カメラの歴史

カメラを説明するとき、私たちは大抵このように話します。レンズが光を集め、その光が感光面に届き、届いた分だけ跡が残るのだと。一度押せば一度記録され、その記録が写真1枚になるという構図です。長い間、それは正しい説明でした。

今は少し違います。スマートフォンのカメラで広く使われている方式は、シャッターを押した瞬間に何枚も連続して撮影します。そのあとそれらの画像を互いに位置合わせして重ね合わせ、重ねた結果を1枚として仕上げます。2016年に公開された研究資料のひとまとまりが、元画像2枚から10枚で構成されているのがその痕跡です。シャッターを一度押すことと写真1枚が、もはや1対1ではなくなったのです。

ここまでは最近の話のように聞こえます。ですが、このお話で本当に常識が覆るポイントは、さらに手前にあります。カラーデジタル写真は、生まれたときから計算が入り込んでいたのです。

最も広く使われているカラー撮像方式では、光に反応する素子が格子状に並んでおり、その上にカラーフィルターが素子ごとに1つずつ載せられています。素子1つが測るのは、3色のうちの1色だけです。残りの2色はどこから来るのでしょうか。測っていないのですから、隣の素子から計算して補うのです。写真を画面に表示するには1つの位置ごとに3つの値がすべて揃っていなければなりませんが、実際に測った値はそのうちの1つだけだからです。

ここで1つ注意点があります。センサーがすべてこのような構造をしているわけではありません。光を分けて複数のセンサーを配置する方式もあれば、1つの場所で3色すべてを測る構造もあります。ですから、正確にはこう言う必要があります。最も広く使われている方式においてそうだ、と。この手掛かりは、後ほど再び登場します。

ですから、「合成写真」は最近になって登場した種類のものではありません。ただ、この仕組みが最初からあったわけでもありません。カメラは本来、光を一度記録する機械でした。その機械が、いかにして「何度も見たものを合わせて1枚を作り出す機械」になったのか。それが、この物語です。

まずは出発点から見ていきましょう。ですが、出発点を決めること自体、簡単なことではありません。

写真の始まりをひとりの人物だけに帰してしまうと、誰かが歴史から消えてしまいます。「何の最初か」をまず定義すると、3つに分かれます。

ひとつ目は、現存するもののなかで最も古いカメラ写真です。ニセフォール・ニエプスが作ったもので、所蔵機関であるハリー・ランサム・センターは制作年を1827年と記しています。広く引用される記述では1826年から1827年の間とされています。作り方はこうでした。光に反応するアスファルトをラベンダー油に溶かしてピューター板に薄く塗り、その板を暗い箱の中の窓辺に立てておくのです。露出には数日かかりました。シャッターなど要らない時間ですね。

ふたつ目は、広く売られた最初の方式です。1839年8月19日、パリのフランス科学アカデミーの会合でダゲレオタイプが公開されました。銀メッキを施した銅板に、ネガなしで直接ポジ像を作る方式です。裏を返せば1枚がそのまま完成品であるため、複製するにはその板をもう一度撮るしかありませんでした。それでもこの方式は急速に広まり、1850年にはニューヨーク市だけでも写真館が70軒以上ありました。

みっつ目は、1度撮って何枚もプリントする方式です。こちらの主人公はウィリアム・ヘンリー・フォックス・タルボットです。光に反応する紙に明暗が反転した像を作っておき、それを重ねてポジ像を何枚も焼き付ける仕組みですね。現存する最も古い紙のネガは、1835年8月に彼がレイコック・アビーで作ったものだと所蔵機関が記しています。短い露出で生じた目に見えない潜像を現像して浮かび上がらせる方式は、1841年に特許を取得しました。

3つの軸を並べてみると、面白いことが見えてきます。最も古いもの、最も広く売られたもの、そして今日の写真の祖先となったものが、すべて別人なのです。そして3つのうち、今私たちが使う方式へとつながったのは、数では最も劣勢だったみっつ目でした。ダゲレオタイプは1枚につき1枚でしたが、紙のネガは1枚から何枚も作れたからです。

