撮影素子と画素数のバランス？

質問

こんにちは。

撮影素子と画素数のコトで質問です。
価格.comなどの書き込みを見ていると、どうやら画素数の大きいカメラはそれに伴って撮影素子も大きくあるべきだというコトになっているみたいですね。
画素数が多すぎるトキには撮影素子の大きさがうまく生かせないのだとも聞きます。

そのあたりがよくわからないのですが、
・画素数の割に撮影素子が小さすぎるとどうなりますか？
・例えば1000万画素まで撮影できる撮影素子の大きめカメラと、500万画素まで撮影できる撮影素子 小さめカメラを比較するとします。この2つのカメラを使い、500万画素で撮影した画像を比較した場合、1000万画素のカメラのほうが「きれい」なのでしょうか？

回答No.7

foobar · ベストアンサー

1/1.8" 1000万画素のカメラと1/2.5"500万画素のカメラで500万画素で記録

また、比較し難い(単純にどちらが優れている、という結果にならない)条件のような・・・・。(レンズのF値なんかも効いて来るので)

まずは解像力から
とりあえず、コンパクトデジカメで広角側(望遠にするとFが大きくなる機種が多いので)での日中晴天屋外の撮影想定して、Fが4.5(明るいところだと1.5段位の絞りが入る機種が多いようなので)とします。(ついでに、レンズは理論解像力まで出ているとします。でないと、概算もできないので)
すると、解像力の上限は撮像素子上で3μｍ位、(1/2.5"CCDだと270万画素、1/1.8"CCDだと380万画素位が上限)
画素を赤青緑に割り振っている分を考えると、500万画素のCCDだとフルカラー125万から250万画素相当の解像力で、(CCD寸法による制限を下回ってるので実力もこの程度)。1000万画素の機種だとフルカラー250万から500万画素程度の解像力で、こちらは一部撮像素子寸法による上限を超えているので、実力としては250万から400万画素程度。
結果、500万画素の画像といっても、500万画素の機種だと125-250万画素相当の解像力、1000万画素の機種でも250-400万画素弱の解像力しか出てないことになります。この違いは、絵柄の細かなところ、例えば芝生を撮影したときに、芝生の一部が塗りつぶされたようになるか、芝の目がのこるか、というような差になって出てくるかと思います。
(細かいことをいうと、CCDが大きいとFの小さいレンズを作り難い、とかいうのが出てくるはずなんですが、このあたりの寸法なら、まだその影響は小さいかなと思います。)

次に、色再現やノイズの方
1/2.5"と1/1.8"のCCDでは撮像面の面積が1:1.4くらいになっているようです。(呼び径からすると、1:2くらいになっていても良さそうなのですが、、)
このため、500万画素機の方が、１画素あたりの面積が1.4倍(実際には、配線などの面積もあるのでもっと差は開いているはず)になります。このため、500万画素機のほうがノイズが少く白飛び、黒潰れが起き難くなっているでしょう。
1/1.8"CCDだと700万画素位なら画素の寸法が1/2.5"500万画素と同等になるかと思います。(1000万画素だと、もうひとまわり大きなCCD(でも2/3"までは必要ない)と組むと、高画素による画素寸法減少のデメリットが出ないかと思います。)

総合すると、
解像力の必要な被写体(こういう被写体だと、階調やノイズも目立ち難い)なら、1000万画素機が有利、
解像力の必要でない被写体(こういう被写体だと、ノイズや階調のわるさも目立ちます)なら、500万画素機が有利
と言うことになるかと思います。

お礼

なるほどわかってきました。

私は印刷するとしてもせいぜいL版（とーってもごくまれにA4）なので、
それほど解像力を必要とするような写真を撮っているとは思えません。
私のような撮影の仕方をする場合には、解像力の不足よりも白飛び/黒つぶれやノイズのほうが困った問題です。
ですので、最大500万画素で撮影できるようなカメラのほうが私には向いているわけですね。

何度もありがとうございました<(_ _)>

回答No.6

sionn123

ibisizeさん　こんばんにちは

　デジカメの出来上がり画像の綺麗さは、デジカメの詳しくない方は「綺麗さ＝画素数」と考えている様です。つまり画素数が多ければ多いほど綺麗な画像と考えている様です。
　実際の出来上がり画像の綺麗さは、レンズの性能やカメラ内で画像を作る頭脳（つまり「映像エンジン」）の能力等で決るのですが、それ以外に「１画素の大きさ」と言うファクターが有ります。

