ハイスピードカメラの選び方｜選定のポイントや計測に必要なスペックまとめ

ハイスピードカメラとは、一瞬の現象を超高速で撮影できる特殊なカメラです。通常のカメラが1秒間に30〜60枚の画像を撮影するのに対し、ハイスピードカメラは1秒間に数千〜数百万枚もの画像を記録できます。

これにより、人間の目や一般的なビデオカメラでは捉えきれない「一瞬の動き」や「瞬時の変化」を、スローモーションで詳細に観察できるようになります。

一瞬の現象を細かく分解して捉えることで、"感覚"でしか理解できなかった現象を科学的に分析・評価することが可能です。現代の研究開発や製造の現場において、ハイスピードカメラは欠かせない観察・解析ツールとなっています。

本サイトでは、ハイスピードカメラを選ぶ際に押さえるべき主要なポイントや、撮影対象に応じた撮影速度の目安を具体的に紹介し、目的に合った最適なカメラ選びをサポートします。

高速で起こる現象は、人間の目では捉えきれません。例えば、溶接時に飛散するスパッタ、燃焼中の火炎のゆらぎ、衝撃波の伝播、液滴のはね返りなどは、非常に短い時間の中で急激に変化します。

このような瞬間的な現象を正確に観察・解析するために用いられるのがハイスピード撮影です。

ハイスピード撮影の最大の目的は、目に見えない現象を可視化（見える化）することです。通常のカメラでは単なる「結果」しか記録できませんが、ハイスピードカメラを使えば、「現象がどのように進行したか」というプロセスを定量的に捉えることが可能になります。

たとえば…

• 液滴が衝突した瞬間の挙動
• 部品が破壊される瞬間
• 空気の流れによる乱流や渦の形成
• 燃焼の初期や拡散の様子

こうした現象を「見える化」することで、これまで経験や勘に頼っていた工程や設計が、科学的根拠に基づいて改善できるようになります。

撮影したハイスピード映像は、単に観察するだけでなく、解析データとしても利用できます。
画像処理ソフトウェアと組み合わせることで、

• 物体の速度ベクトルや変位量の算出
• 衝突時のエネルギー分布解析
• 流体中の粒子挙動のPIV解析

など、定量的なデータ取得が可能になります。
この「撮る」から「測る」への発展こそが、現代の研究・開発におけるハイスピードカメラの重要性を高めています。

解像度とは、撮影した画像を構成する画素（ピクセル）の数を指します。一般的には「1920×1080 px（フルHD）」のように、横×縦の画素数で表されます。

ハイスピードカメラでは、解像度が高いほど細かい部分まで鮮明に記録できますが、その分データ量が増え、フレームレート（fps）とのトレードオフが生じます。

高解像度のカメラでは、微小な対象の形状変化や細部の動きを精密に捉えることができます。一方で、解析対象が広範囲に及ぶ場合や、速度ベクトルなど定量解析を行う場合には、視野内の粒子やマーカーを十分に分解できるかが重要になります。

ハイスピードカメラは、1秒間に撮影できるデータ量が決まっているため、フレームレートを上げると1枚あたりに使える画素数が減少します。
つまり、「高フレームレートで撮るか」「高解像度で撮るか」はトレードオフの関係にあります。

たとえば、あるカメラが1秒間に1ギガピクセル分のデータを記録できる場合：

• 【設定A】
  フレームレート1,000 fps ／ 画素数1,000×1,000 px
  ➡機械の動作、液滴挙動など
  
  
• 【設定B】
  フレームレート10,000 fps ／ 画素数512×512 px
  ➡スパッタ飛散、燃焼など
  
  
• 【設定C】
  
  フレームレート100,000 fps ／ 画素数128×128 px
  ➡衝撃波、破壊現象など

このように、フレームレートを優先すれば細部が粗くなり、解像度を優先すれば時間分解能が落ちるため、撮影対象のスケールと現象速度のバランスを考えて設定を選ぶ必要があります。