モノクロ写真は明るさひとつを測れば済みます。色は違います。少なくとも3つの要素を別々に知る必要があります。それなのに感光面は1つしかありません。この食い違いこそが、写真で色を作り出すあらゆる方式の出発点なのです。

1861年、写真家のトーマス・サットンがジェームズ・クラーク・マクスウェルとともにひとつの答えを示しました。格子模様のリボンを置き、レンズの前に赤フィルターをかざして1回、緑で1回、青で1回、こうして3回別々に撮影したのです。それからその3枚をガラスに焼き付け、同じフィルターを付けた3台の映写機でスクリーンに重ね合わせて投影しました。色のついた1枚は、その重なりの上にだけ存在したのです。感光面に残されていたのは、依然として3枚のモノクロ像でした。

この方式には明らかな不便さがありました。3回撮るあいだ被写体が動いてはならず、見るたびに3台の映写機の位置をぴったり合わせなければならないからです。そのため、次の答えは3回を1回に減らす方向へと進みました。

1907年に商業生産が始まったオートクローム乾板がそれです。作り方が奇妙です。ジャガイモのデンプン粒をふるいにかけて極小のものだけを選び出し、それを赤・緑・紫の3つのグループに分けて染め上げます。混ぜ合わせてガラス板にびっしり敷き詰めると1平方インチあたり400万個ほどになり、粒と粒のすき間は木炭の粉で埋めます。その上に、光の色を選ばずに反応する感光乳剤を塗るのです。

光がこの板に入り込むとどうなるでしょうか。粒のひとつを通過する際、その粒の色だけが通り抜け、その下の乳剤は通り抜けた分をモノクロとして記録します。ある1点が記録するのは、3色のうちの1色だけです。色が再び現れるのは見るときです。現像した板に光を透かすと、再び同じ粒を通ることで、散らばっていた色が人間の目でひとつに合わさるのです。

この一文を覚えておいてください。感光面の上にカラーフィルターをびっしり敷き詰め、その下では色を知らないまま明るさだけを記録し、色は後から再び合わせる。フィルムの上で機能していたこの仕組みが、のちにシリコンの上へと移植されることになるのです。

いよいよシリコンへと進みます。1976年7月20日、ブライス・ベイヤーがイーストマン・コダックの名義で出願した特許が登録されました。題名は「カラー撮像配列」で、出願はその前年の3月でした。

特許に記された構造はこうです。光に幅広く反応する素子が基板の上に格子状に並び、その上にカラーフィルターのモザイクが重なります。フィルターは素子と一対一で対応して重なり合い、3種類のパターンはお互いに重なり合いません。 原文の表現をそのまま借りれば「重複のない標本配列」です。つまり、素子一つが測定できるのは3色のうちの1色だけなのです。

配置も適当に決めたわけではありません。人間の目が明るさの細部を最もよく認識できる色、すなわち緑が2つに1つの割合で入ります。横に見ても縦に見ても間隔が同じになるようにです。残りの場所を赤と青が埋めます。特許に記された別の実施例では、青が全素子の8分の1しか占めていませんが、その理由も併記されています。人間の目が青の細部を最も捉えにくいからです。人間が何を見分けにくいのかが、部品の設計図にそのまま反映されたのです。

では、残りの2色はどうするのでしょうか。ここが重要ですが、この特許にはその答えがありません。特許に書かれているのは、信号を色ごとに分けて出力する回路までです。足りない値をどう補うかは、同じ会社が続けて取得した別の特許に記されています。

1979年11月27日に登録された特許がその一つです。発明者にはピーター・ディロンとブライス・ベイヤー、つまり前の特許を出した人物が名を連ねています。要約の最初の一文は「走査行に沿って補間を行い、個々の原色の信号更新の間の値を決定する」となっています。測定していない場所の値を、隣接するサンプルから計算して補うという意味です。