　仮にレンズの性能や映像エンジン等が全く同じで１画素の大きさだけが違う機種が有ったとしたら、１画素の大きさが大きい方が綺麗な画像と言う事が言えます。１画素の大きさは１画素が拾う光情報量を現し、１画素が拾う光情報量が多いと言う事は色合い等色々な情報が多いことを意味します。したがって１画素が大きい方が、より現物に忠実に画像を作れる事を意味します。したがって出来上がり画像は１画素の大きさが大きい方が綺麗なノイズの少ない画像となります。

　仮に同じ大きさのセンサーサイズで画素数だけが違う機種が有ったとして、画素数の大小を１画素の大きさに直したら「画素数が大い機種＜画素数が少ない機種」となりますよね。つまりセンサーサイズが同じ場合、画素数が少ない方がより綺麗な画像を作れる事になります。

　１０００万画素の機種で撮影時５００万画素設定で撮影した場合、１０００万画素の中から無くてもほぼ同じ画像に見える可能性の色の画素から間引いて結果５００万画素の画像を作っているんです。したがって１０００万画素フルに使って撮影した画像と５００万画素に作り変えた画像では、１０００万画素フルに使った画像の方が色合い的にも多く綺麗な画像になります。（見比べて差が解るかどうかは別問題として・・・）
　同じセンサーサイズで１０００万画素の機種を５００万画素設定で撮影した画像と５００万画素の機種を５００万画素設定で撮影した画像では、後者の方が綺麗な画像になります。それはどちらの機種もフル画素数を使って撮影した場合でも１画素の大きさは「５００万画素機＞１０００万画素機」ですから５００万画素機の方が色合い的にも多い綺麗な画像を作る事が出来る訳です。そして１０００万画素機を５００万画素設定で撮影した場合は、元々の１０００万画素で撮影した画像から色合い的に間引かれた画像を作る事になりますから、同じ５００万画素で撮影された画像でも、５００万画素機で撮影した画像の方が綺麗な画像になるのは当然です。

　以上「同じセンサーサイズ」で比べて話しましたが、実際のデジカメは機種毎にセンサーサイズが違う為一概に画素数だけで綺麗さを比べる事は出来ない訳です。その指標の１つが「１画素の大きさ」になるわけです。
　センサーサイズで言えばコンパクトデジカメに使われている最大サイズの２／３型センサーは、デジタル一眼レフに使われている最小サイズの４／３型の１／４しかない訳です。したがって同じ画素数でもデジタル一眼レフの方がセンサーが大きい関係で１画素の大きさが大きくなり、画像的には綺麗な画像になる訳です。

　では画素数とは何なのかですよね。画素数とは「写真画質でプリントした場合、どれだけ大伸ばし出来るかの指標」でしかないんです。一般にＬ～２Ｌ版にプリントするのに２００万画素・Ａ４版で４００万画素・Ａ３版で６００万画素必要と言われています。この様にどれだけ大伸ばしして写真画質を崩さないかの指標と考えて下さい。

　少し難しい話も含めて記載したかと思いますが、何かの参考になれば幸いです。解らない事が有りましたら、又質問して下さいね。

お礼

No.5と同じですね？

回答No.5

sionn123

ibisizeさん　こんばんにちは

　デジカメの出来上がり画像の綺麗さは、デジカメの詳しくない方は「綺麗さ＝画素数」と考えている様です。つまり画素数が多ければ多いほど綺麗な画像と考えている様です。
　実際の出来上がり画像の綺麗さは、レンズの性能やカメラ内で画像を作る頭脳（つまり「映像エンジン」）の能力等で決るのですが、それ以外に「１画素の大きさ」と言うファクターが有ります。

　仮にレンズの性能や映像エンジン等が全く同じで１画素の大きさだけが違う機種が有ったとしたら、１画素の大きさが大きい方が綺麗な画像と言う事が言えます。１画素の大きさは１画素が拾う光情報量を現し、１画素が拾う光情報量が多いと言う事は色合い等色々な情報が多いことを意味します。したがって１画素が大きい方が、より現物に忠実に画像を作れる事を意味します。したがって出来上がり画像は１画素の大きさが大きい方が綺麗なノイズの少ない画像となります。

　仮に同じ大きさのセンサーサイズで画素数だけが違う機種が有ったとして、画素数の大小を１画素の大きさに直したら「画素数が大い機種＜画素数が少ない機種」となりますよね。つまりセンサーサイズが同じ場合、画素数が少ない方がより綺麗な画像を作れる事になります。

