印加する必要があるた

そのメモリセルが接続されているビットライン以外のめ、このPCカードにはバックアップ用として小型電ビットラインを全て導通にして、そのメモリセルの書

池が組み込まれていた。SRAMの記録容量は小さかっ

込み線Wをコントロールすれば良い。

たため、PCカードの記憶容量は2MB程度と非常に少一方NANDは図7.15に示すように、メモリセルが直なかった。

列接続された形を持っている。
ある選択されたメモリセルの読み出し（R）あるい

7-3-2

各種メモリカードの誕生

は書込み（W）を行う場合は、そのメモリセルのゲー

フラッシュメモリは、従来のSRAMに替ってメモリ

トに0V、他のメモリセルのゲートには5Vの電位を印

カードに採用された。同時に主としてラップトップPC

加する。これにより、選択されたメモリセル以外はす用の標準カードとして普及していたPCカードの他にべて導通状態となる。

も、1994年にCF、1995年にSM、1997年にMMC、1998

読み出しの場合、もし選択されたメモリセルが0で年にMSと、いくつかのメモリカードが発表された。

あればビットラインは非導通、1であれば導通となる。

これらのメモリカードの内、CFは大容量でATA互消去の場合は、すべての浮遊ゲートから電子を抜き去換、SMは薄型でメモリのみの内蔵、MSはシリアルり、全ビットを1状態にする。

I/Oという、それぞれの特長をもっており、DSCメー

このNAND EEPROMはNOR型のようなランダムア
クセス (Random Access) はできないが、小型で大容

カは、それらの特長を吟味してDSC用記録媒体を選定していた。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

99

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ100

以下に、1990年代後期にDSCに採用された主流のメ
モリカードであるCF、SM、およびMSについて概要を述べる。

付けで制御可能である（4）。
このSmartMediaは非常に薄いという長所を持つ
が、容量を増加させたい要望とセキュリティ向上のために、東芝はSMの後継機種としてxDカードを

1．CF：CompactFlashは、1994年にSanDisk社が提唱発表し、同時に松下と共同でSDカードも発表した。

し、CFA（CompactFlash Association）で仕様が3．MS： Memory Stickは1998年にSonyから発表され決められた。図7.16にブロック図を示す。

た。ホストとのインターフェイスにバスステート

外部入出力はATA規格に準拠しているため、ホコントロール式シリアルインタフェースを持つこ

スト側からはHDDと同じように扱うことができとを特徴としている。図7.18にブロック図を示す。

る。内蔵するメモリの特性はコントローラで吸収されるので、ホスト側には影響を与えない。また、
大容量のメモリを内蔵することが可能であり、簡単なパッシブアダプタを介してPCカードスロットに接続可能である。
外形寸法は、42.8（W）×36.4（L）mmで、厚さ3.3mmのType Iと、5mmのType II がある。

図7.18

Memory Stickブロック図（16）

このMemory Stickファミリーは、大容量化と転送速度の高速化を可能にしたMemory Stick PRO、小型化したMemory Stick Duo, 更に小型化したMemory Stick Micro（M2）というバリエーショ
ン展開を行っている。
記録媒体によって記録される画像のフォーマットが異なるという事態は、DSCの使用者にとって非常に不
図7.16

便であり、更には記録媒体とそれに付随するフォーマ

CFカードブロック図（14）ットの優劣に関する不要な論争が生じ、それによる消2．SM（SSFDC＝Solid State Floppy Disc）：Smart

費者の買い控えを招く事態ともなる。

Mediaは1995年に東芝が発表した切手サイズの小このような事態を回避すべく、日本から記録媒体に型・薄型のNAND型Flashメモリカードで、 形状依存しないフォーマットExifおよびDCFを提案し、現は37（W）× 45（L）× 0.76（T）mm、容量は2MB

在全世界中の殆どの民生用DSCで使用されることに成から128MBで、容量に依存せず共通の22ピンイン

功している。

タフェースを持つ。このインタフェースは、図7.17

これらのメモリカードは、それぞれの外形や機能がに示すように8ビットのパラレルのバスで構成され異なるばかりでなく、それぞれのメモリカードを使用

るI/Oインタフェースで、2本のI/Oアドレスの割りした場合のDSCの画像の構成法、蓄積法などのフォー
マットも異なるものであった。
一方、各種のメモリカードを主体とする記録媒体は、現在でも使用するメモリチップの差の他に、メモリコ
ントローラを内蔵するか、セキュリティ機能を持つか、などにより、幾つかの種類のものが市場に出され、それぞれの特長を活かして利用されている。現在ではハードディスク（HDD）と同等の容量を持つものも市販されているが、DSCで使用する場合、カードが異なっていても、記録される情報はどのメモリカードを使

図7.17

100

スマートメディアインターフェイス（15）

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

用しても同じである。

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ101

2008年現在、主なメモリカードとして表7.13に示すものが挙げられる。
表7.1

体の空間周波数が増大するにつれて低下し、遮断周波数fcで応答は0になる。

主なメモリカード

fc以上の空間周波数に対して再び応答特性が現れる
が、これは混変調によるものでアーティファクトと呼ばれるノイズの原因となるため除去しなければならな
い。DSCではfc以上の空間周波数成分を遮断するために水晶などの複屈折を利用した光学的ローパスフィル
タを装着している。

図7.19

周波数応答特性

一方、空間周波数応答特性において高周波成分がfc
で鋭利に遮断されていると、被写体の輪郭がはっきりしなくなり、視覚的に画像の甘さを感じる。これを補

7.4 デジタル信号処理技術正するために、デジタルフィルタを用いてfc付近での空間周波数応答特性を持ちあげる輪郭強調が採用されA/D変換器でデジタル信号に変換されたDSCのイメることが多い。ただし、過度な輪郭強調は不自然となージセンサ出力は、デジタルの特性を活かして様々なるため、どのような輪郭補正を施すかは各社のノウハ

信号処理を施すことができる。

ウとなっている。

DSCでは画像をデジタル化して扱うことにより、銀

このような画像処理用は、各社独自のアルゴリズム

塩写真では難しかった画像処理をDSC内部で行い、画を持つ専用のプロセッサで行われる。このプロセッサ質の向上やDSCの価格低下、および新しい機能の付加は、後述の画素補間にも用いられ、一枚のイメージセなどに結び付けることが可能になった。

ンサ基板上に何個かの不良セルがあっても、出力画像

初期のDSCでは1チップマイコンと呼ばれる汎用のでは欠陥画素を補完して表示できるため、イメージセ

CPU（中央演算素子）を用いてこれらの処理を行ってンサの製造歩留りを大きく向上させることに寄与した。

いたが、DSCが大量生産システムに乗るようになってからは画像処理エンジンと呼ばれる特製のLSIまたは

7-4-2

イメージセンサの欠陥補正

DSC内のCPU（中央演算素子）で行われているが、画

イメージセンサの各セルは均一な特性を有すること

像処理の対象、画像処理のアルゴリズム等は、各社のが必要であるが、すべてのセルに欠陥が無く、かつ均

ノウハウであり、DSCの差別化要因の一つとなってお一な特性を有する大型のイメージセンサの製造上の歩り、各社とも専用のLSI開発に努力している。

留まりは極端に低く、商業としての採算には合わない

以下、デジタル信号処理に採用された、いくつかのと思われていた。

技術について述べる。いずれもデジタル信号処理がでアナログ信号による静止画撮影においては、イメー

きるようになって初めて実用化できたものであり、DSC

ジセンサのセルに欠陥があると、そのセルに対応するが従来の電子カメラとも一線を画するところである。

部分の出力画像が欠落するため、そのセンサは不良品とみなされた。

7-4-1

画像のエフェクト処理

しかし、セル全体の信号をデジタル情報として蓄積

DSCの空間周波数応答特性（SFR＝Spatial

しておき、欠陥セルの周囲の情報を基に補間すること

Frequency Response）は、図7.22に示すように被写により、従来不良品とされていた欠陥セルを持つイメ

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

101

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ102

ージセンサが使えるようになり、DSCの価格引き下げ

かし、実際には光源を前後に動かしても、許容できるに大きく貢献した。

範囲で結像が得られる。

一般に、この画素補間には
sin(x)/xの特性を有するフィルタが用いられる。これによりこの時の光源の許容範囲を被写界深度とよぶ。被写界深度は撮像素子の大きさにも依存し、撮像素子が小さいほど被写界深度は大きくなる。

隣接するピクセルの情報を元に、欠陥ピクセルの位置

35mmフィルムのサイズよりも小さな撮像素子を用の情報を補間する。これは、従来のVTRでは不可能でいるDSCにおいては、35mmの銀塩カメラよりも被写あった技術であり、デジタルになって初めて実用化さ界深度が大きくなるため、近接撮影などで効果を発揮れたもので、DSCの価格引下げに対する寄与度は最大する「ぼけ具合」が出しにくいという欠点もあった。

であったといっても過言ではない。

この問題は35mm サイズ同等の撮像素子を使用した最近のDSC一眼レフカメラなどでは解決している。

7-4-3

画素補間（de-mosaicing）

初期のDSCの開発は、家電メーカではビデオカメラ

一般のDSCは単板型のイメージセンサを用いてお開発部門が担当することが多く、またカメラ会社ではり、イメージセンサの各セルの表面に色フィルターを非主流であった電子技術者が担当することが多かっ

備えて、特定の色（原色ではR，G，B、補色ではC，た。したがって初期のDSCでは専用の光学系を設計すM，Y）だけを通し、例えばRのフィルタを備えたセることが困難であったため、既存のレンズ系を流用しルではR信号しか再生しない。

て光路を変換するためのリレーレンズと共に用いたもしたがって、例えば400万画素の単板型原色イメー
ジセンサを用いたDSCにおいては、一般にR100万画
素、B100万画素数、G200万画素となっている。
しかし、画像圧縮を行う場合や、外部へ出力する場
合などには、各セルの位置における三原色全ての情報のもあった。
東芝が開発したIMC-100の光学系は富士写真フイル
ムに依存し、IMC-200の光学系は光学専門の系列会社
では取り上げてもらえず、レンズ専門会社に依頼した経緯がある。

が求められる。このため、DSCではRの位置におけるDSCが急速に市場を伸ばし、それに押される形で銀GやBの信号も、近接したGやBの信号からデジタルフ

塩カメラの市場が急激に低下する傾向が見られるよう

ィルタの技術を用いて補間再生している。

になってからは、各社において優秀な光学技術者がまた、画素補間により、例えば300万画素のCCDの出力情報を400万画素の記録画素数として出力するもDSCの光学系設計に投入されるようになり、DSCの性能は著しく向上した。