1987年に登録されたコダックのまた別の特許は、当時の状況を背景記述としてまとめています。「標本の位置ごとに輝度と色度の値が与えられるが、これは通常、標本間を線形補間することによって行われる」。そして、その単純な補間が細かな模様のある場所で本来存在しない色のフチを生み出すと問題視しています。写真で色がどう見えるかは、撮影ではなく計算の性能にかかっているということでもあります。

ただし、ここで早合点してはいけません。すべてのセンサーがこうであるわけではないからです。ベイヤー特許の背景記述自体、当時のビデオカメラメーカー各社が光を分割して複数のスキャナーを配置する道を選んでいたと記しています。シリコン内部で波長が長いほど深くまで入り込む性質を利用し、上下に重なった3つの層が同じ位置で3原色をすべて測定できるようにした構造もあります。1999年に登録されたリチャード・メリルの特許がそれです。色をまったく測定しないモノクロ専用のセンサーもあります。ですから、正確な言い方をすればこうなります。最も広く使われている方式では、画素一つが測定する色は一つだけなのです。

仕組みの話はひとまず置いておいて、コストの話をしなければなりません。この物語の残りの半分は、ここから生まれるからです。

1888年に登場したコダックのカメラを見てみましょう。価格は25ドルで、写真100枚を撮れるフィルムがあらかじめ入っていました。撮り終えたらフィルムだけを取り出すのではなく、カメラごとロチェスターの工場へ送りました。10ドルを支払えば、現像とプリントを行い、新しいフィルムまで入れて送り返してくれたのです。広告のキャッチコピーは「ボタンを押すだけ、あとは私たちが引き受けます」でした。

数字を改めて見ると仕組みが見えてきます。カメラ代の25ドルは一度払えば終わりです。ところが10ドルは、撮り終えるたびに再びかかる費用です。もう1枚撮るたびにコストがかかる仕組みだったのです。

コストはお金だけではありませんでした。時間もまたコストでした。最初期のダゲレオタイプの露出時間は3分から15分でした。アメリカ議会図書館の解説には、そのため肖像写真にはほとんど使えなかったと書かれています。人がそれだけの時間じっとしていなければならず、少しでも動けばその部分がぼやけてしまったからです。露出中に動いたものが残すブレ、すなわちモーションブラーが芸術的な選択ではなく、ただの失敗だった時代です。感光プロセスとレンズが改良されるにつれ、露出時間はまもなく1分未満に縮まりましたが。

1枚ごとにコストがかかる世界では、人の行動が決まってきます。何を撮るか決めてから押すことになるのです。 フィルム1本の枚数は決まっていて、残りの枚数を数えながら撮るからです。同じ場面を10回撮ってその中から1枚を選ぶことは、10倍のコストを支払うことでした。

このコストを、一体何がなくしたのでしょうか。フィルムを電子部品に置き換えるだけでは駄目でした。次の章で見ることになりますが、電気に変えたあとも、しばらくの間は1回押せば1枚だったからです。

1970年4月、ベル電話研究所のウィラード・ボイルとジョージ・スミスが学術誌に短い報告を発表しました。原稿が受理されたのはその年の1月29日のことです。半導体表面に電位の井戸を作って電荷をためておき、その井戸の最下点を順に移動させて電荷を表面上で押し運ぶという概念でした。

興味深いのは、この報告が挙げた用途です。シフトレジスタ、撮像装置、表示装置、そして論理演算。撮像はその4つのうちの1つとして記されていました。 のちにこの素子が写真の感光面に取って代わることになりますが、当初は電荷を運ぶ汎用装置に近かったのです。

