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「 実際はちょっと違うデジカメ画素数→有効画素数→実効画素数 」

12/04/14(土)
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前の記事で書いてた余談が長くなったので別記事に。


前記事で前置きとして「ベイヤー配列センサで解像度の低下は「実用上」ないものとする」と書いたけど、実際は解像度が落ちる。

撮像素子に単板のセンサー+ローパスフィルタを使う以上、どのメーカーのカメラであっても

「最大画素数で撮ってもきちんと解像できない」

ここでは勝手に実効画素数と呼んでみる。

 

◆実はボカして撮ってる
一般的にカメラに採用されてる撮像素子であるCMOSは、ベイヤー配列のセンサで、


こんな配列でセンサーが並ぶ。それぞれ、緑なら緑の光の輝度のみ識別できるピクセル、赤なら、青なら・・・という感じで、4ピクセル(赤R25%:緑G50%:青B25%)が並んでいる。

隣り合うピクセル情報の相関関係からの計算(推測)で、1ピクセルの色を決定する。たとえば青のピクセルなら、青の輝度情報のみ取り込み、現像時(デモザイクという)に上下左右にある緑センサーと、対角上下左右の赤センサーが持つ輝度情報を元に「中央にいる君はたぶんこれくらい」という計算結果の合成でRGB情報を持った1ピクセルになる。

ベイヤー配列は構造上偽色やモアレがでやすいので、手前にローパスフィルターをおき、光を多少ボカした状態で入力することで、偽色やモアレを抑える。引き替えに、どうしても解像度が落ちる。落ちた解像度はカメラ内部でシャープネスをかけて誤魔化す。

RAWデータはこれらのデモザイク処理前の生データのこと。

RAW画像 - Wikipedia
RAW現像ソフトで差が付く色再現
RAWデータとは:現像ドットコム



長くなったけど、1ピクセルがRGBのデータを得られないという撮像センサーの性質上、どうしてもカタログ値通りには解像できない。


じゃあ単板CMOSやCCD機の実効画素数はどれくらいか?以下で簡単なテスト。

ただ、実用面では等倍で解像しているかなんて、それほど関係ないのは前の記事に書いたとおり。A4や6切サイズのプリントでも、600万画素分ぐらい解像できてれば十分綺麗に鑑賞できる。

さらに言うと、ベイヤー配列で少々ボケた所で、人間の目が必ずしもソレを感じ取れなかったり、目の色認識能力がそれほど高く無かったりもするから、まあこの記事は興味本位の実験みたいなものと思って読んでくださいませ。

 

◆1ピクセルがRGBを認識できるセンサー
1ピクセルで色を正確に認識するセンサーとしては、SIGMAのFoveonX3搭載機がある。3層CMOSとも言われ、RGBが重なって配列されるから1ピクセルで全ての色情報を識別できる。偽色が発生しないのでローパスフィルタが不要、像がボケずに画素分の解像度がある。

その高画質の秘密 「FOVEON X3(R)」ダイレクトイメージセンサー SIGMA SD10
シグマに聞く「フォビオンの三層CMOSセンサー」 メーカーに聞く デジタルカメラのココが知りたい!!

解像度に関しては、FoveonX3機は超キレキレで、初めて撮影画像を見たときは感動したのを覚えてる。

 

以上をふまえて、ちょっとテスト。

 

※お遊び実験です。


◆実効画素数チェック
昔から、実際の画素数はどれくらいかな~というのをチェックするのに、撮影サンプルをPhotoshop上で縮小していた。等倍で見ればどれもモヤッとしてたりベタッとしてるんだけど、縮めていって画像がキリッ!としたところが、このカメラの実質の画素数なんだろうな~と。

そこから元のサイズに拡大しても、等倍と見分けがつかないポイントが、そのカメラの実効画素数かなと。

kaizouhikaku

 

IMG_1446-のコピー-5[2]
元データ5184×3456 JPEG ISO:200 1/181sec f/9.5 EF17-40mm/F4L

上の写真は60Dで1800万画素相当で撮った写真。60DはAPS-Cサイズセンサーの1800万画素CMOS機。

この写真から、中央下の看板部分を等倍で切り出して、縮小リサイズ→元のサイズとしてみる。元データがきちんと解像していれば、縮小して元に戻せば大幅にボケるけど、もともとボケてたらほとんど変わらない。

kaizoutestominami
800万画素(3456×2304)、450万画素(2592×1728) 、250万画素(1920×1280)
66%縮小→総画素数の44%、50%縮小→総画素数の25%、37%縮小→総画素数の17%。

66%というのはPhotoshop上の入力で幅66%、縦66%なんで、総画素数で言うと44%。ちょっと表記方法をミスってわかりにくいけどご勘弁。(以下も全部こんな感じ)

これを見る感じ、800万画素相当でほんの少し解像感が落ちる。450万画素ぐらいになると、上の文字が潰れて読めなくなる。

800万画素も少しボケてるように見えるかもしれないけど、コレぐらいだとシャープネスをかけると同じになっちゃう。


と言うわけで、1140万画素相当と800万画素相当にシャープネスを少しかけて、わかりやすく200%に拡大表示したのが以下。

IMG_1446
1145万画素相当(縦横80%)→総画素数の64%、800万画素相当(縦横66%)→総画素数の44%

どれもよくみないとわからないぐらいの差だけど、英文のCHAMPIONSHIPの「I」が800万画素相当ではほぼ潰れているから、実効画素数は1145万画素で総画素数の64%ぐらいかなという感じ。