のもあるが、画素補間は新しい情報を生み出すものではなく、元の画像情報をいかに情報量を失うことなく、必要な形式に変換するかという技術であることに注意する必要がある。

7-5-1

斜め入射光

フィルムにおいては、発色を受け持つ感光層が層状に重なっているため、斜め入射光に対しては色の位置ずれの問題はあっても、受光効率は大きな影響を受け

7.5 DSC用光学技術ない。
一方、半導体イメージセンサの光電変換素子部は、レンズ設計やフレア対策などの光学技術は、銀塩カ

図7.20に示すように層（layer）構造となっており、感メラにおいて長年にわたって培われてきた技術であ光部である単位フォトダイオード（セル）は半導体基る。球面レンズにはザイデル（Philipp Ludwig von

板に設けられた井戸（well）の底部に設置された形にSeidel）が分類した5つの収差、すなわち球面収差なっている。

（Spherical Aberration）、コマ収差（Coma）、非点収

このため、入射光がセルの垂直線からずれるとセル差（Astigmatism）、像面湾曲（Curvature of Field）、に届く光量が減少する。また、各セルに装着されていおよびディストーション（Distortion）と色収差がある色フィルタは垂直線上からの入射光に対して効率良り、これらを如何に抑えるかがレンズ設計の重要テー

く、かつ正確な色フィルタとして作動するように設計マである。

されているため、斜め入射光に対しては光電変換効率

また、理想的なレンズの場合には点光源を被写体とした場合、完全に焦点が合った位置で撮像素子上に点として結像し、光源を前後に動かすと像がぼける。し102

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

が落ちるのみならず、正確な色再現にも支障をきたす
惧れがある。
また、小口径のレンズの場合は、イメージセンサの10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ103

図7.20

斜め入射

周辺部では入射光が鉛直軸からずれて斜め入射となり、誤差が大きくなる。
したがって、DSCにおけるレンズ系は、イメージセ
ンサに近いほど口径が大きくなるように設計され、イメージセンサへの入射光はなるべく鉛直入射となるよ
うに考慮される。
7-5-2

フレア

カメラの匡体内部は完全な暗黒であることが望まし

図7.21

電磁波の波長（17）図7.22

網膜の構造（18）

いが、レンズを通して入射した光の一部は焦点面に置かれたフィルムやイメージセンサ上で反射して匡体内に漏洩する。これはフレア（flare）と呼ばれる現象であり、半導体イメージセンサの表面は、そのままではフィルムの表面よりも反射率が高いため、フレアを抑えるための表面処理などの対策が必要となる。

7.6 色再現管理
我々の周囲には電磁波が充満しているが、この中で人間の目が認識できる可視光の波長は短波長端が360〜400nm（1nm＝1/106mm）、長波長端が760〜830nmという電磁波の中の非常に限られた範囲内にすぎない。
（図7.21）
人間の目の網膜上には、図7.22に示すように、杆状
体細胞（杆体＝rod）と呼ばれる比較的弱い入射光の明暗のみを感知する細胞と、（錐体＝cone）と呼ばれる比較的強い入射光の色を感知する錐状体細胞の二種
類の視覚細胞がある。

心付近に集中している。
すなわち、多数の杆体で視野全体を把握するが、色の認識は主として視軸の中心部で行われている。

錐体には、それぞれ赤（R）、緑（G）、青（B）の光図7.22に示した外節の直径は、杆体が1〜2μm、錐に反応する三種類があり、それらはほぼ32：16：1の体が1〜5μmである。因みに銀塩写真に用いられるハ割合で存在する。杆体の総数は約1億個であるのに対ロゲン化銀の直径は0.05〜3μmである。中心窩付近でして錐体の総数は約700万個と少なく、図7.23に示すの視覚細胞の密度は1mm2あたり約6万個であり、DSC

ように、中心窩（ちゅうしんか）と呼ばれる視軸の中の約1,5000（1200万画素、35mmサイズ）やカラー銀

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

10310_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ104

図7.23

杆体と錐体の分布（19）

図7.25

RGB表色系における等色（21）1931年に、CIE（21）は、原刺激と呼ぶR（700.0nm）、
G（546.1nm）、B（435.8nm）の三つの単色光の混合により、任意の色と等しいと感じることができることを示し「RGB表色系」とした。
しかし、図7.25に示すように、435.8nm〜546.1nmの間は、Rを負（マイナス）にしなければならない。
これは、対象となる色にRを混ぜた色と、G，Bとの適
図7.24

明るさの目安（20）

切な混色とが等しいと感じることを表す。実際には負の色は存在しないため、そのままでは実現不可能であ塩写真の約3万個より多い。

る。このため、新たに理論的な色である原刺激［X］，

自然界の照度は、図7.24に示すように、真夏の海岸［Y］，［Z］を定めて負の領域が生じないように定めたでの直射日光下から、真夜中の星明りに至るまで、「XYZ表色系」が導入された。この「XYZ表色系」に

5−3

10 lxから10 lx以下に亘る、実に8桁、160dB以上の広おける等色関数はx, y, zで表わされるが、一般的に範囲に及んでいる。

として、x, yの二次元座標の色空間として表示する。

瞳孔の開閉により光量を調節し、明るい範囲では錐体、PCなどの情報機器ではR,G,Bの三色で色再現を行うも暗い範囲では杆体が反応して、この広い照度範囲に対のが多いが、テレビなどではコンポジット（composite）

応している。

方式といって明度信号（Y）と輝度信号 （Cb, Cr）にそれに対して民生用DSCでは8bit、つまりそのまま
使うと256諧調、約48dBのダイナミックレンジしか持たない。DSCでは絞り調整により適正照度範囲に対応するように調節している。

より色再現を行う。
DSCにおける色情報の再現も、人間の目と同じように三原色を用いて行われる。
DSCでは撮影用のイメージセンサはRGBの三原色、

すなわち、被写体の照度範囲に対応するためには、あるいはその補色である CMY（Cyan, Magenta,

広い照度範囲を非直線的にダイナミックレンジを圧縮

Yellow）フィルタを用いているが、JPEGはコンポジ

した符号化により取り込むか、あるいは目的とする適ット信号対応なのでRGBからYCbCrに信号の変換を

正照度を中心とする照度範囲のみを取り込む選択肢が

行う。

ある。

記録媒体に圧縮画像として記録する場合は、このコ

前者の場合は、適正露光値から外れていても、ある

ンポジット信号のまま記録するが、PC上で画像処理程度の補正が可能であるが、非直線性を用いた値のず（レンダリング＝Rendering）を行う際には、RGB信れやノイズが生じる。一方、後者の場合は色再現の直号に変換する。

線性は優れているが、適正露光値から外れた場合に修復不能な画像となる。
一方、人間の目における色の認識は、三種類の錐状体細胞によって行われることを述べたが、この三原色理論
はDSCを始めとする画像分野で広く応用されている。

104

x＋y＋z＝1

人間の目では、これら広い明るさの範囲に対して、

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

さらに、画像をプリンタで印刷する場合には補色信号系であるCMYに黒（K）を加えたCMYK に変換しなければならない。この流れを図7.26に示す。

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ105

色度、彩度、明度を含めての色を取り扱う色再現管理の概念には、被写体の色を何らかの形で忠実に取り込み、色再現は被写体を拠り所として行うインプッ
ト・レファード（Input Referred）と、撮影した画像を再生する機器を考慮して、再生環境に合った色再現
性をもくろむアウトプット・レファード（Output
Referred）の考え方がある。この概念をイメージステートと呼ぶ。これを表7.2に示す。
表7.2
図7.26

イメージステート

DSCシステムにおける色表示系の流れ

Exifでは当初IEC TC100で定めたIEC61966-2-1
sRGBを採用していた。このsRGBはブラウン管モニタでの色再現性管理を目的として、ブラウン管の色再現特性に沿った仕様となっている。しかるにプリンタなどの出力機器ではブラウン管ディスプレイよりも広い
色再現性を有しているため、sRGB系での色管理ではこのイメージステートの考え方は、ISO/TC42内で不十分であるという意見が出てきた。このため、DCFの国際規格化審議において生まれたものであるが、他2.0からはDTP（Desk-top Publishing）などでよく用の機器との接続や、画像情報の授受において非常に有いられており、sRGBより広い色域（Gamut）を持つ効な考え方である。

Adobe RGB もサポートすることに改訂された。
DSCは物理的な事象である被写体の画像をデジタル

また、インターフェイスを介して得た画像の、最も適切な色再現を行おうとする場合、その基準の拠り所

情報という形で論理空間内に蓄積し、論理情報としてとして、画像処理等を行った後に、ディスプレイ、プリンタ、

1．被写体の色PCなどへデジタル信号として出力する。

2．記憶している色

この間、物理的情報として視覚に働きかけるのは、
DSCに装備されたLCDなどによるディスプレイのみである。

3．好ましい色の三種の選択肢が与えられる。
コピーなどのように、被写体が出力画像と同じ形態

すなわち、図7.27に示すように、DSCにおける画像で与えられ、等価に評価可能な場合には「被写体の色」

情報は論理領域内で処理されており、プリンタやディを基準にした色再現管理が可能となる。しかし、DSC

スプレイなどのインターフェイスを介して知覚に働きのように三次元空間に存在する自然物である被写体をかける物理情報となる。

ディスプレイあるいは紙による二次元媒体の画像とし

我々は、このインターフェイスを介して視覚化されて出力する場合は、照射光などの観察環境によってもた物理情報によってのみ、画像を認識することが可能

評価条件が変わる。この場合、色再現管理は「記憶色」となるのである。

あるいは「好ましい色」を基準として行われる。
色再現領域内の色であれば、数学的演算により色を変換することも可能である。DSCの画像を取り込んで色を変えたり、効果を変化したりできるソフトウェア
も数多く市場に出ている。
DSCによって取り込まれる色の範囲は使用しているフィルタの特性によって決定されるが、色空間として
sRGBを使用しているDSCにおいてもsRGBで定めているR，G，Bの範囲よりも広い色域を取り込むことができる。しかし、このDSCの色信号出力をsRGBで表記したときには、sRGBの再現範囲外の色域は削除され

