Appleは、デジタル画像処理におけるダイナミックレンジの限界を押し広げる次世代イメージセンサーを開発しています。新たに公開された特許によると、同社は最大20ストップのダイナミックレンジを実現できる積層型センサーアーキテクチャを開発中です。このレベルは、ARRI ALEXA 35のようなシネマグレードのカメラを凌駕し、人間の目のダイナミックレンジに近づくことになります。

積層型センサーアーキテクチャによる20ストップの画期的な進歩

「高ダイナミックレンジかつ低ノイズの積層ピクセルを備えたイメージセンサー」と題されたこの特許は、2層センサー設計の概要を示しています。上層のセンサーダイはフォトダイオードを通して光を捉え、下層のロジックダイが処理を行います。このレイアウトにより、信号がチップから出力される前にノイズを低減します。各ピクセルには、熱ノイズをリアルタイムでキャンセルする電流メモリ回路が組み込まれており、後処理による補正が不要になります。

このセンサーにはLOFIC（Lateral Overflow Integration Capacitor）技術も搭載されています。これにより、各ピクセルはシーンの明るさに応じて3段階の電荷を処理でき、ハイライトとシャドウの両方で画像のディテールを維持できます。注目すべきは、Appleがシリコンレベルでのノイズ抑制を優先し、一般的な4Tトランジスタではなく、よりシンプルな3Tトランジスタ構造を採用している点です。

Appleがこのセンサーを市場に投入すれば、モバイル写真の新たな基準を確立し、ダイナミックレンジと低照度性能において従来のカメラメーカーに挑むことになるだろう。20ストップのレンジは、1,048,576対1のコントラスト比を意味する。今日、極端な照明条件下においてもこのレベルのディテールを実現できる画像処理システムはほとんどない。

iPhoneとそれ以降への影響

Appleはこれまで、イメージセンサーに関してはソニーに依存してきました。今回の特許は、自社開発の独自ソリューションへの移行を示唆しています。YMCinema Magazineが最初に報じたように（9to5mac経由）、Appleはセンサーレベルで直接処理を行う高度な画像処理パイプラインを開発しているようです。この技術は、将来のiPhoneやApple Vision Proのようなデバイスに搭載される可能性があります。

CineDによるiPhone 15 Pro Maxの実世界テストでは、ISO感度とテスト方法によって異なりますが、約12～13.4ストップのダイナミックレンジが実現されていることが示されました。しかし、内部ノイズリダクションが過剰に作用することで結果が歪んでしまう場合があり、実際のダイナミックレンジがどの程度維持されているのか疑問が生じます。例えば、ISO 55では、CineDは5ストップの露出ラチチュードを観測しました。これは、iPhoneより5～7ストップも高いARRI Alexa Mini LFなどのシネマカメラと比べて大幅に低い値です。

一方、人間の目は通常10～14ストップの範囲で認識できます。光量に適応することで、最大30ストップまで認識できます。Appleはセンサーのイノベーションを通じてこのレベルに匹敵、あるいは上回ることを目標としており、これはコンピュテーショナルフォトグラフィーとハードウェアレベルのパフォーマンスを融合させるという同社の取り組みを反映しています。

注意：特許は製品を意味するものではありません

興奮はさておき、これは特許のままだ。Appleはしばしば、研究室から出ることの無い先進技術を特許出願している。RedditやYMCinemaのコメント欄で議論されているように、この設計がモバイル端末のフォームファクターで技術的に実現可能かどうかは、当然ながら懐疑的な見方を抱かせる。カメラコミュニティは、現在の画像科学の限界を押し広げるような主張にはすぐに異議を唱える。

それでも、Appleがこのレベルの精度を持つセンサーを設計しようとする努力は、イメージングスタック全体を制御しようとする同社の戦略を示しています。この技術が実現すれば、モバイルシネマ、AR/VRの忠実度、HDRコンテンツの撮影に変革をもたらし、Apple初のスタンドアロン型プロ用カメラシステムにもつながる可能性があります。