コレが、FoveonX3センサー搭載機(3層CMOS)だとどうか。

SIGMAのSD1(4600万画素表記だけど3枚重ね合わせた総数なので、実際記録されてるサイズからすると1470万画素ぐらい)のサンプルで試したのが以下。

SD1のサンプルから、ジーパンの一部を等倍切り出し


SDIM1697---


FoveonX3の圧倒的ディティール。

少し落としただけでジーパンのディティールがべたっと消えてしまう。それだけきっちり解像してるということ。総画素数=実効画素数と呼んでイイカメラだと思う。うーん、キレキレだなあ。

ただ、ここだけでFoveonX3サイコー!となるかと言うと、実感度の低さやらカメラの出来やらで、なかなかそうもいかないのが難しい所。今はSD1 Merrillが出てかなりお求めやすくなった。(SD1は70万円)

SIGMA SD1 Merrill - デジカメWatch
SIGMA SD1 Merrill : スペシャルコンテンツ
実写ギャラリー | SIGMA SD1 Merrill : スペシャルコンテンツ

 


FoveonX3搭載コンパクトのDP1xやDP2x、ミドル向けのSD15もあるけど、どれも有効解像度で言えば約460万画素(×3層の1400万画素)ぐらいで、さすがにいくらCMOS機がボケるといっても1000万画素超分は解像できる現状を考えると、ちょっと売りにくいかなという気はする。

 

・・・ってなんか脱線してる気もするけど、脱線ついでに他のカメラもチェック。


◆ローパスレスCMOS機
新しいカラーフィルタ配列でローパスレスCMOSを実現したFUJIFILM X-PRO1。APS-Cサイズの1620万画素機。ローパスがなくなってもCMOSセンサーなので、足りない色を補間するのは同じなんだけど、どうかな?

 ff_x_pro1_030

比較しやすいサンプルを見つけるのに苦労するも、コレは真っ向勝負な感じ。どのカメラもなかなか高周波数成分が多いサンプルが見つからない。比較しにくい。わざとのような気がするよ・・・ぶつぶつ。

写真中央の壁を等倍で抜き取り。



ff_x_pro1_030-のコピー-4
縮小後すべてシャープネス化

おー、すごい。かなり解像してる。

と言うわけで細かく出してみた。

ff_x_pro1_030-のコピー-5

木目のわかりやすい部分を200%拡大で比較。

81%よりもうほんの気持ち解像してるかなって感じ。さすがローパスレス、CMOS機とは思えないほど解像する。

実効画素数でいうと、60Dが1800万画素で1145万画素ぐらい(総画素数の約64%)、X-PRO1が1630万画素で1400万画素ぐらい(総画素数の約86%)かな。

「画像の繊細さ」だけ見た場合、ミラーレス一眼の枠を超えてCMOS APS-C機でもトップクラスのカメラっぽい。

実際に触ったことはないから、あくまで「繊細さだけ」ね。


FUJIFILM X-Pro1 | 富士フイルム
TOP | FUJIFILM X-Pro1
FUJIFILM X-Pro1 新製品レビュー - デジカメWatch

ボディだけで13万・・・お値段もトップクラスでした・・・ばた。普通のミラーレスAPS-C機だと思うとぶっ倒れる価格だ。

 

次は噂のNIKON D800&D800E。フルサイズセンサー3630万画素CMOS機。D800はローパス付き、D800Eはローパスレス(に近い構造)で話題に。

Fotopolis.pl: Nikon D800 i D800E - zdjęcia plenerowe
Fotopolis.pl: Nikon D800 i D800E - zdjęcia plenerowe

こちらから比較しやすそうな以下の写真で、中央部でチェック。

pw-d800-plen07

なんだけど、比較するのにはちょっとつらいサンプルだったから、参考程度に。

pw-d800-plen07-のコピー

この画素数でコレだけ解像してるってのも凄い。確かにローパスレス(に近い構造)分の効果は出てる感じ。 けどX-PRO1ほどではないかな? ローパスはあくまでレスに近い構造であって、ローパス自体は二枚挟まってる。多少ネックなのかも。

 

pw-d800-ple-2

確かに差はあるけど、D800でも十分という気はする。ちょっとこのサンプルじゃわかりにくい・・・。

インタビュー:ニコンに訊く「D800」「D800E」の実力 - デジカメWatch


この差に約5万円の価値が見いだせるかって所かな。(僕ならD800買っちゃう)

 

解像感についてざっと書いてみたけど「デジカメは解像感命」をお伝えしたいワケではなく、あくまでお遊びテストしただけなのでお間違えなく。

撮像素子は必要とな実効画素数を満たしていれば十分綺麗なワケで、そういう意味ではエントリーデジタル一眼でも全く問題ないレベルだと思う。

それよりカメラは総合的な性能、操作性や取り回し、コストなんかも重要で、そういう点で今使ってる60Dに不満無し。こんなイイカメラがボディだけでたった6万そこらとは、イイ時代になった。プラボディでKiss上がりで、なんの迫力もないけど。(´∀`)


と言うわけで、CMOSセンサーの実効画素数は表記の7割前後と考えると、3630万画素のNIKON D800でも約2540万画素、CANON 5Dmk3の2230万画素でも約1560万画素程度。大伸ばし用途で(中判を考えずに)画質を求めるなら、まだまだ高画素化も必要?ということかなー。


(正直、画素数は個人用途じゃもう十分すぎだとは思う。それより、more感度 moreダイナミックレンジ。でもそれじゃー売れないんだろうな~。1DXみたいにISO:204800がフツーに使える日を楽しみにしてます。デジタル時代はフィルム時代の感度制限と撮影枚数制限からの脱却こそ神髄なり~。)



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