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トップ  >  レビュー・コラム  >  写真四方山話  >  高感度画質と感度特性?
高感度画質 感度特性
最近になって高画素化と高感度化の話をするときに、画素数は十分だから感度特性に気を配ってほしいという話をすると「もう既にフィルムの(高感度の)画質は越えたのでこれ以上は必要ない」と言うような高感度画質と感度特性を勘違いというか混同されている意見も頂く機会もあるのですが、確かに最近のデジタル一眼レフ、特にフルサイズではISO3200クラスでも十分に使えて等倍観賞しない限りというか印刷するには十分な画質を得ているとはいえ、それ以上を可能性として求めない人はいないというか、ISO3200が今のISO100の画質になって喜ばない人はいない気もしますし、私のようにナイトスナップが好きで手持ち撮影の可能性を広げて欲しいと切望している人にとってはISO12800とかそれ以上でも実用になる画質が得られればそれは大変に嬉しいことです。

しかしそれは「高感度画質」とか「高感度耐性」の話。
「感度特性」というのかな、私も別に専門家ではないので間違っている部分もあるとは思いますが、この感度特性は別に高感度がどこまで使えるかという話とは完全に別の話ではないのですけどまた違う話なんですよね。
これを理解するにはまず撮像素子がどのように色を判別して出しているのかを理解することと、シグナルとノイズの関係性をイメージできないといけないのですが、撮像素子が色を判断する仕組みは簡単で、光の強度を感知するセンサー(フォトダイオード)の前に光の三原色である赤緑青(RGB)の各色(もしくは補色)のフィルターを置いて、その画素にあたる部分のRかGかBのどれか1色の明るさを判別して他の色の明るさは周囲の画素の情報から「推測して」1画素の「色」、つまりRGBの各値を算出しているわけです。(一般的なベイヤー配列の素子の場合)
で、なるべく正確にその画素の色を判断できるようにするにはノイズが邪魔になってくるというわけ。
フォトダイオードは光の強弱を感じて信号(シグナル)を発しているのですが、電子機器であるため様々な原因で発生するノイズの影響を受けます。
ただしここではそのノイズの量は一定であると仮定しましょう。
その一定のノイズの量に対してシグナルが強い、つまりフォトダイオードに到達する光の量が十分にある場合はノイズの影響は少なくなります。
しかし光の量が少ない、撮影する環境の光が少ないのはもちろん暗いレンズを使ったり絞り込んだりしてもそうなりますが、「高画素化することによって画素の面積が狭くなったりカラーフィルターの濃度を上げたり」しても同様の結果になります。
その状態だとシグナルが弱くなり、ノイズの影響が強く出るというわけ。
またこれは同じ画像内の輝度が低い部分(シャドー部分)でも同じですね。

これは例えばラジオなどで「シャー」という一定のノイズが乗っている状態で、大きな声で話しているのと小さな声で話しているのとでどちらが聞き取りやすいか、当然大きな声で話している方が聞き取りやすいに決まっていますが、小さな声で話しているものをアンプのゲイン(ボリューム)を上げて音量を大きな声で話しているのと揃えても、ノイズも同量がブーストされてしまうのでノイズの影響が多くなって聞き取りづらくなる、ISO感度を上げたりデジタル的にダイナミックレンジを拡張したりするのはそういう状況と同じなわけです。

技術の進歩でノイズの発生量を少なくしたり、画像処理エンジン(演算装置)やバッファメモリを高性能なものを積むことでより複雑な演算が可能になったりと、ノイズ対策は日々行われており、マイクロレンズ間のギャップを狭めたり配置を検討したり、裏面照射型などという製造方法も出てきたりとフォトダイオードそのものに取り込む光量を増やす努力も同様に行われてはいるのですが、そこで得られたアドバンテージの殆どを画素数のアップに回してしまっているという現状も多く見かけます。

同じノイズ量で画素数がアップすると、同じ画素数にリサイズ(リサンプル)した場合にはサンプル数が多いので見掛け上のノイズ量が減り色再現も良くなります。
なので相対的に高感度画質も上がっているとは言えるのですが、しかしそのサンプル自体の色がそもそもどれだけ正確なのかというのが大切なのです。
私は現在では高感度と高画素を両立するために、ある対策が取られていると推測しています。
それは「カラーフィルターの低濃度化」。つまり色を薄くして光の透過率を上げているのではないかという事で、これを行うことでシグナルが強くできてノイズの影響を減らすことができます。これだけ聞くと良いことづくめでしょ?
しかしそのシワ寄せが来るのが「発色」とか「色再現」なのです。
カラーフィルターの色を薄くするということは、その1画素の正確な色(RかGかBの何れかの値)が判断できていないということで、進化した画像処理技術で「予想した色」を当てはめていっていると言っても良いのだと思います。
だから「特定の色が出ない」なんていう現象も起こるわけで、、、

また「デジタルなのだから色なんて後でどうとでもなる」というような意見も聞きますが、確かにその通りではあるのですがこの場合「労力」は全く無視していますよね。
複雑に入り組んだ被写体のある特定の色とかグラデーションの中の特定域とかを思い通りにコントロールして仕上げるのは非常に困難で時間もかかります。
そして多くの場合「写真や映像」は「素材として」考えるなら「色の再現性」が高い方が、後にどんな加工をしていくにしても楽な場合がほとんどです。
逆にいえば偽物の色が気に入らないからと本来の色へレタッチする作業を全ての画像に行うなんて本末転倒でゾッとするほど困難な作業になります。