図7.27

知覚領域・論理領域の画像の流れる結果となる。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

10510_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ106

露出、ホワイトバランス（White balance）、イメージセンサの特性補正などを施した後に被写体を参照した
画像編集（Scene referred editing）の対象となる。
ここまでの過程は、どのような機器を用いて出力されるのかは未知であるため、出力が何であるかを問わない入力側だけで行われる編集行程であり、シーンレ
ファード編集（scene referred editing）と呼ばれる。
また、原紙をコピーするスキャナやCGなどの場合
はOriginal referred editingと呼ばれ、この両者を合わせてInput referred editingと呼んでいる。
この工程を経た情報は、カラーレンダリング
図7.28（Colour rendering）工程に導かれ、PCなどにより色Gamut Mapping

調の補正などが施される。
したがって、例えば図7.28に示すA点の色は、sRGB

Exifでは色空間として、当初IEC TC100で定めたで再現する場合ではA2C、AdobeRGBで再現する場合

IEC61966-2-1 sRGBを採用していた。このsRGBはブラ

でもA1C点で飽和してしまい、例えばAdobe RGBのウン管モニタでの色再現性管理を目的として、ブラウ

場合にはA点とA1C点との間の色の差が表現できな

ン管の色再現特性に沿った仕様となっている。しかるい。これを避けるために、色変換の演算により、例えにプリンタなどの出力機器ではブラウン管ディスプレ

ばA点の色をAdobe RGBの場合はA1、sRGBの場合はイよりも広い色再現性を有しているため、sRGB系でA2に置き換える作業（Gamut Mapping）を行う。

の色管理では不十分であるという状況が生じてきた。

図7.29は、ISO 17321に記載されているDSCにおけこのため、DCF2.0からはDTP（Desk-top Publishing）

る画像処理のフローである。

などでよく用いられており、sRGBより広い色域

イメージセンサの出力はA/D変換器を通って、イメ（Gamut）を持つAdobe RGB もサポートすることにージセンサに固有の形式を持っているRAWデータ出改訂された。

力となる。このRAWデータはカメラ補正部により、

図7.29

106

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

画像処理のフロー10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ107

＜注＞

（13）

（1），
（2）CIPA統計資料より（3）

富士フイルム乾谷氏御提供

（6）

（14）

MemoryCard「ファインイメージングとディジタル写真」
コロナ社 p.174（15）「ファインイメージングとディジタル写真」

CCDハニカムIIの開発」より、乾谷氏御提供

コロナ社 p190

Design Rule for Camera File System、（社）

SmartMedia仕様書（SSFDCフォーラム

電子情報技術産業協会規格CP-3461

行

シグマ報道発表資料より

ット、論理フォーマット、インタフェース設

（7），
（8），
（9），
（10），
（11）
舛岡富士雄著「躍進するフラッシュメモリ」
工業調査会より（12）

ComputerInternational Association（4），（5）富士フイルム研究報告 No.50-2005「一眼レフ用広ダイナミックレンジ撮像素子スーパー

Personal

Japan Electronic Industries Development
Association

発

1999年版） 物理、電気、物理フォーマ

計ガイドライン、電圧容量表記ガイドライン（16）「ファインイメージングとディジタル写真」
コロナ社 p180

（17），
（18），
（19），
（20），
（21）
「色彩工学」東京電機大出版局より

日本電子工業振興協会、現在はEIAJと合併して社団法人電子情報技術産業協会（JEITA）

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

10710_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ108

8 画像圧縮およびフォーマット
Tone Still Image）は、制定したグループの名前をと

8.1 画像圧縮とJPEGってJPEGと呼ばれている。尚、このグループは
ISO/IEC JTC1 SC29 WG1として現在もJPEG 2000や100万画素のイメージセンサを持ち各セルの出力が1JPEG XRなどの審議を行っている。

バイトであるDSCの出力情報量は単純計算により1メ
ガバイトとなる。これは64MBのカードでは約64枚の画像しか記録できない。記録容量の限られたメモリカード内に、より多くの画像を記録したいという要求は大きく、これに応えるために、画像を効率的に、かつ劣化が少ない状態で情報量を削減する手法が開発されてきた。
画像圧縮手法としては、空間的圧縮、時間的圧縮、
図 8.1

およびエントロピー圧縮がある。この内、静止画を扱

JPEGの構成

うDSCでは、空間的圧縮とエントロピー圧縮が用いら

JPEGは、図8.1に示すように、空間的予測符号化方れる。初期のDSCではエントロピー圧縮の一種である

式により可逆圧縮を可能とする可逆方式（lossless）

ADPCM が採用された。これは隣接する画素の情報である「空間的予測（spatial prediction）方式」 と、の差が少ないことを利用して、各画素の信号をデジタ

ADCT（ 適 応 離 散 余 弦 変 換 ＝ Adaptive Discrete

ル化した後に、第一の画素の信号と第二の画素の信号

Cosine Transform）により空間周波数に分析して符号から第三の画素の信号を予測し、その予測値と実際の化処理を行い、更にエントロピー圧縮とを組み合わせ

値との差を情報として扱うものである。

た非可逆方式（lossy）である「DCT符号化方式」とこの他にも静止画の圧縮法としては、空間周波数成を包含している。

分に分解するフーリエ変換の一種であるコサイン変換

可逆方式では圧縮後に復元しても、元の画像品質が（デジタルの場合は離散コサイン変換 DCT＝Discrete

再現できるが、圧縮率を大きくすることはできない。

Cosine Transform）やウェーブレット変換（wavelet

一方、非可逆方式では圧縮により原画像の情報の一部

transform＝局部的なフーリエ変換）、周期性のあるパが失われるが、画像品質をそれほど劣化させることなターンに分解するフラクタル（fractal）変換などが検く10：1以上の画像圧縮を行うことが可能である。

討の対象となる。また、符号化した後の情報の冗長性

表8.1

JPEG基本方式と拡張方式を最小にするエントロピー圧縮は通信効率および記録効率を向上させるために有効である。
1986年に、画像圧縮方式の国際標準化を目的として
ISO TC7 SC2 WG8と CCITT（ International
Telegram and Telephone Consultative Committee）
SC VIIIとの合同委員会がISO/IEC JTC1 SC2 WG8の下にJPEG（Joint Photographic Experts Group）として結成された。

および符号化方式により、表8.1に示すように「基本当初はヨーロッパからDCT方式、日本からVQ

方式（baseline）」と「拡張方式（extended）」に分類（Vector Quantization）方式、米国からは算術符号化される。民生用DSCでは、この中の「基本方式」を採方式（arithmetic coding）が提案され激しい議論が交用した。

わされたが、これを収束させたのは、当時のWG8の議長であったNTT武蔵野中研の安田浩氏であった。
安田氏の指導の下に、1992年に制定し、1994年にISO 10918-1と し て 規 格 化 さ れ た 静 止 画 圧 縮 方 式（Digital Compression and Coding of Continuous-108

この非可逆圧縮方式は 取り扱うビット数、モード

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

JPEGで使用されるDCT符号化方式における符号器（coder）のブロック図を図8.2に示す。

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ109

テーブルの数値で除算を行う。
量子化の行程で得られた数値は、ハフマン符号化（Huffman coding）と呼ばれるエントロピー符号化の手順に従って、出現頻度の高い数値に短いコードを与えることによりデータ量を圧縮する。量子化テーブルの値はデフォルト値を使用することも可能であるが、一般的にはエントロピー符号化テーブルと共に画像フ
ァイルの中に添付される。
JPEGでは8×8のブロックを単位としてDCT演算を行うため、圧縮率を高くすると（1画素あたりのビッ
図8.2

DCT符号化器のブロック図

ト数を少なくすると）隣接するブロックとの境界線が目立つ現象、すなわちブロックノイスが生ずることが符号化器への入力画像は8×8画素のブロックに分割され、各ブロック単位でDCT演算が行われる。
DCTは離散的な標本化点を扱うフーリエ変換ある。ちなみにウェーブレット変換を用いる
JPEG2000や二重DCTを用いるJPEG XRは、ブロック
ノイズ削減の効果を強調している。

（Fourier transform）の中の対称サンプルに対して行
う余弦変換（cosine transform）であり、これにより

8.2 フォーマットの必要性

二次元空間関数であった画像を8×8の係数を持つ二次元周波数関数に変換する。この時点で情報量の削減は

銀塩カメラでは、現像処理により撮影した画像を直なく、そのまま復号（decode）すれば、原画像が品質

接見ることができるが、DSCで撮影した画像は符号化劣化なしに再生できる。

（coding）された論理値の羅列であり、その符号化のこのDCT係数を図7.21に示す。左上の係数（0，0）

仕組みが判らなければ、論理数値を復号（decoding）

は直流（DC）成分であり、右下が高周波成分となる。

して情報の内容を物理量として読み出すことはでき

DCTの特性として低周波領域に成分が集中することず、画像として再生することはできない。

と、人間の視覚特性として空間周波数の高周波領域でこのため、画像データファイルに含まれている情報の感度が低下することから、得られたDCT係数は左の種類（メタデータ＝metadata）、例えば色情報を記

上から右下に行くにしたがって重要性が低下する。

述するための座標である「色空間（colour space）」、
およびそれらのメタデータの構成についての共通の約束が決められていなければならない。
このような画像情報の他に、撮影日時やシャッター
スピードなどの撮影条件やコメントなどが付属情報として添付され、全体として「画像ファイル」を構成する。この画像ファイルの構成条件を指定するものが広義のフォーマットである。
すなわち、ファイル内に記録される情報の種類、記録される各情報の構成法、各情報の識別法、ファイル
形式、ファイルの記録方式など全てがフォーマットの構成要素として要求される。

図8.3

DCT係数とジグザグスキャン

すなわち、左上から右下に向かって図8.3に示すよ情報をデジタル信号として記録し、情報として再生するためには、その情報処理のために最適な、かつ共通のフォーマットが不可欠なのである。

うにジグザグに係数を取り出す場合、右下に向かうに

フォーマットを議論する際には、表8.2に示すOSI

従って精度を粗くして情報量を削減することができ、（Open Systems Interconnection＝開放型システム間

10：1以上の圧縮でも画像品質の劣化は少ない。

相互接続）の7階層モデルを引用するのが便利である。

JPEGにおけるDCT符号化では輝度、色差の双方に対して量子化テーブルを用意して、各係数に対応した

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

10910_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ110

表8.2

OSI 7階層モデル

20pin SWG（Sub WG），68pin SWGを設置して進めた。
特に20pinカードはピン数が少ないため、挿抜にお要する力が68pinカードよりも小さいという利点を活かしてDSC用メモリカードの主流にしようというもくろみもあった。
表8.3に20pinカード用フォーマットを示す。
表8.3

