ローリングシャッター現象

1. ローリングシャッター現象が起きる原理

ローリングシャッター方式のイメージセンサーでは、画面を構成する各ラインを上から下へ、あるいは下から上へ順番に露光・読み出します。

そのため、1枚の画像であっても、画面の上部と下部では記録される時刻にわずかな差があります。

通常の撮影ではほとんど問題になりませんが、読み出している間に被写体が高速で移動したり、カメラを素早く動かしたりすると、ラインごとに被写体の位置が変わります。その時間差が一枚の画像として合成されることで、本来とは異なる形に記録されます。

2. ローリングシャッターで生じる代表的な症状

斜めに傾く（スキュー）

走行する電車や自動車などを撮影したり、カメラを高速でパンしたりすると、本来垂直であるはずの柱や建物などが斜めに傾いて写ることがあります。

高速で動く物体が変形する

プロペラ、扇風機、車輪、ゴルフクラブなど高速で移動・回転する物体では、直線が曲がったり、伸び縮みしたり、本来とはまったく異なる形に写ったりすることがあります。

画面が波打つ（ジェリー／ウォブル）

手持ち撮影や車載撮影、ドローン撮影などでカメラに細かな振動が加わると、画面全体がゼリーのように揺れたり、建物などが波打って見えたりすることがあります。

明暗の帯が現れる（バンディング）

LED照明など周期的に明滅する光源では、センサーのラインごとの記録時刻と光源の明滅周期との組み合わせによって、画面に明るい部分と暗い部分が帯状に現れることがあります。これは形状の歪みとは異なりますが、ローリングシャッター方式の時間差によって生じる関連現象です。

3. ローリングシャッターとグローバルシャッター

ローリングシャッターに対して、画面を構成するすべての画素を同じタイミングで露光する方式をグローバルシャッターといいます。

グローバルシャッターでは画面の上部と下部に撮影時刻のずれがないため、ローリングシャッター特有の形状の歪みは原理的に発生しません。

なお、ローリングシャッターは「CMOSセンサーだから起こる現象」という説明をされることがありますが、これは正確ではありません。CMOSセンサーにもグローバルシャッター方式があります。

プロペラの回転やゴルフクラブのスイングで顕著に出る理由

プロペラやゴルフクラブは、ローリングシャッター現象が非常にわかりやすく現れる被写体です。

最大の理由は、その移動速度の速さです。センサーが画面の上から下までを読み出しているわずかな時間にも、プロペラの羽根やクラブのシャフトは大きく移動しています。そのため、上のラインと下のラインではまったく異なる位置にある被写体が記録されます。

さらに、プロペラの羽根やクラブのシャフトは細長く、本来の形状が明確です。そのため、わずかな時間差による位置のずれでも「曲がる」「ねじれる」「途中で形が変わる」といった異常が非常に目立ちます。

また、高速シャッターを使用してモーションブラーが少なくなると、ローリングシャッターによる形状の歪みそのものがくっきり見えることがあります。