だからできればフィルター濃度は濃くして欲しいというのはあるのです。
このカラーフィルターの濃度を薄くしているのではないかというのは私の推測ですが、まったく無根拠の話でもありません。
ソニーのα900とニコンのD3Xがまったく同じ撮像素子を使っているはずなのにベース感度が変わる。しかも後発の方が低いベース感度を選択しているという事実と実写画像などを見比べて感じ、それが示唆するところはカラーフィルター濃度の変更であろうと。
D3Xは高ISO感度でのノイズ量よりも低感度での特性、発色に重点を置いたために、より濃いカラーフィルターを配してそれがためにISO100がベース感度になったのではないかという推測は容易に立つわけで、画像を見てもそのようになっているかと感じます。

また「画素数を落とせば画質が上がるなんて単純なものじゃない」と言われる方もいますし、そうした議論自体が時代遅れだと言われる方もみえますが、ここ最近でLUMIX LX3がやGRデジタル3が画素数を据え置きにし、高画素志向だったキヤノンですらPowershot G11はG10から2/3の画素数へ減らした事実を見れば何が真実かは明らかだと思います。
要するに「今の画質」を維持していく分にはある程度画素数をアップしていっても大丈夫だが、消費者の購買意欲として「画質をきちんと見れる人」で尚且つ「高画素を必要としない被写体がメインであるか印刷サイズが明確な人」にとって「高画素神話」は崩壊しており、「高画素=売れる」という図式は成り立たなくなってきていて、「低感度でしっかりとした描画」、強力にノイズ処理をしたベッタリとした画像でもなく、偽物の色を乗せた画像でもない「本物のディティールと発色をより引き出せる画質」がないと売れなくなってきている。
それがいま最も顕著に出たのがハイスペックコンデジという事なのでしょう。
画素ピッチに余裕のある大型撮像素子のデジタル一眼レフなどは高画素化の流れは続くかもしれませんが、何れは同じ道を辿るのではないかと思います。

1画素の感度(撮影時のISO感度という意味ではなく)を上げるか取り込める光量を多くする(つまり撮像素子の面積を広げるか画素数を少なくする)ことができれば、ノイズの影響も減り、より濃いカラーフィルターを配することで純粋なRGB各色の数値を得やすくなるので「発色」というのか「色再現性」というのか、そう言ったものが良くなり結果として暗部やハイライトの特性も良くなる(期待できる)と思います。
要するに「感度特性」と言うのは高感度のノイズ量を重視して低感度を「不満の無い程度」に留め置くのか、高感度はある程度捨てて「本質的な画質」を追い求めるのか、そしてそれをどの程度の画素数(画素ピッチ)で実現していくのかという選択の話なんですね。

最近はAPS-Cクラスのデジイチでも1500万画素でISO6400常用が当たり前のようになっていてそういうカメラばかりが出ていますが、それは先に説明したノイズとシグナルの関係で両立しないのは明らかだと思うので、例えば同じ画素数でも常用をISO1600までに抑えてより濃いカラーフィルターを配した発色重視のモデルが出てきても良いと思いますし、逆に画素数を抑えることで高感度でも発色が良くノイズも少ないモデルがあっても良いと思います。
ただその場合はベース感度が高くなってしまうと思われるので、高感度特化でも良いのかという問題は残りますが。
もちろん今の高感度高画素モデルもあって良いとは思いますが「それだけではつまらない」というのと、私としてはもし1機種しか選べないとするなら「画素数を抑えても低感度から高感度まで発色の良いモデル」が欲しいなと言うのがあるわけなのです。
今の技術から推測して私なりのスペックを言うならAPS-Cなら600〜800万画素、フルサイズで1200万画素程度で常用ISO感度の上限はISO3200。こんな感じかな。

因みに冒頭で「もう既にフィルムの(高感度の)画質は越えたのでこれ以上は必要ない」と言われた方には時間もなかったので上記のような説明はしませんでしたが、私からすると高感度もすでにフィルム時代を超えてはいますが、画素数というか解像度もフィルム時代を大きく凌駕しているわけですから、それ以上を望んで何になるのかと、、、と言うか「何に出力してどう見せるつもりなのか?」と、、、
そのように返しましたが、しかしそれよりも重要なのはやはり「低感度での画質」です。

個人的にその低感度の画質、発色が最も良かったと感じるのはEOSの中では初代1Dです。初代1Dsも悪くなかったというかかなり好き。
初代1Dは有効415万画素でAPS-HサイズのCCD、初代1Dsは有効1110万画素の35mmフルサイズCMOSなのですが、現在の技術ならもう少し画素数を上げても常用ISO感度を上げても同じ発色、それ以上の画質が得られると思うのですが、、、なかなかそういうカメラは出てくれないですね。
高画素にして3CCDとか3CMOSのように使うというのも考え方としては「あり」なのですが、だとしたら高感度を欲張り過ぎなのかな。やっぱり。
ボディは全く同じでもかまわないので、撮像素子を高感度重視モデルと低感度重視モデルの2系統が選べるようなラインを出してほしいですね。
とりとめもなく感度特性のお話でした。メモ的な独り言です。多分間違っている部分も多くあると思うのでおかしいと思った部分は各自で調べてください(笑)
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