数年後、その素子がカメラに組み込まれました。1974年、イーストマン・コダックの若い電気工学者スティーブン・サッソンが、フェアチャイルド・セミコンダクターの201型電荷結合素子で何ができるかを探っていました。上司がその100×100画素の素子を使って像をデジタルに変換してみてはどうかと言ったのです。翌年、試作品が動きました。重さは3.6kg、写真1枚をオーディオテープに記録するのに23秒かかりました。

1978年に登録された特許に、その構造が記されています。発明者はギャレス・ロイドとスティーブン・サッソンです。露光のあいだ電荷結合素子が像に対応する電荷パターンを作り、それを高速変換器でデジタルワードに変換して一時的にメモリに格納したのち、オーディオ用磁気テープに記録できる速度で再び送り出すという仕組みです。

ところが、この機械も一度押せば1枚でした。むしろフィルムよりも不利だったのです。1枚を記録するのに23秒もかかったのですから。そのときサッソン自身が計算したのは、解像度がフィルムと張り合えるようになる時期でした。1990年から1995年の間と見込み、会社はこの課題を棚上げにしました。十数年先のことのために、今ラインを割くことはできないという計算だったのです。

それから長い歳月が流れました。イーストマン・コダックが米国連邦破産法第11章の適用申請書類を証券当局に提出したのは、2012年1月19日のことです。この物語における同社のくだりはここまでです。この連載が追うのは会社の命運ではなく、機械が果たす役目だからです。そして、機械が果たす役目が変わる瞬間は、まだ訪れていません。

カメラにまつわる話の中で、最も長く語り継がれている誤解を取り上げてみましょう。画素数が多いほど写真が良い、という言説です。この言葉がなぜ成り立たないのかは、そのメカニズムから説明できます。

まずは画素数が決めるものからです。センサーが再現できる最も細かい模様の限界は、画素の中心同士の間隔によって決まります。その間隔の逆数を半分にした値が限界であり、それより細かい模様は正しく再現されず、不自然な模様として現れてしまいます。画素を増やせばこの限界は上がります。画素数が決めるのは、標本をどれだけ細かく採取するかまでです。

代わりに失うものもあります。センサーの面積をそのままにして画素を増やすと、画素一つひとつは小さくなります。2000年にスタンフォードの研究陣が発表した論文は、ダイナミックレンジとSN比がおおよそ画素サイズの平方根に比例して増減すると述べています。理由は、光が粒として届くからです。同じ明るさであっても届く粒の数は毎回少しずつ異なりますが、受け止める量が少ないほど、そのばらつきが信号に対して大きくなってしまいます。画素が小さくなると暗い部分のノイズが増え、明るい部分と暗い部分を一枚に同時に収められる幅が狭くなります。

天井（限界）もあります。同じ論文では、画素を減らせばシステムの再現性が向上しうるとしつつ、ある但し書きを添えています。「解像度が撮像光学系によって制限されない限り」と。システム全体の再現力は、レンズの役割と画素の幾何学的構造の役割などを掛け合わせた積として表されるからです。レンズがすでにつぶしてしまった細部は、画素をさらに細かく分割しても蘇りません。 掛け算において一つの項が0に近ければ、残りをいくら大きくしても意味がないのと同じです。

方向が反対である二つの効果があるため、与えられたプロセスやレンズ、用途ごとに最も適した画素サイズが自ずと生じます。その論文は、0.35µmプロセス・開口率30%という条件において、その値を約6.5µmと算出しました。条件付きの数値であるため、この数字を無条件に当てはめてはいけません。ただ、「最適値が存在する」という事実そのものが、「多ければ多いほど良い」という考えを覆すのです。

ですから画素数は、写真の成績表ではなく一つの軸にすぎません。標本がどれほど細かいかは画素数が、その標本がどれほどクリアかは画素一つの大きさが、運び込める情報の上限はレンズが決めるのです。三者がそれぞれ、まったく異なる役割を果たしています。