20pinカードのフォーマット

このモデルに従って、相互接続における情報の授受における決まり（プロトコル）および授受される情報の内容を階層的に定義することにより、情報の受け渡しに際しての授受法を特定できる。この考え方の導入はISOにおける審議において日本から提案され、審議対象を特定するために有効であるとしてISO 12234に取り込まれている。このOSI7階層モデルを表8.2に示す。階層は媒体に依存しない上位3階層と、媒体に依存する下位4階層から成り、各階層の制御は、その階層の下部にある階層の内容により定義される。
DSCのフォーマットにおける階層は下部階層より、
1．物理層 : 記録媒体
2．記録媒体の読み出し書き込み制御法
3．画像およびその他の情報を含めた画像ファイルの取り扱い方法
4．画像ファイルの構成
5．記録する各情報の記述形式

この20pin カードのフォーマットは、次のような特6．画像ファイル内の各情報の作成方法

徴を持っていた。

のように定義することができ、これら各階層におけるa．バス方式を「I/Oバス方式」とし、JEIDAのガイ定義を規定することにより誤りの無い情報授受が可能

ドラインに定める「I/Oバス方式」ICカードに準となる。

拠したカードとする。
b．ピン数は、20Pとする。JEIDAの規定によれば、

8.3 記録媒体依存のフォーマット

20Pカードの厚さはエッジ部において2.2mm（中央部最大5mmが許容されている）となるが、本メモ記録媒体とフォーマットに関する議論は、1990年にJEIDAのパソコン技術委員会の下部に設置されたDSC
Ad-Hoc WG（臨時作業班）で行われることとなり、c．画像、音声、その他の情報を、各々一つの「パケット」として扱う。

日本国内のほぼ全てのカメラメーカ、電子機器メーカ

d．パケットの記録方式は、クラスタ方式を採用する。

の他に、米国からも関心を寄せることとなった。

e．1クラスタの大きさは8kByte とする。

初期のDSCフォーマットにおいては画像をデジタル

以上のことから判るように、このフォーマットはカ信号として所定の記録媒体に記録するための手法を規ードの読み出し（Read）／書きこみ（Write）をコン定することが主体であり、媒体に依存しないフォーマ

トールするためのものであり、扱うデータとして画像、ットという概念もなかったし、デジタルの特性を利用

音声、その他が想定されているものの、具体的な画像した情報機器としての扱いという発展方向という具体のフォーマットなどは規定されていない。

的な考えまでには至っていなかった。

110

リカードでは、全面で2.2mmとする。

当初のDSCにおいては、画像データはNTSC（3）方式

JEIDAのDSC Ad-Hoc WGでは、PCカードとしてのの各走査線の情報を8ビットでデジタル化し、予想値

選択肢が残されていた20pin カードおよび68pinカードと実際の値との差を記録するADPCM方式を用いた。

の双方に対するフォーマットの規格化を、それぞれ初期のDSCは20pinカードを使用することを想定し

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ111てフォーマットを規定したが、JEIDAおよびPCMCIAにおいて審議されていたPCカードは68pinカード

8.4 記録媒体に依存しないフォーマット

で統一されることとなり、20pinカードに対しては、市場の混乱を避けるという理由により、PCMCIAから

JTC1 で規格化されたJPEGでは、符号化方式と圧強い排除要請が出された。このため、JEIDAにおける縮データの記述方法についての詳細が規定されている

フォーマットの審議は68pinカードが主体となり、結が、画像データを転送したり記録したりする際の手順

果として市販用DSCで20pinカードを用いた製品は発は規定されていない。一般にJPEGで記録するという表されなかった。

場合は、JFIF（JPEG File Interchange Format）での表8.4に68pinカードのフォーマットを示す。このフ記録を指す。

ォーマットはPCカードの物理的なフォーマットの上

JFIFはC-Cube Microsystems社が1991年に提唱し、に構築する論理的なMAT（Memory Allocation Table）

1992年にv1.02として発表したJPEG圧縮ファイルに特として構成されている。

化したファイル交換規定であり、JPEG内のアプリケ

表8.4

68Pin カードのフォーマット

ーションセグメント0（App0）内に

JFIF

と記すこ

とにより識別される。圧縮された画像データに付属情報を付加して一つの画像データファイルとするためのフォーマット規定であり、例えば使用する色についての規定はJPEGには無いがJFIFで規定される。
一方、当初スキャナで取り込んだ画像の処理のために1986年にAldus社（現Adobe）とMicrosoft社によって開発されたTIFF（Tagged Image File Format）は、異なる仕様によって作成された種々の画像データを一つのファイルにまとめて格納するためのフォーマット
規定である。（図8.4参照）

一方、DSCメーカ各社は、PCカード以外の固有のメモリカードと、そのメモリカード専用のフォーマッ
トを使用するDSCを開発し、市場に出し始めた。すな

図8.4

JPEG，JFIF，TIFFの関係

わち、PCカードを用いるSISRIF以外に、SM用にはTIFFでは画像ファイル内のメタデータを個々のパ

Exif、 CF用にはCIFF、 MS用にはUDFという別個のッケージとして、それぞれのパッケージの内容を示す

独自フォーマットが用いられていた。 更に、米国か

荷札（タグ＝Tag）をつける。

らはAIMS カードというコンピュータ主体のメモリカ

JFIFがJPEGファイルのみを対象としているのに対ードが提案され、ビデオテープレコーダにおけるVHS

して、TIFFではJPEG以外の方式で作成された画像デ

対Betaを想起させるようなフォーマット戦争が生じる

ータファイルも扱うことができる。しかし、1992年に危険性が醸し出されていた。

TIFF 6.0に改訂されるまでは、圧縮画像を扱うことはこのような状況を打破するために、JEIDAの委員会できなかった。

は「記録媒体に依存しないフォーマット」を標榜し、JFIFおよびTIFFは、いずれも記録媒体やシステム

記録媒体の議論とは切り離すこととして、既に存在しに依存しない論理的な概念であり、まさにデジタルにていた個別のフォーマットの統一化を図った。

相応しいフォーマットの概念であると言える。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

111

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ112

現在TIFF/EPはISO 12234 Part2として制定され、8.5 Exif

ExifはISO 12234 Part1の中でJIETA規格としてのExifを認定する形となっている。

DSCの普及のために不可欠な記録媒体に依存しない

JEIDAが記録媒体に依存しないフォーマットの統一

汎用のDSC用フォーマットを作るためには、OSIにお規格としてExifを策定した当時は、幸いにして、まだける下位層で定義される以下の諸制御方式を決めなけ

DSCの市場規模が小さかった。このため、フォーマッ

ればならない。

ト方式を譲歩して新フォーマットに変えることによる

1．画像ファイルとして取り扱われる画像情報の種類、各社の損失は比較的少なく、逆に統一による利点がファイルの構成法
2．記録する各情報の記述形式…タグ方式、XML方式などの書式

それに対する各社の理解も得られた。
一方、米国からISO TC42（Photography）の中に、

3．ファイル内の各情報の作成方法…画像や音声など

DSCに関する規格を審議するための新WG設置案が提の圧縮法およびコーディング法、使用する色空間

案され、賛成多数で承認された。これにより1991年9など

月にWG18が結成されて、露光指数、標準チャート、

新しいフォーマットでは圧縮・非圧縮両方の画像フ

用語、およびメモリカード（Memory Modules）の審

ァイルを扱うことを目的としたが、圧縮画像を扱う場

議を行うことが決まった。

合、特に民生機器としての普及を意図するためには画これを受けてJEIDAのWGはフォーマットに関する

像品質の劣化が少ない画像ファイルの圧縮法を採用すISO審議の受け皿となることがJISC（Japaneseることが必要である。

Industrial Standards Committee＝日本工業標準調査

このような目的から、JEIDA委員会ではJPEGの内
容を公表前に入手して検討を開始した。
JPEGには図8.1に示したように、元の画像品質が完会）から指示され、WG18の第一回審議となった1992
年2月のLas Vegas会議にJEIDA規格を提案することとなった。

全に保たれる可逆方式と元の画像品質が完全には保た

このようにして、DSCのファイルフォーマットは、れないがファイルのサイズを小さくできる非可逆方式「日本発」の国際提案として、JEIDA規格策定の審議が含まれている。

と同時進行でISOに持ち上げて民生用DSCの事実上の検討の結果、JEIDAではこの非可逆方式の中の「基本方式（Baseline JPEG）」を1992年に国際規格として公表される前に前倒しで採用することとした。

112

JEIDA委員会内における技術者達の議論で認識され、世界統一規格Exif/となった。
これに伴い、PCカード用のフォーマットも、記録媒体に依存しないフォーマットとは別途にISOに提案

また、画像ファイルの記述形式としてはTIFFをベされ、PCカード用の国際規格SISRIF（Still Image、ースとすることとしてAdobe, Microsoftの両社と交渉

Sound and Related Information Format）として認定した。しかし、JEIDA委員会が原案を作成した1992年された。

初頭のTIFF5.0 では圧縮画像を扱っていなかったた

Exifの基本構造は図8.5に示すように、ヘッダー、撮め、圧縮画像に対してはJPEG（正確にはJFIF）を適

影条件などに関連した情報や音声などを収納する情報用し、非圧縮画像および全体の構成とメタデータはファイル、縮小画像情報を収納するサムネイル画像、

TIFFに倣う形とした。

および画像情報を収納した画像ファイルで構成される。

このようにして策定したDSC用の画像ファイルは新TIFF構造を適用しているExifでは、画像ファイル

たに「Exif」と名付けられ、同時にOSI下位層で定義に収納する物理量を個別のメタデータとして、それぞすべき項目は、Exif R98として制定した。

れに内容を示す荷札（タグ）で表示する。

Exifの基本案が策定された後の1992年6月にTIFF

それぞれの情報内容を表すメタデータの内TIFFで

Version 6.0がJPEGをサポートするように改訂され、規定されているものは、それらのタグをそのまま使用

それを基に米国からExifの対案としてTIFF/EPがISOし、DSCに特有かつ必要なメタデータに関しては新たに提案された。

にタグを追加した。

両者の構成は基本的に同一であることから、その後具体的なタグの構成および配置は、圧縮ファイルとISO内での話し合いの結果、タグの共通化を図ること

非圧縮ファイルとで異なる。図8.6にExif圧縮ファイル

で両者の互換性を維持し、Exifは民生用、TIFF/EPはの構造を示す。圧縮ファイルではJPEGのApplication

業務用の画像ファイルとしての棲み分けを行った。

Marker Segment（App）にExif用のマーカを確保し、

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ113（Mandatory＝必須）」、「R（Recommended＝推奨）」、「O（Optional＝任意）」の三レベルがある。Mで規定されるタグは全てのDSCが記録機能を具備しなければならない。
Exifは画像ファイル交換用フォーマットとして、次のような特徴を有している。
1．圧縮、非圧縮両方の画像ファイルを扱う
2．タグ (個別のチャンクごとに、内容を示す共通の番号が割り振られている) 構造である。
3．画像フォーマット取り扱い規定であるDCFと組み合わせて用いる。
4．基本的に民生用DSC志向である。
5．画像だけならばJPEGで見ることができ、Exif対応の機器またはソフトウェアを使用すれば、Exif情報およびExif属性情報を見ることができ、レタッ
チして再保存してもExif情報は失われない。
図8.5