解像度は単に「画素数」だけでなく、撮影範囲（視野サイズ）とも密接に関係します。たとえば、同じ1920×1080 pxでも、

• 視野が100 mm幅 → 1ピクセルあたりの寸法は約0.052 mm
• 視野が10 mm幅 → 1ピクセルあたりの寸法は約0.0052 mm

このように、レンズ倍率や被写体距離によって空間分解能（1ピクセルの実寸）が変わります。研究目的で定量的な測定を行う場合は、「ピクセルの大きさ」を事前に確認しておくことが重要です。

解像度は、ハイスピードカメラで「どれだけ細かく現象を見たいか」を決める最も基本的な要素です。しかし、解像度を上げればfpsや露光時間に影響が出るため、

「どのスケールの現象を、どの速度で撮るのか」

を明確にして、fps・光量・視野とのバランスを取ることが大切です。

ハイスピードカメラでは、短い露光時間で撮影するため光を取り込む時間が非常に短くなります。そのため、屋内や暗い現象の撮影では、映像が暗くなりやすく、十分な光量を確保できないことが多くあります。

このような環境では、カメラの感度（ISO）性能が極めて重要な要素となります。

ISO感度とは、撮像素子がどれだけ少ない光で明るい画像を生成できるかを示す指標です。ISO値が高いほど、暗い環境でも明るく撮影できますが、同時にノイズ（ざらつき）も増えやすくなります。ハイスピードカメラではISO10,000以上の高感度センサーを採用したモデルもあり、照明が制限される実験環境で特に有効です。

• 基準感度：イメージセンサーが持つ固有のISO感度（ベース感度）
• 常用感度：ノイズの量が許容できる範囲内のISO感度
• 拡張感度：常用感度の範囲を超えたISO感度（無理やり明るさを引き上げた感度）

各メーカーが製品仕様やWebサイトに記載しているISO感度は、それぞれ異なる基準・表記方法を採用している場合があります。そのため、一概に異なるメーカーでISO感度を比較することはできません。

• A社 ISO感度 32,000
• B社 ISO感度 16,000

一般的にISO感度32,000のA社の方が、優れた受光感度を持っているハイスピードカメラと想像できますが、ISO感度16,000表記のB社の方がノイズが少なく画像計測に適した撮影ができる場合があります。

高速撮影では1フレームの露光時間が1/1,000秒以下になるため、明るい光源を使っても映像が暗くなる傾向があります。特に以下のような条件では、感度性能が撮影結果を左右します。

• 溶接、燃焼、放電など、光が限られる高速現象
• 実験室やクリーンルームなど、照明を追加しにくい環境
• 微細構造や流体内など、光の反射が少ない被写体

このような状況では、高感度かつ低ノイズ性能に優れたカメラを選ぶことで、照明を増やさずに鮮明な画像を得ることが可能になります。

画像計測において解像度（画素数）は重要な要素です。一般的に画素数が多いほど空間分解能が高く、高精細な計測が可能です。しかし、高解像度カメラには注意すべき点もあります。

センサーサイズが同等の場合、高解像度モデルほど感度は低くなります。高画素センサーは個々の受光素子が小さく、受光量も少なくなるため、低照度環境ではノイズが発生しやすく、かえって画質が低下する場合があります。

被写体が暗くて写らなければ画像計測は成立しません。特にハイスピード撮影では高フレームレートによってさらに画像が暗くなるため、画素数と感度のバランスを考慮したカメラ選びが重要です。