ここで二つの流れが合流します。一つは第3章で見た仕組みです。色は別々に測って合わせるものだという仕組みですね。もう一つは第5章で見たコストです。もう1枚撮るたびにかかっていたコストのことです。

デジタルではそのコストがほとんど消え去りました。フィルムと現像液がないので、もう1枚撮るからといって別にかかるものがありません。カメラを買い、記録媒体を用意する費用は最初に一度かかりますが、その後は何枚撮ってもほぼ同じです。固定された費用だけが残り、1枚ごとにかかっていたコストがほぼゼロになると、行動が変わります。決めてから押していたものが、押してから選ぶ方へと移っていくのです。

すると、新たな選択肢が開けます。どうせもう1枚撮るコストがほぼ0なら、1回の撮影に何枚も使えばいいわけです。

1997年にポール・デベヴェックとジテンドラ・マリクが、その方向の手法を発表しました。同じシーンを露出だけ変えて何枚も撮影し、その複数枚からカメラが光を数値へと変換する仕組みを逆にたどって明るさのマップを取り戻したうえで、1枚に合成するのです。明るい場所と暗い場所を1枚の中に一緒に収める仕事が、「撮影」から「合成」へと移り変わった瞬間でした。いまスマートフォンの設定にあるHDRという言葉は、ここから来ています。

2016年に公開されたスマートフォンの撮影研究は、これを実際の機械の中に入れました。シャッターを押すと何枚も続けて撮影し、互いに位置を合わせて重ねることでノイズを減らし、収められる明るさの幅を広げます。一緒に公開されたデータセットの1組は、元の写真2枚から10枚でした。

そして2019年、同じ研究の流れがさらに一歩先へと進みました。論文のアブストラクトはこう始まります。「単一フレームおよびバースト撮影パイプラインで使われていた従来のデモザイキングを、マルチフレーム超解像アルゴリズムに置き換える。」その手法が奇妙なほどエレガントです。手でカメラを持つと大抵は少しずつ震えるものですが、そのブレをなくすべきノイズではなく材料として使うのです。ブレのおかげで何枚もの写真が画素1つより小さな幅でズレて撮影され、それらを位置合わせして重ね合わせると、画素の位置ごとに赤・緑・青の値が実際に測った値で満たされます。

第4章を思い出してみてください。1976年の配列は画素ごとに色を一つだけ測るようにし、残りは隣から推測して埋めていました。2019年の手法は、推測する代わりに別の写真から実際に測った値を持ってきます。同じ問題に対する別の答えですが、後者の答えは、もう1枚撮るコストがほぼ0でなければ成り立ちません。この方式はスマートフォンにおいて1,200万画素の1フレームを100ミリ秒で処理し、何倍かに引き寄せて撮る機能にも使われました。レンズで焦点距離を変える光学ズームと、画面を切り取って拡大するデジタルズームの間に、複数枚を重ねて細部を取り戻す道がもう一つ生まれたわけです。

この物語の最後の場面は、ニュースでよく目にするあの数字です。ただしここでは、2つの数字をひとつの文の中に混ぜてはいけません。

最初の数字は出荷台数です。カメラ映像機器工業会という業界団体が、統計に参加している各社の出荷を取りまとめて集計しています。この集計において、デジタルスチルカメラの出荷は2010年に1億2,146万3千台でピークを迎えました。レンズ一体型が1億857万6千台、レンズ交換式が1,288万7千台でした。そして2026年2月に発表された同団体の報道資料によると、2025年年間の出荷は943万8,876台です。レンズ交換式が700万1,965台、レンズ一体型が243万6,911台でした。

この統計が数えているのは専用機器です。 携帯電話に搭載されているカメラはここには含まれません。ですから、この数字が物語っているのは「カメラが消えた」ではなく、「単体で買うカメラが売れなくなった」ということなのです。