Exifの基本構造

Exifには画像情報の他に、銀塩カメラでは記録できなかった撮影に関する諸情報、例えばGPS（Global
Positioning System＝全地球方位システムによる撮影
場所情報や音声、動画などを記録するためのタグも備わっている。
これがDSCが単なる画像記録のための機器ではな
く、情報端末機器として位置付けられる所以である。

図8.6

Exif圧縮ファイルの構造

図8.7

Exif非圧縮ファイル構造

表8.5

Exif タグの例

App1にExifの付属情報を、App2にFlashPix対応のマーカをそれぞれ記載することにより、Exif対応のファイルであることが認識できるようにしてある。
一方、非圧縮ファイルの場合は図8.7に示すように
TIFFの基本構造をそのまま踏襲している。
Exifに用いられるタグの一部を表8.5に示す。各タグは「タグ番号」で表わされる荷札をつけたメタデータ
であり、それぞれのタグには必要レベルに応じて「M

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

11310_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ114

表8.6

DCFにおけるReaderとWriter

8.6 DCFExif規定に則って記録された民生用DSCの画像ファ
イルは、Exifをサポートする機器やソフトウェアを用いれば、記録媒体に関係なく再生可能である。しかし、
例えば一枚の記録媒体内に画像ファイルの他にテキス
トファイルなどが混在している場合や、同じ記録媒体
を他のDSCで用いたとき、ファイル取り扱いのルールが規定されていないと記録してあった画像ファイルを消去してしまう事故等の発生が考えられる。したがって、画像ファイルを記録する側で一定の規則に従って記録を行い、再生側はその規則に従うというルールが求められる。
画像ファイルに関する規格は、旧Exifを基本としたExifとして標準化されたが、このような記録媒体の読
み出し書き込み制御法、画像およびその他の情報を含めた画像ファイルの取り扱い方法などに関するプロト
コル規定は、PCなどで異種のファイルの混在を扱うことを想定していないExif R98では不十分であった。
これに関してJEIDA内で検討した結果、画像ファイ
ルの記録媒体内での扱いに関する規格として新たに
JEIDA規格DCFをCIFFおよびExif R98をベースとして制定した。（図8.8）

図8.9

ExifとDCFの関係

8.7 Exif，DCFの改訂
Exifは、1992年に素案がJEIDAで策定され、1994年4月にISOに改訂提案として正式に提出された後、2003年に現在のVersion 2.21となるまでに、表8.7に示す改訂の過程を経ている。これらの改訂は常に旧バージョンとの互換性を保つように考慮されているが、その中で特に代表的なものはExif 2.1からExif 2.2の改訂とExif 2.2からExif 2.21への改訂である。

図8.8

Exif, DCFの位置づけ

表8.7

Exif改訂の歴史

すなわち、OSI7階層モデルにおける上位層をExif、下位層をCIFFから取り込んだ形となった。
DCFでは画像を記録する側、例えばDSC等を
Writer、再生側をReaderと名づけた。Readerには、
DSCのモニタディスプレイのように、必ずしも主画像の再生を必要としないものと、プリンタのように主画像再生を主機能とするものとがあり、前者をReader1、後者をReader2とした。コンピュータなどはReader、
Writer双方の仕様を要求されることになる。
ExifとDCFの位置づけのイメージを図8.9に、れるが、これはDSCで撮影した画像をプリンタで印刷

Reader1、Reader2それぞれに対する規定を表8.6に示す。

するときに、プリンタに自動画像処理機能があって自Exifに基づいて構成された画像ファイルは、撮影時動的に画像処理を行う場合、撮影意図に反した画像がのデータなどと共にDCF規定に基づいて取り外し可能

出力されることがあるため、撮影者の意図を反映すべ

な記録媒体に蓄積される。

き画像はそのままプリントし、ミスショットを救済し

この日本提案のDCFもISO規格ISO 12234 Part1の中で認定される段階にある。

114

2001年に発行されたExif 2.2は「Exif Print」と呼ば

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.Marchて、シーンに適した好ましい絵を印刷することを目的とする。このため、Exifファイル内に撮影者が設定し10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ115

たカメラの情報を記録し、その情報を参考にして自動DSCの高機能化に伴い、印刷やパプリッシング用途処理を行うことで、撮影シーンに合わせた最適な印刷としてDSCが使用されるようになったが、それらの目が行えるようにした。

的にはsRGB色空間での色再現では不十分であった。

例えば露出モードにおいて、マニュアル／露出補

そのため、レンダリング用として一般的に使用されて

正／オートブラケット使用の場合は、撮影者が露出をいるPhotoshopが採用しているAdobe RGBを取り込む

意図的に制御している可能性が高いため補正を行わ

動きが一部のカメラメーカで生じた。sRGBとAdobe

ず、自動露出の場合は露出最適化処理を行う。

RGBの色域の比較を図8.10に示す。

ホワイトバランスにおいては、自動処理が行われてしかし、従来のReaderではAdobe RGBを識別する

いる場合のみ色カブリの補正処理を行う。また、ストことができないため、Adobe RGB色空間で撮影したロボのオン／オフ情報を見て、オンの時には白飛びを

写真もsRGB色空間で再生することとなり、ブリンタ

改善し、全体のコントラストや背景の明るさなどを改が持っているAdobe RGB色空間の再現能力が発揮で善・補正する。

きない。あるいはプリンタでAdobe RGB色空間で色撮影シーンに「人物モード」、「風景モード」、「夜景再現を行うように補正すれば、sRGBで撮影した場合モード」を設定することにより、人物モードの場合はとAdobe RGBで撮影した場合とで微妙な色再現の差

肌色が美しくなるように補正しつつコントラストを最を生じる。

適化して印刷し、風景モードの場合は硬調の風景を実

このため、2002年よりCIPAで検討を行い、2003年

現するためにコントラスト、明るさのレベル、色補正、にAdobe RGBを「DCFオプション色空間」として用

彩度強調などを行い、夜景モードの場合は暗い部分をいる「DCFオプションファイル」を追加したDCF2.0

抑えたままで明るい部分を強調する、というように適を発表した。DCF 1.0からDCF 2.0への改訂内容を表

切な画像印刷を可能とした。

8.8に示す。

DSCではIEC 61966-2-1で規定されているsRGB色空

表8.8

DCF1.0からDCF2.0への改訂内容

間を用いるとされていたが、sRGB色空間はモニタ対応の色空間であり、DSCが記録する色空間はモニタの色空間よりも広い色再現域の可能性を持っていた。
また、DSCで用いる画像圧縮方式JPEGはYCC系を用いるため、実際にはDSC内部でRGB系からYCC空間への変換がなされていた。
そこで、Exif 2.2からは色空間をsYCC（IEC 619662-1 Amendment 1）と定義した。sYCCはsRGBからのDCF 2.0ではAdobe RGB色空間で撮影した写真を

数学的な演算で求められ、sRGBよりも広い色域を扱「DCFオプションファイル」として "̲"（under bar）

うことが可能である。

で始まるファイル名をつけることにより識別できるよ
うにした。
表8.9

DCF Readerが可能な色再生

表8.9に示すように、Adobe RGB色空間を用いて撮影した画像は、DCF 1.0 ReaderではsRGBとして再生されるが、DCF 2.0をサポートするReaderではAdobe
RGB色空間として再生可能となった。
ExifとDCFとは相補関係にあるため、このDCFの改訂に伴い、ExifもVersion 2.2から2.21に改訂された。
図8.10

sRGBとAdobe RGBの色域比較

Exif 2.2からExif 2.21への改訂は、DCF 1.0からDCF
2.0への改訂に伴って行われた。

この改訂内容を表8.10に示す。
ExifもDCFも国際規格としてISOで審議され、ExifはISO 12234-1で認定され、DCFも同様に認定される

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

115

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ116段階にある。しかし、Adobe RGBは一般的に普及し写真フイルム、松下電器産業が作成したコンソーシアているとはいえ、一企業の定めた規格（Proprietary

ム規格であり、DPOF規格対応のデジタル機器なら、Standard）であったため、国際規格の中に取り込むこa．自分のDSCでプリントしたいコマや枚数、日付プとはできない。このため、IECではAdobe社が開示した内容を基にopRGB（IEC 61966-2-5）なる新規格を制定しようとしている。2006年にAdobe社がAdobe

リントの指定が可能。
b．自宅のプリンタにメモリカードを入れるだけで、指定した通りに自動的にプリント可能。

RGBをICC（International Colour Consortium）に提c．店にプリントを注文する際、注文用紙にプリント示したことにより、形式的には公開されたこととなっしたいコマの指定や枚数などの記入が不要。

たが、著作権はAdobe社が保持したままとなっている。

となることを目的としたものである。

DSCとしてはAdobe RGBをサポートすることが国際

PictBridgeはDSCからの画像をコンピュータを介さ規格内に何らかの形で盛り込まれれば良いわけである

ずにプリンタで印刷するダイレクトプリントに対応すが、どのような形で規格化するか、IECとISOとの協る規格としてキヤノン、富士写真フイルム、ヒューレ

調を含めて、現在検討が行われている段階である。

ット・パッカード、オリンパス光学工業、セイコーエ

表8.10

Exif 2.2からExif 2.21への改訂内容

プソン、ソニーの6社により提案され、2003年2月にCIPA規格（CIPA DC-001-2003）として発表された。
従来、所有するDSCの画像をダイレクトプリントする場合には、専用あるいは特定のプリンタしか対応しなかったが、このPictBridgeに対応する機器であれば、メーカや機種を問わずに相互接続が可能となった。