感度を単純に上げるだけでなく、撮影環境を最適化することで、よりノイズの少ない明るい映像を得られます。

・高出力な照明を使用
LED、メタルハライドランプ、レーザー光源などを活用。明るさを確保して、ISOを下げてノイズを抑制。

・明るいレンズを使用
F値の小さいレンズ（例：F1.4など）を選ぶ。光の取り込み量を増やし、明るい画像を得やすくなる。

・撮影距離を短くする
被写体との距離を近づける。光量のロスを低減して画像のコントラストを改善。

・ノイズリダクションを活用
カメラ内の画像処理でノイズを低減。微小なノイズを抑制することで、解析精度を向上。

暗い現象や屋内撮影では、感度性能の高いハイスピードカメラが明暗を分けます。
しかし感度を上げすぎるとノイズが増えるため、

「ISO感度・光量・レンズ明るさ・ノイズ特性」のバランスを取ることが重要です。

高感度・低ノイズ性能を両立したカメラを選ぶことで、暗い環境でもブレやざらつきの少ない、解析に適した鮮明な映像を得ることができます。

1.光を捉える
レンズを通して入ってきた光は、イメージセンサーの表面にあるマイクロレンズで集められます。

2.光を電気信号に変換する
集められた光は、各画素に配置されたフォトダイオードで光電変換によって電気信号に変換されます。

3.デジタルデータに変換する
各画素から発生した電気信号は、集積回路を経由してデジタルデータに変換されます。

4.画像を生成する
デジタルデータは画像処理エンジンで処理され、最終的に画像として出力されます。

イメージセンサーは、表面に配置された多数の画素（ピクセル）で構成されています。各画素は光を受けると電荷を発生させ、その量が光の強さに対応します。これを電子信号として読み出すことで、明暗や色を再現します。

ハイスピードカメラでは、この読み出し動作を極めて短い周期（マイクロ秒オーダー）で繰り返す必要があります。そのため、センサーの構造と回路設計が「どれだけ速く・正確に・ノイズ少なく」信号を取り出せるかを決定づけます。

現在、多くのハイスピードカメラでBSI型CMOS（裏面照射型CMOS）センサーが採用されています。高速読み出し性能に加え、高感度・低ノイズ化が技術的に進んだためです。

ハイスピードカメラは高速でシャッターを切るので、撮影画像が暗くなりやすい特性があります。そのため、十分な光量を確保するために高出力の光源が必要です。一般的にはLED、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどが使用されます。

フリッカーとは光源のわずかな点滅を指し、人間の目には見えない場合でもハイスピードカメラでは縞模様や不均一な明るさとして映り込むことがあります。これを防ぐために、フリッカーのない安定した光源を選ぶことが重要になります。直流駆動型LEDや特定のハロゲンランプは、安定性が高い光源として推奨されます。

さらに、PIV（粒子画像流速測定法）のような流体計測では、シート状のレーザー光を照射する「レーザーシート光源」が使用され、流体の動きを高精度で捉えることが可能です。一方で、衝撃試験や機械部品の解析では、高出力LED光源が多く利用されています。

適切な観測を行うには、光量の調整も不可欠です。過剰な光量は露出オーバーや反射を引き起こし、観測結果に悪影響を及ぼす可能性があります。そのため、光源の位置や角度を調整し、必要に応じて複数の光源を組み合わせることで、均一で適切な光量を確保することが大切です。

照明の選定は、撮影目的や被写体の反射特性によって異なります。以下に主な光源と特徴を示します。

ハイスピードカメラ撮影では、照明はカメラと同等に重要な要素です。
短い露光時間で十分な明るさを確保しつつ、フリッカーを防ぐことが高品質な映像の鍵となります。
特に流体可視化やPIV解析などでは、レーザーシート光源の選定と同期制御が結果の精度を大きく左右します。

適切な照明設計は、「見えない現象を確実に見える化する」ための第一歩です。

ハイスピードカメラの性能を最大限に引き出すには、適切なレンズの選定と調整が欠かせません。カメラ本体のスペック（fps・解像度・感度）が高くても、レンズが被写体や照明条件に合っていなければ、ピントのズレや光量不足によって、解析に使えない映像になってしまうこともあります。

ハイスピードカメラのレンズ選定は、カメラを使用する目的や環境に依存します。開放F値、焦点距離、最短撮影距離、撮影範囲、そしてレンズのマウントタイプを考慮して選定します。

レンズの明るさを示す開放F値は、高速でシャッターを切る（暗くなる）ハイスピードカメラには特に重要になります。

• 開放F値：数値が低いほど明るい
• 焦点距離：レンズ中心からイメージセンサーまでの距離、撮影範囲に関連
• 最短撮影距離：レンズがピントを合わせられる限界距離
• レンズマウント：カメラによって選定（例：Fマウント、Cマウント、EFマウントなど）