2つ目の数字は写真の量です。2025年5月28日にGoogleは、自社の写真サービスが10周年を迎えたとして、月間利用者が15億人を超え、写真と動画が9兆個以上保存されていると明らかにしました。ひとつの会社の、ひとつのサービスの数字です。 世界中で撮影される写真をすべて数えた数字ではなく、ここに入っていない写真のほうがはるかに多いはずです。それなのに、この規模なのです。

2つの数字を並べるときは、必ずこのように注釈を添えなければなりません。前者はある業界団体が参加各社から集約した専用機器の出荷台数であり、後者はある会社が自社サービスに保存されていると発表した写真や動画の数です。数える主体も対象も単位も異なるため、引き算したり割り算したりしてはいけません。ただ、向かっている方向性は明らかに正反対です。

2つの数字の間をつなぐものはひとつしかありません。カメラが電話機の中に入ったのです。2000年にシャープが発売したJ-SH04は、11万画素の撮像素子を搭載し、撮った写真をその場で電子メールで送信できるようにした製品でした。同社はこれを、カメラを搭載した業界初の携帯電話と記しています。自社の記述であるため「世界初」と言い切るには慎重さが必要ですが、方向性はその時から定まっていました。カメラは単体で買い求めるものから、ポケットに入れて持ち歩くものに付いてくる部品になったのです。

そしてその部品の中で、第8章の出来事が起こります。シャッターを1回押せば何枚も連写し、それらを合成して1枚の写真を仕上げるということが。

先々のことを当てようとする必要はありません。代わりに、この物語が教えてくれたことに照らし、どこを見ていれば局面が変わるのをいち早く察知できるのか、その視点だけを整理してみますね。

第一に、数字の基準です。カメラに関する記事に出てくる数字は、大抵2種類あります。何台出荷されたのかと、写真がどれほど蓄積されたのか。この2つは数える主体も対象も異なり、向いている方向も正反対です。どの団体が、いつ、何を数えたのかが抜けているランキング記事は、それだけで半分間違った文章と言えます。そのうえ、こうした統計は年ごとに更新されます。同じURLを翌年に開くと、数値が変わっているのです。

第二に、「オリジナル」という言葉です。手を加える前の状態を収めたというrawファイルがありますよね。カラーフィルターを用いるセンサーから出力されたrawには、画素の位置ごとに1色の値しか入っていません。2019年の論文が、カラーフィルター配列のraw写真から直接完全なRGB写真を作り出すと記しているのは、まさにそういう意味です。rawは手を加える前の状態ではあっても、人間の目に見えるそのままではありません。目に見える色は、その後の計算によって補われ、画面に表示したり保存したりするときには、通常、非可逆圧縮までもう一度経ることになります。

第三に、画素数競争の天井です。製品説明に記載される画素数は、サンプリングの細かさを語っているにすぎません。画素1つの大きさと、レンズがもたらす情報量が一緒に記されているかを見ればいいのです。3つのうち1つだけが大きくなっている発表は、残りの2つについては語らないことに決めた発表ですから。

第四に、今まさに熱を帯びている議論です。人間が撮っていない画像が写真と並べられるようになり、「どこまでが記録なのか」を問う場があちこちに生まれています。この章は、その問いに答えを出すものではありません。ただ、問いの出発点を少しずらしてくれます。計算がいつ入り込んだのかと問われれば、その答えは最近ではなく、色を作り出し始めたあの時からだからです。ですから見るべきは「計算が入っているかどうか」ではなく、どんな計算がどこまで施され、それがどこに記されているかなのです。

最後に、もう1つだけ。この物語で表舞台から押し出された側にも、その当時の計算がありました。フィルムのないカメラを作った人物は、その解像度がフィルムと張り合える時期を十数年後と見込み、その判断の上でプロジェクトは畳まれました。当時のその判断が間違っていたと言うのは、結果を知った今の私たちにとって一番簡単なことです。私たちも今、どの値がまもなく0に近づくのかはよく分かりません。この物語において局面がひっくり返った場所は、大抵その場所だったというのに。