Exif 2.2（ExifPrint）とAdobe RGB対応のためのExif/DCFの改訂の他にも、ブリント機能に対する付（1）最新MPEG教科書

属規定DPOFおよびPictBridgeがそれぞれコンソーシ（2）OSI 日本規格協会からまとめた

アム規格および業界規格として策定された。

（3）NTSC : National Television Standard Committee

DPOFは、キヤノン、イーストマンコダック、富士

116

＜注＞

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

アスキー出版局

p.57

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ117

9 DSCに関する標準化
WG 19 写真素材のリサイクリング（休眠）9.1 ISO活動JWG 20 ISO/TC 42とIECとのJWG：デジタルスチル
カメラ

DSCの国際標準化はISO/TC42（Photography）内で行われている。TC42のスコープは「主として、しWG 21 TC 42とTC 130とのJWG: デンシティ計測
JWG 22 IEC/TC 100とISO/TC 42とTC 130のJWG：

かし排他的ではなく、化学的および電子的な静止写真

色管理

画像分野における標準化であり、次の項目を含むが、WG 23 TC 42とTC 130とCIEとのJWG：拡張色空間

それに限定したものではない」として、

JWG 24 TC 42とTC 130とのJWG：ISO 3664：200の改定

・静止画像化システムに対する定義

DSCは「カメラ」の製品分類に属するため、国際標・測定、試験、評価、包装、ラベリング、寸法の明記お準化はISOが担当することでスタートした。しかし、

よび分類、媒体の特性および性能特徴、化学および電2000年にIECからISO-IEC JTABに異議が提出され、子静止画に用いられる素材および装置に対する方法

協議の結果、

・静止画の取り込み、処理、および出力に対する論理的および物理的特性、実行、インターフェイスおよびフォーマットの明記および推奨
・画像化媒体と素材の蓄積、実行、完全性および安全

・DSCおよび色再現管理に関しては、ISO,IECそれぞれが関心を持つ場合にはJointで行う。
・上記の場合、DSCに関してはISOが管理するJWGとし、色再現管理に関してはIECが管理するJPT性に対する方法、計測、明記および推奨実行、およ（Joint Project Team）で行う。

び画像化素材の処分という裁定がなされた。

が挙げられている。TC42に関連する標準化のうち、現在、最も能動的に活動しているのは、WG18およ

次の各項はISOの他のTCあるいはIECやJTC1で行わび関連するJWG20, 22, 23であり、DSC用のフォーマれるが、それらの団体とはリエイゾンによって相互連

ットはISO12234としてWG18で審議されている。

携を図っている。
・音響、映像およびAVの分野での機器およびシステ
ム（IEC/TC130）

ISO12234はPart 1およびPart 2から成り、Part 1においてDSC用の記録媒体として満たすべき諸条件が規定されている。この中で、同規定に準拠する媒体およ・映画撮影術（ISO/TC369

び記録用フォーマットがAnnexとして次のように記載

・グラフィック技術（ISO/TC130）されている。

・文書画像応用（ISO/TC171）

Annex A（informative）Media profile - PC Card

・事務機器（ISO/IEC JTC1/SC28）

Annex B（informative）Image data format - SISRIF

・文書の物理的保存（ISO/TC46/SC10）（日本

提案のPCカード用記録フォーマット）

Annex C（informative）Image data format - Exif
ISO/TC42には次に掲げるWG（Working Group）
およびJWG（Joint Working Group）がある。

Annex D（informative）Image data format - TIFF/EP
この中で、Annex Dに記載されている米国提案の

WG 2

写真用フラッシュユニット（休眠）TIFF/EPは、ISO12234 Part2として独立した標準に

WG 3

センシトメトリー、画像計測および検視もなっている。

WG 4

写真機材の機械的部品

WG 5

写真素材の物理的特性および画像表現性されているのは、ISO化すると著作権等の権利がISO

WG 6

写真用化学薬品および処理法に所属するために、日本だけで改定作業を行うことが

WG 8

TC 42とTC 6のJoint WG：写真フィルムおできなくなることを懸念してのことである。

よび印画紙-寸法
WG 9

静止画用プロジェクタおよび透過原稿（休眠）WG 17 TC 42/WG 3とTC 106と世界歯科連盟とのExif が独立した標準とならずにAnnexとして記載

また、同じく日本提案のDCFもISO-12234-1 Annex
Eとして審議されている。
ISO/TC42のWG18関連では、表9.1に示す標準化作

JointWG

業を行っている。この中でISO12234-1 Annex B,C,E、WG 18 電子的静止画像

ISO20462-2は日本からの提案であり、その他のデジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

11710_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ118

ISO12231, 12232, 22028等も日本意見を多く盛り込ん

Camera Industries Association］からの移管を受けただものとなっている。

日本写真機工業規格（JCIS）、とデジタルカメラ委員

表9.1

ISO TC42におけるDSC関連審議課題

会規格（DSCSG）の他に次の規格類がある。
・CIPA DC-001
Digital Photo Solutions for Imaging Devices（2003年2月3日）
・CIPA DC-002
電池寿命測定方法（2003年12月17日）
・CIPA DC-003
デジタルカメラの解像度測定方法（2003年12月17日）
・CIPA DC-004
デジタルカメラの感度規定（2004年7月27日）
・CIPA DC-005

国内におけるISOの審議体制は、写真感光材料工業"Picture Transfer Protocol" over TCP/IP networks

会（感材工＝PMMA［Photo Materials Manufacturers（2005年11月8日）

Association］）がISO TC42国内協議会の事務局となっ

また、「デジタルカメラのカタログ等表記に関するガていて、技術委員会の中にデジタル画像に関する課題

イドライン」および「デジタルカメラの仕様に関するを審議する「デジタル画像部会」が設置されている。

ガイドライン」がガイドラインとして制定されている。

この「デジタル画像部会」は、ISO課題の国内審議機関として機能するため、CIPAの事業対象とならな

9.3 米国I3Aとの連携い課題も担当して審議する。このため、「デジタル画像部会」の事務局はCIPAが担当しているが、組織的にはCIPAから独立した形となっている。

米国内におけるカメラ映像機器等に関する業界団体
はI3A（International Imaging Industries Association）である。I3Aには技術委員会とInitiativeと称する開発

9.2 CIPA規格部門とがある。技術委員会はISO TC42の米国事務局であるANSI（American National Standards Institute）

CIPAは、銀塩カメラ及びデジタルカメラ並びにこの委嘱を受けて実務を担当している。このため、技術

れらの関連装置、機器及びソフトウエアの開発、製造委員会に参加する企業は工業所有権に関して、ISOの又は販売に従事する会員のため、環境問題、製品の互IP（工業所有権＝Intellectual Property）ポリシーで換性確保、公正な市場競争の確保その他の産業全体のある「RAND（Reasonable And Non-Discriminatory

課題に対処し、さらなる発展のため調査研究、情報交

term and condition）」を遵守することで自由に参加で換を行うことにより、会員の発展に寄与することを目きるがInitiativeは限定された会員による開発業務であ的として、2002年7月1日に設立された業界団体である。

り内容は非公開である。

会員は、上記に該当する会社であれば外国企業の日本法人でも参加可能である。

議会技術委員会に相当し、米国技術委員会の事務局と同工業会の事業目的の一つとして、「映像関連装置

してのI3Aの立場は日本におけるISO TC42国内協議等に係る互換性、相互接続性等に関する標準規格の策会事務局の感材工に対応している。また、I3Aの定及び普及」が掲げられており、CIPA内に「標準化

InitiativeはそのIP Policyの類似性からCIPAの標準化委員会」が設置されて上記目的の活動を行っている。

委員会に対応しているといえる。

ただし、CIPAは会員会社の発展に寄与する標準化

I3AもCIPAも国際組織であり、映像機器メーカをを目標としているため、ISOで審議される全ての審議対象とした工業会であるため、双方の協力体制が過去

課題が対象となる訳ではなく、CIPA独自の標準化活

何度か協議されてきたが、IPに対する考え方の相違な動を行っている。

どから、相互の交流はあるが協力体制を築くまでには

2007年11月時点でCIPA規格となっているものは、
CIPAが設立される前にカメラ業界の工業会として機能していた日本写真機工業会（日写工＝JCIA［Japan

118

I3Aの技術委員会は日本におけるISO TC42国内協

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

至っていない。

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ119

10 DSCの今後
経済社会総合研究所が発表した消費動向調査による

しかし、Exif//DCFとの互換性を維持するよりも新と、図10.1に示すようにDSCは急速に普及し、平成19

技術を導入した新フォーマットを策定する方が、業界年には60％を越えたとの報告がなされている（1）。

および消費者にとって有効であるとの意見も米国を始

また、総務省によると、世帯当たり保有台数は、カ
ラーテレビが2.5 台、携帯電話が1.9台、パソコンが1.0
台、DVDプレーヤー・レコーダーが0.9台、デジタル

めとする一部に見られることは事実である。
ここでは、現在俎上に上っている課題を中心として、
フォーマットに関する検討課題について述べる。

カメラが0.7台となっている 。
（2）

10-1-1

色空間に関する検討

DCF 1.0からDCF 2.0への改訂、およびそれに伴うExif 2.2からExif 2.21への改訂は、色再現域の拡張要
求によるものであった。
色空間は、Input referredとOutput referredに分類される。Input referred colour spaceは実際のシーン、コンピュータ・シミュレートしたシーン、スキャナで取り込んだ画像などの入力画像データ（Input referred
image data）を表記するための色空間であり、広いダ
図10.1

耐久消費財の普及率

民生機器として一般市場に出てから僅か10年程度の間に、このように普及したということは驚嘆すべきであるが、今後の課題も山積している。

イナミックレンジに対応するRAW dataや銀塩のネガ・フィルムがこれに相当する。
一方、Output referred colour spaceは特定の観察（モニタ、プリンタなど）を想定して加工された画像

DSCは法律的には光学機器として、所管の官庁であデータ(Output referred image data)を記録するためる経済産業省製造産業局産業機械課で工作機械や時計の色空間で、一般のDSCや、リバーサルフィルムがこなどと同列で扱われている。しかし、すでに単なる銀れに相当する。

塩カメラの代替品としての位置づけのみならず、画像表10.1

種々の色空間を電子情報として生成するための情報機器の一つとして位置づけられてきている。
このような立場を含めて、今後DSCが検討していかなければならない問題について述べる。