ハイスピード撮影では露光時間が極めて短く（例：1/10,000秒以下）、光を取り込む時間が限られるため、F値の小さい明るいレンズが有効です。
※F1.4を100とした場合

暗い環境では、F1.4～F2.8程度の明るいレンズを選ぶとノイズや露光不足を防ぎやすくなります。ただし、開放に近い状態では被写界深度が浅くなるため、ピント合わせがシビアになります。

焦点距離はレンズがどの範囲をどの倍率で映すかを決める要素です。標準レンズ、マクロレンズ、望遠レンズなど撮影したい被写体やシーンに応じて適切なレンズを選ぶことが重要です。

被写体に近づく（接写）撮影が多い場合はマクロレンズ、遠くの被写体を撮影したい場合は望遠レンズが適しています。レンズの解像力や光学性能も画像のクオリティに直結するため、目的にあった性能を持つレンズを選びます。

レンズ選定では、カメラの撮像素子サイズ（1型・2/3型・1/2型など）にも注意が必要です。センサーが大きいほど広い範囲を映せますが、同じ焦点距離でも画角が変化します。

ハイスピードカメラのレンズ選定は、
「どの範囲を、どの明るさで、どの距離から撮るか」を明確にすることが出発点です。

• 高fps撮影には 明るい低F値レンズ
• 微細観察には マクロ・望遠レンズ
• 全体挙動観察には 標準・広角レンズ

というように、撮影対象と照明条件のバランスを考慮して最適なレンズを選定します。
正しいレンズ選定は、映像の明るさ・解像感・解析精度を大きく左右する要素です。

ハイスピードカメラで被写体を鮮明に捉えるためには、背景の色や素材を適切に選ぶことが重要です。一般的に、被写体とのコントラストを強調する無地の背景が推奨されます。特にPIV（粒子画像流速測定法）では粒子像（トレーサー粒子）を明確に捉えるために、背景を黒くするなど工夫が必要です。

ハイスピードカメラで高速な現象を撮影するには、カメラの安定性も重要です。カメラが動いてしまうと、映像がブレてしまい、現象を正確に観測することができません。三脚や固定治具を使用して、カメラをしっかりと固定する必要があります。

ハイスピードカメラは、カメラ本体や照明が発する熱によって映像の品質が低下（ノイズが増える）することがあります。また、高湿度の環境ではレンズの曇りやカメラ内部の結露が発生する場合があります。適切な温度と湿度を維持することで、高品質な映像を得ることができます。

ハイスピードカメラで撮影を行い、人の目で挙動を確認するだけならば、撮影速度をそこまで考慮する必要はありません。モーションキャプチャーやPIVなど画像計測を行う場合には、フレーム間の動きを抑えて撮影する必要があります。現象に応じた時間分解能を確保するため、適切な撮影速度（fps）を設定する必要があります。

以下で画像計測に必要なハイスピードカメラの撮影速度の目安を事例とあわせてご紹介いたします。
※数値は目安です。

スポーツにおけるハイスピードカメラの撮影では、画像計測を行うのか、現象を目視で確認するだけなのかによって、必要なフレームレートが変わります。

例えば、プロ野球放送で流れるスイングリプレイの映像では、200～300 fps程度で撮影されています。一方で、画像計測（モーションキャプチャー）を行うためには、より細かく高いフレームレートで撮影をする必要があります。

PIVでは前フレームの粒子パターンと比較することで、粒子画像の移動量を算出します。一般的に、1画面あたりの移動量は10ピクセル以下に抑えることが推奨されています。そのため、流体の速度に合わせて、ハイスピードカメラの撮影速度を設定する必要があります。

音波や圧力波は、大気中では約340 m/s、水中では約1,500 m/sを目安に伝播します。ただし、衝撃波の伝播速度は媒質、圧力、温度、発生条件によって変化し、条件によっては音速を超えて伝播します。

シュリーレン法で衝撃波を観測する場合、限られた観測範囲内で、短時間に移動する波面や密度変化の輪郭を捉える必要があります。そのため、衝撃波の発生タイミングや伝播の様子を鮮明に撮影するには、高いフレームレートと短い露光時間に対応したハイスピードカメラが重要になります。