10.1 DSC用フォーマットの今後
Exif//DCFが民生用DSCの統一フォーマットとして制定されてから既に10年以上が経過した。その間、数度の改訂を行ったが、改訂はいずれも旧バージョンと表10.1にDSCでの使用対象となる種々の色空間を示の互換性を維持することを最大の課題と位置づけてきす。この中で米国からISOに提案され、審議の結果、た。カメラ市場の中で、既にDSCが圧倒的なシェアを

米 国 国 内 規 格 （ ANSI/I3A-IT10 7466） と な っ た有している現在において、旧バージョンとの互換性を

RIMM RGBはinput referredの一つであるscene

破棄するような新フォーマットを制定することは市場

referred色空間を表すものである。後述するCamera

を混乱させユーザからの不満を呼ぶことが予測される

RAW Fileと合わせて、このRIMM RGB対応をフォー

ため、メーカにとっても得策ではない。したがって民マットの中に取り込む検討が米国内で行われている。

生用DSCとしては今後も現行のExif//DCFを技術の進

また、RGBという三原色だけでなく、多色化、究極化に合わせて互換性を維持しながら改訂を続けることとしてSpectrumで色を扱うという検討も一部では行が必要であろう。

われているが、まだ具代的な提案にまでは持ち上げら

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

11910_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ120

表10.2

れていない。これらの検討は多色を前提とする印刷業

SLR用イメージセンサの例

界との交流により活性化されることが期待される。
10-1-2

Camera RAW Image Dataに関する検討

図7.3に画素数別のDSCの平均単価を示したが、同等の画素数を持つDSCの単価が下がると、多画素化に
より1ランク上の機種層が市販され、これの繰り返し
で市場全体の発展を保っていることが判る。（CIPA統
計より）
表10.3

最近のCIPA統計によると、図10.2に示すように、

拡張子名の例

DSCの市場においてSLR（一眼レフ）の占める比率が上昇してきおり、台数で約10％に達しも金額では20％を超えている。これらのSLRのほとんど全ては、独自のRAW Image Data出力を持っている。

現在のExif/DCFには、このRAW Image Fileを取り
図10.2

デジタル一眼レフの動向扱うための規定は含まれていない。したがって、TIFF

DSCのRAW Image Dataとは、画像処理を受けていやTIFF/EPなどのExif/DCFよりも規定範囲の広いフない、DSCが生成する「生の」画像データを意味する。

ァイルフォーマットを用いるか、独自のフォーマット

この画像処理の定義には、A/D変換、直線化、暗電流を用いたものとなっている。これらを統一的に扱うこやフレームの削減、Shadingおよび感度(直線領域)補とは困難であり、現在RAW Image Dataを扱えると公正、フレア除去、White balance、欠如画素の再生は

称 し て い る Adobe DNG（ Digital Negative） や含まれない。RAW Image Dataは高画質を維持していWindows VISTAでも、登録されたRAW Image Data

るため、後から画像処理を行い易く、写真家や出版業の形式をPlug-inとして用いる形態をとらざるをえない。

界などにはこのRAW Image Dataが好まれる。
しかし、ファイル形式は各社、各機種ばらばらであり統一的な規格なく、仕様は各社のノウハウとなって

TIFF/EPでRAWをサポートしようとする動きはあるが、まだ、どのような条件が必要かという調査段階
である。

いる。
例えば、RAW Image Dataは撮像素子の種類、配列、画素数、色特性などによって異なる。表10.2にSLR用に用いられている撮像素子の例を挙げる。

10-1-3 圧縮方式に関する検討
Exifで採用した画像圧縮方式JPEGは、1画素あたり8bitで8×8のブロック内でDCT（離散余弦変換）を行

このため、各社は独自のRAW Imageを識別するたい空間圧縮を行った後で、ハフマン符号化によるエンめの拡張子と、各拡張子に対応するソフトウェアを用

トロピー・コーディングで符号長の圧縮を行ってい意しなければならない。表10.3にRAW Image Fileをる。この圧縮方式は演算が容易であり、10：1程度の識別するための拡張子の例を示す。

圧縮では画質の劣化が殆ど見られないという特長をもっている。しかし、圧縮率を大きくすると8×8のブロ

120

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ121

ックの境界線が顕在化するブロックノイズが生じることや、ハフマン符号化に対して特許権を主張する企業が現れたなどの懸念点もある。

は2〜3dBである。
JPEG2000は演算が複雑になるという欠点があるのみならず、JPEGとの互換性が全く無いということか

一方、ISO/IEC JTC1 SC29ではJPEGを規格化したら、互換性を重視して改訂を行ってきたExif/DCFの後で、JPEG2000を2001年1月に規格化した。

中に取り込むことは困難であろう。JPEG2000の画像

JPEG2000では画像圧縮のアルゴリズムとして図8.3にファイルをJPEG画像ファイルと共存する形でExifの示すDWT（Discrete Wavelet Transform）を用いる。

中に設置し、JPEG2000 ファイルの存在を認識するための新たなタグを制定するという案も出されているが、民生用DSCとしての機能をどこに求めるかという観点から見ると実現は難しいと思われ、現時点では
DSCに関するMetadataの共通化を図っておくという段階に留まっている。
表10.4にExif/DCFとJPEG2000の比較を示す。
表10.4

図10.3

Exif/DCFとJPEG2000の比較

DWTの原理すなわち、DCTでは画像全体に共通な直交関数を用いて空間周波数に変換するのに対して、DWTでは
局所的な直交関数であるウェーブレット（wavelet）
を用いる直交変換をデジタル演算で行う。
直交変換によって得られた空間周波数の値は画像上の場所によって異なる。図10.3におけるHは空間周波数が高い成分を、Lは低い成分を表している。上記の例では縦横方向共に低い空間周波数成分で構成された
画像はLL、共に他界周波数成分で構成された画像はHHで表わしている。LLだけの画像は全体にぼけた画像となり、右下の成分が加わるにつれて鮮鋭な画像となる。JPEG2000では可逆圧縮もサポートしているし、同一画像ファイル内に圧縮率の異なる画像を同時に蓄積できるという特徴も持っている。
10-1-4 記述形式に関する検討
Exif/DCFではファイルをTIFF形式で記述する。これ に 対 し て 米 国 か ら XML（ Extensible Markup
Language）で記述する案が提示されている。XMLもTIFFと同様にタグを用いて記述する言語体系であるが、その書式は両者で異なる。現時点では、DSCのタ
グをXML形式で記述するように変更することは困難
であり、タグとして採用するMetadataの共通化を図る試みがなされている。
また、色空間を指定する替わりに、ICC Profileを記述するという案が主として米国から提示されている。
ICC Profile はICCが定めた仕様であり、入力デバイス
図10.4

圧縮方式とノイズの比較の諸元をProfileという形で埋め込むことにより、入力

IEEE Signal Processing Magazineによれば、図10.4

画像をデバイスに依存しない色空間、例えばXYZやに示すように、JPEG2000は高圧縮下においてもJPEG

Lab内に記述し、出力の際には出力機器のProfileに応よりノイズが少ないことが報告されているが、その差じた補正を行うことにより、入出力機器に依存しない

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

12110_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ122

色再現を実現しようとするものである。TIFF/EPにいが、民生用と業務用との分類は必ずしも明確ではな

は、このICC Profileを埋め込むスキームが用意されていため、DSC全体に対する問題提起とも受け取れる。

いる。
これは、民生用DSCとして要求される機能を超えた

10-2-1

情報機器との整合要求のようにも見え、また、現在のICC Profileでは完

当初、TVでの再生を念頭において開発されたDSC

全な色再現には至っていないことも事実であるが、高であったが、コンピュータの普及やインターネット環

画質が要求される印刷や出版等への対応として検討し境の拡大にしたがって、コンピュータとの整合性に重ておく必要があるかもしれない。

点が置かれるようになった。このため、OSメーカとDSCの最大の魅力は撮ったその場で画像を確認する

接触し、Exif/DCFをOSでサポートして貰うことに成ことができ、必要な画像は専用あるいは汎用のプリン

功した。DSCが普及した現在において、OSでのサポタを使って家庭で手軽に、しかも待たずに印刷してハートはコンピュータ側にとっても大きなメリットとな

ードコピーを残せることである。DSCは現代生活に不っており、双方の発展に対して相乗効果をもたらすこ

可欠な画像情報を生成する最も手軽かつ適切な手段ととになった。今後とも、コンピュータとの関連は更にして、静止画産業界の中心となり、周辺環境との整合

親密なものとなることが予想される。

性を考えつつ産業界全体の発展を牽引する義務がある。
従来、プリンタはオフィス機器として扱われてきて

10-2-2

印刷関係との整合

おり、家庭内で写真の印刷に使用されるようになった

印刷、およびその前工程である画像編集におけるデのは、DSCが普及してからである。したがって、DSC

ジタル化は急速に進んでおり、DSCは印刷用画像入力とプリンタとの整合性は必ずしも十分であるとは言い機器として一般的に使用されているが、Exif/DCFに切れない。これまでも、DSCとプリンタとの整合性を準拠した民生用DSCでは、ダイナミックレンジ、色再図るために、Exifの改訂や、DPOF、 PictBridgeなど

現域ともに十分であるとは言えない。

が策定されてきたが、DSCで取り込んだ色の範囲をプ

当初DSCで採用した色空間はモニタディスブレイを

リンタの色再現範囲内にいかに適切に反映させるかの基準としたOutput referred色空間のsRGBであった問題や、RGB系とCMYK系との整合の問題、多色化が、DSCはsRGBより広い色空間を取り込むことがでの検討等、課題は少なくない。

きることから、色空間はsYCCであると解釈を変更し

DSCは当初モニタディスプレィ用の色空間である

た。更に、画像編集用として普及しているPhotoshopsRGBを採用した。しかし、DSCの色再現範囲はモニなどのソフトウェアに対応するために、Exif

タより広い。逆に見ると、モニタの色再現能力はカメ

2.21/DCF2.0からはAdobe RGBに対応可能となった。

ラ側に追いついていなかったと見ることもできる。こ

業務用として使用されているSLR（Single Lensのため、画像処理用ソフトウェアの代表であるAdobe

Reflex＝一眼レフ）型DSCではRAW Dataが取り出さ

社のPhotoshopを使用する場合において、実際の色はれるが、これはダイナミックレンジの広い被写体へのディスプレィで確認できないため、表示されるRGBの対応が考慮される。このため、RAW Data用の色空間

数値で確認するという作業が行われていた。

としてInput referredの色空間を使用する考えが米国

しかし、最近では、モニタの改良が進み、Adobeから提示されている。

RGBの色域を再現するディスプレィが例えば三菱電機

印刷関係との情報交換によるDSCのブラッシュアッ

から発表されている。このように、今後ともDSCは画

プは標準規格を策定する上でも重要である。このため、像を取り扱う業界の中心的機器として、DSCを取り巻DSCの国際規格を審議しているISO TC42は、Graphic

く機器群と相互に関連を保ち、影響を及ぼしながら技Technologyを担当するISO TC130との強調関係を密術的および市場的に発展するであろう。

にしており、色再現関連を審議する作業部会はTC130とのJoint WGとなっている。

10.2 他業界との整合
10-2-3122

通信機器との整合

銀塩カメラでは写真を作成するという閉ざされた視

近年、カメラ機能を備えたカメラフォン（Cameraphone）

野の中で考えるだけで良かったが、DSCでは関連するが携帯電話機の主流になっているが、日本における携

他分野との整合性も考えて行かなければならなくなっ

帯電話産業は、電波利用の面では民生用産業とは別のた。このような要求は、特に業務用DSCに対して大き領域で動いている。ただし、電話機を製造してキャリ

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

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ア各社に提供しているのはDSCを製造している会社と＜注＞

重複するため、カメラフォンにはDSCの技術がかなり（1）平成19年4月に経済社会総合研究所景気統計部が活用されているので、カメラフォンに関する技術検討
をカメラ技術を主体として行うことも不可能ではない発表した消費動向調査（2）総務省情報通信白書平成19年版

資料編と思われる。
既に、米国のI3A（International Imaging Industry
Association）の先進事業（Initiative）の一つとして、
CPIQ（Camera Phone Image Quality）がカメラフォ
ンの画像に関してカメラ側からの検討を加えることを始めている。

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

12310_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ124

11 考察および謝辞
人類は太古の昔からコミュニケーションの手段として画像を用いてきた。画像によるコミュニケーション
は言葉や文字のような構成規則を知らなくても、見たきなかった。
画像情報が論理情報として、真にマルチメディア化された状態で扱われたのは、DSCが初めてである。

だけで意味を感じ取ることができる優れた手段である。しかも、この画像という優れたコミュニケーショ
ン手段を用いているのは人類だけである。

に記述する手法である。従来の銀塩カメラは化学変化

人類はこの「画像文化」を育て上げ、その画像文化により潜像を得るものであったが、その潜像は特別な発展のための様々な技術革新を重ねてきた。画像文化

ルールや取り決めがなくても顕像化して見ることがでは絵画という大きな文化を形成し、絵画の制作のためきる。

の技術革新も数多く残してきた。

それに対してDSCでは画像は特定の規則に従ってコ

一方では、技能的に習熟が困難な絵画を、安易にかード化され、記録されているため、その規則が判明しつ満足できる品質で作成するための技術開発も行わなければ潜像さえも見ることはできない。画像によるれ、カメラとして発展した。

コミュニケーションが、視覚を通して直接相手に働き

このカメラ発展の流れを、カメラを画像機器としてかける物理的な手段としてスタートしながら、DSCでの側面から支えた技術、および情報機器としての側面

は伝送や蓄積の手段を論理的手法に委ねたことに注目から支えた技術に分類して、付図に系統的に示す。

すべきである。

カメラの原点は、紀元前のアリストテレスが言及したカメラオブスキュラに遡る。

従来の情報伝達手段が、感覚的な物理量をそのまま伝送あるいは蓄積していたのに対して、DSCでは感覚

光化学反応を利用して画像を残すことに成功したのに働きかける入出力部分を物理量とする以外は、全ては19世紀に入ってからである。その後、写真術は、よ伝送、蓄積、加工などに合理的なデジタルという論理

り短時間に正確な画像を手軽にかつ安価に得るかに関量を用いた。したがって、画像と同時に付属情報も論して技術改革が重ねられ、さらに自動露出やオートフ

理的記述に従って画像情報と共に記録することも可能

ォーカスなどのユーザフレンドリな機能も開発されたとなった。

結果、戦後の日本ではカメラはステータスシンボルとしての必携品といわれるまでになった。
しかし、電子化時代といわれる20世紀後期において、様々な日用品が電子化される中で、カメラは化学主体の機器としての立場を保ち続けるかに見えた。
画像機器の電子化は、放送用機器から始まった。家
庭用ビデオカメラや8mmカムコーダなどのビデオ機

124

デジタルは人間の知覚を離れて、物理現象を論理的

銀塩カメラが画像取り込みのための機器であったのに対してDSCが画像情報システム内における画像入力
機器として位置づけられる所以である。
この実現には、JPEG, TIFFをベースとしたフォー
マットの構築が大きな貢献をした。また、フラッシュ
メモリやそれを使用したメモリカードの実現の貢献も大きい。

器類は、この放送用の機器を民生用機器に応用したも最初に市場に出されたDSCの価格は再生機や記録装のである。これらの機器は、しかしながら画像情報を置などを含んだ1セットで乗用車1台が買えるほどであアナログ信号として磁気テープや磁気ディスクなどにったが、1995年にQV-10Aが5万円を切ってから、DSC記録するものであり、伝送や転写における画質の劣化の価格は毎年下落してきた。その一方で性能は毎年のを完全に除去することはできなかった。

ように向上してきている。1989年の初期のDSCでは40

1981に発表された電子カメラは、ビデオカメラの一万画素のCCDを使用しており、画質は銀盤カメラにと場面を切り取って静止画としてフロッピディスクに記ても及ばなかったが、1983年には100万画素を超える録するもので、初めて静止画記録の電子化が行われた「メガピクセル」CCDが採用され、その後毎年のようものとして注目すべきものである。しかし、この電子に多画像化が進んだ。

カメラにおいてさえ、画像情報の他に音声情報を同時

DSCの画質が銀塩カメラに比して見劣りしていた時に記録することは可能であるが、それらは記録される

代には、ポスターや出版物などの印刷分野においては、

画像の補助情報として付随的に用いられるもので、撮大判のフィルムを使用するのが主体であった。しかし、影時の情報や画像に関する情報まで記録することはで最近のDSCは解像度でも色再現性においても大判銀塩

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

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カメラと遜色のない画質が得られるものが発売されて情報機器として、DSCを持たなくても携帯電話の画質

おり、印刷分野などでもデジタル化が急速に進み、技で満足できるユーザ向けのカメラ付携帯電話であり、術的にもDSC分野との交流が盛んになってきている。

これら二つの目標を合わせた三極分化に向かうと思わ

民生用コンパクトDSCにおいては、現在1万円代のれる。

ものも発売されているが、PCを始めとする画像情報機器としての存在意義は大きい。PCはDSCの画像を最後になったが、本報告を纏めるに当たり、貴重なOS内で処理できるようにOSを改良してきたし、プリお話を伺う機会を設けて頂き、資料の提供などのご協ンタはDSCからの画像印刷を容易にするための機能改力を頂いた次の各位に対して深い謝意を表する。

善のためにDSC側と協力してきた。
また、個人情報機器として急速な発展を遂げてきた1． 財団法人日本カメラ財団

携帯電話においてもカメラ機能を付属させたものが生

2． 有限責任中間法人カメラ映像機器工業会

産の過半数を占めるようになった。

3． キヤノン株式会社イメージコミュニケーション

このカメラ付携帯電話も、DSCからの技術移転を受事業本部および広報部

けて、同じフォーマットで作動するため、DSCで撮影

4． 富士フイルム株式会社広報部

した画像との互換性を持っている。このため、このカ
メラ付携帯電話もDSCの範疇に入れて差し支えないと思われる。特に、常時持ち歩く携帯電話以外にさらにおよび先端コア技術研究所
末高弘之氏

DSCを持ち歩くことを不便と感じるユーザ層や、カメ

6． 株式会社東芝科学館

ラ付携帯電話の画質で満足しているユーザ層、撮影し7． 東北大学名誉教授

た画像は保存するよりも友達などへ送信することが多

8． 株式会社イメージリンク社長

いユーザ層などにとって大きな市場となろう。

9． InvenSense日本代表

このように、DSCは画像情報機器としてこれからも乾谷正史氏

5． カシオ日立モバイルコミュニケーションズ

舛岡富士雄氏内山雅之氏

元富士写真フイルム

大地成治氏

発展を続ける。その目標の一つは画像機器としての性10．財団法人インターネット協会副理事長

能を重視したものであり、高画質・高性能を追求する

株式会社インターネット戦略研究所

業務用およびハイ・アマチュア用と、一般民生用の使代表取締役会長

い勝手の良いコンパクトDSCという二極分化の方向が

11．インプレスR＆D社長ある。第二の目標は、コミュニケーションを重視する

高橋徹氏
井芹正信氏
（順不同）

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

12510_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ126

デジタルスチルカメラの系統図

126

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

資料1

登録候補一覧

10_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ127

デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査

12710_2 デジスチルカメラの技術#125 10.4.16 11:18 ページ128

資料2

128

年表

国立科学博物館技術の系統化調査報告 Vol.10 2008.March

本報告書は平成19年度科学研究費補助金特定領域研究『日本の技術革新−経験蓄積と知識基盤化−』
計画研究「産業技術史資料に基づいた日本の技術革新に関する研究」（17074009）の研究成果である。

国立科学博物館
技術の系統化調査報告 第10集
平成20（2008）
年3月19日■編集

独立行政法人

国立科学博物館

産業技術史資料情報センター（担当：コーディネイト・エディット 永田 宇征、エディット 大倉敏彦・久保田稔男）■発行

独立行政法人〒110-8718

国立科学博物館
東京都台東区上野公園 7-20

TEL：03-3822-0111■デザイン・印刷株式会社ジェイ・スパーク

正誤表（デジタル・スチルカメラの技術発展の系統化調査）

年月日

箇所

誤

正

2010年5月10日

Ｐ１２８年表１８行目

１９６５ マビカ発売

行削除

Ｐ１２８年表１９行目

１９８１ オーディオ・カセット静止画記録装置発表

１９８１ マビカ発売

Ｐ１２８年表２０行目

１９８５

１９８５ オーディオ・カセット静止画記録装置発表

Ｐ１２８年表２１行目

１９８６

行削除