溶接の画像計測は、現象によって必要なフレームレートが大きく変わってきます。局所的な撮影が多いため、現象をはっきりと捉えるには、拡大して撮影しなければなりません。拡大撮影を行うと、画面内で被写体の速度が相対的に速くなります。そのため、画像計測を行うためには、ハイスピードカメラのフレームレートを高く設定する必要があります。

ハイスピードカメラの撮影は、事前の準備と条件設定で結果が大きく変わります。撮影後に「暗すぎて見えない」「速すぎてブレている」「解析ができない」といった失敗を防ぐため、以下の4つのポイントをチェックしておくとよいです。

ハイスピードカメラでは、fps（撮影速度）を上げるほど解像度が低下するというトレードオフがあります。撮りたい現象の速さと、必要な画質をバランスよく設定することが重要です。

• 撮影対象の動きの速さに対してfpsが十分か？    
  ➡ 速い現象では1,000 fps以上が目安
  
  
• fpsを上げすぎて解像度が極端に下がっていないか？
  ➡ 必要な画質を確保できるか確認
  
  
• 撮影データ量がどれぐらいになりそうか？         
  ➡ 記録時間の目安を把握しておく

現象の「時間スケール（変化の速さ）」を基準にfpsを設定し、次に「空間スケール（見たい範囲）」から解像度を調整すると、無駄のない設定が可能です。

被写体が視野からはみ出したり、細部が見えなかったりすると、解析精度が大きく低下します。対象の大きさと撮影距離・レンズ焦点距離の関係を事前に確認しておくことが重要です。

• 撮影したい範囲がフレームに収まっているか    
  ➡ 実寸スケールを計測して画角を決定
  
  
• 被写体の細部（液滴・スパッタなど）が分解できるか
  ➡ 必要な画質を確保できるか確認
  
  
• 撮影データ量がどれぐらいになりそうか？         
  ➡ 記録時間の目安を把握しておく

撮影対象がミリメートル単位かメートル単位かで、必要な焦点距離・撮影距離・照明強度が大きく変わります。試写を行い、画面いっぱいに対象が収まるよう調整しましょう。

フレームレートが高い撮影では露光時間が短く、光を取り込む時間がほとんどありません。照明不足＝画像の暗さ・ノイズ増加・解析不能につながるため、照明設計は最重要項目です。

• 光源がフリッカーを起こしていないか？
  ➡LED・メタルハライド・レーザー光源等を使用
  
• レンズのF値・感度とのバランスが取れているか？
  ➡F1.4など明るいレンズを選定
  
• 被写体全体が均一に照らされているか？
  ➡反射・陰影を避ける配置にする

PIVや流れの可視化では、レーザーシート光源を使用して流体の断面を照射すると、粒子や流れの構造を鮮明にとらえることができます。

撮影した映像は、単なる動画ではなく計測データとして扱われます。そのため、カメラと解析ソフトの互換性を確認しておくことが重要です。

• 解析ソフトがカメラのファイル形式（例：AVI、TIFF、JPGなど）に対応しているか？
  ➡ソフトウェアが対応する拡張子を事前に確認
• 画像処理、PIV、DICの精度に十分な画質か？
  ➡ノイズ・ブレの少ない画像か
• 撮影データを圧縮せず転送・保存できるか？
  ➡無劣化データでの解析を推奨

画像処理ソフトでは溶接のスパッタをカウントしたり、PIVでは速度ベクトルの算出など定量的な処理が可能です。撮影から解析までを一連のフローで設計することが、失敗を防ぐ最善策です。

ハイスピードカメラは、撮影条件が一つでも適切でないと結果が大きく崩れる精密な計測機器です。
そのため、以下の4項目を常に意識しましょう。

• fpsと解像度のバランスを取る
• 視野とスケールを合わせる
•  光量と照明を十分に確保する
•  解析ソフトとの互換性を確認する

これらを事前に確認しておけば、撮影後の「やり直し」や「解析不能」といった失敗を防ぎ、効率的で再現性の高いハイスピード撮影を実現できます。