　１０００万画素の機種で撮影時５００万画素設定で撮影した場合、１０００万画素の中から無くてもほぼ同じ画像に見える色の画素から間引いて結果５００万画素の画像を作っているんです。したがって１０００万画素フルに使って撮影した画像と５００万画素に作り変えた画像では、１０００万画素フルに使った画像の方が色合い的にも多く綺麗な画像になります。（見比べて差が解るかどうかは別問題として・・・）
　同じセンサーサイズで１０００万画素の機種を５００万画素設定で撮影した画像と５００万画素の機種を５００万画素設定で撮影した画像では、後者の方が綺麗な画像になります。それはどちらの機種もフル画素数を使って撮影した場合でも１画素の大きさは「５００万画素機＞１０００万画素機」ですから５００万画素機の方が色合い的にも多い綺麗な画像を作る事が出来る訳です。そして１０００万画素機を５００万画素設定で撮影した場合は、元々の１０００万画素で撮影した画像から色合い的に間引かれた画像を作る事になりますから、同じ５００万画素で撮影された画像でも、５００万画素機で撮影した画像の方が綺麗な画像になるのは当然です。

　以上「同じセンサーサイズ」で比べて話しましたが、実際のデジカメは機種毎にセンサーサイズが違う為一概に画素数だけで綺麗さを比べる事は出来ない訳です。その指標の１つが「１画素の大きさ」になるわけです。
　センサーサイズで言えばコンパクトデジカメに使われている最大サイズの２／３型センサーは、デジタル一眼レフに使われている最小サイズの４／３型の１／４しかない訳です。したがって同じ画素数でもデジタル一眼レフの方がセンサーが大きい関係で１画素の大きさが大きくなり、画像的には綺麗な画像になる訳です。

　では画素数とは何なのかですよね。画素数とは「写真画質でプリントした場合、どれだけ大伸ばし出来るかの指標」でしかないんです。一般にＬ～２Ｌ版にプリントするのに２００万画素・Ａ４版で４００万画素・Ａ３版で６００万画素必要と言われています。この様にどれだけ大伸ばしして写真画質を崩さないかの指標と考えて下さい。

　少し難しい話も含めて記載したかと思いますが、何かの参考になれば幸いです。解らない事が有りましたら、又質問して下さいね。

お礼

>デジカメの出来上がり画像の綺麗さは、デジカメの詳しくない方は「綺麗さ＝画素数」と考えている様です。

ほかに撮影素子もありますし、あとはノイズリダクションの技術も大きく影響しますね。
ノイズリダクションの技術はカメラの中に入っているソフトウェアの問題だと解釈しているので（合ってます？）、
カタログなどで数字を比較するよりも撮影した写真を見るコトでよくわかるだろうと考えています。
が、撮影素子はどうやら数値で比較できるコトのようでしたので、どうなんだろうと思いまして。

さて、ご説明で大変よく分かりました。
では質問なのですが、500万画素カメラで1/2.5の撮影素子に該当するのは、1000万画素カメラだと理論上どれくらいの撮影素子になるでしょうか？

回答No.4

bardfish

画素数とセンサーサイズの関係ですね。

センサーサイズの違いは＃３さんのＵＲＬを参照してください。
同じ画素数でもセンサーサイズが大きい方が１画素で受け取ることが出来る光の量は多くなります。これは階調表現に影響し、淡い色の違いを識別でき、真っ白や真っ黒な状況でも階調を崩さず記録できます。(一般的に白飛び黒つぶれといいます。)

1/2.5インチのCCDで1000万画素のデジカメだと色合いが単調なノッペリした写真になりがちで、同じ1000万画素でもフルサイズセンサーを搭載したデジタル一眼だと階調豊かな色調・解像度共に綺麗な写真が撮れます。

１画素のサイズが小さすぎる(小さいセンサーで超多画素)と光の中でも波長の長い色(赤色)を受光することが難しくなるそうです。
従って、画素数競争はある程度進むと停滞が予想されます。

因みに私は８００万画素でセンサーサイズの異なるデジタル一眼を使用していますが、同じ画素数でもセンサーサイズの大きいカメラの方が綺麗だとすぐ分かりました。
使用しているデジタル一眼は同じ年に発売されたEOS 20D(APS-C)とEOS 1D MarkII N(APS-H)。
高感度ノイズ特性ではEOS 20Dの方が優秀ですが画質は1D2Nの方が優秀です。
ノイズ特性については中級機とプロ用では珍しく下克上となった希な機種です。

ということでまとめてみると
>・画素数の割に撮影素子が小さすぎるとどうなりますか？
　画像処理エンジンにより綺麗に見えますが、階調表現に乏しくノッペリとした絵になる。

>・例えば1000万画素まで撮影できる撮影素子の大きめカメラと、500万画素まで撮影できる撮影素子 小さめカメラを比較するとします。この2つの
>カメラを使い、500万画素で撮影した画像を比較した場合、1000万画素のカメラのほうが「きれい」なのでしょうか？
画素数が多い場合のメリットは「解像感」です。解像感とは、網戸のように細かい模様をハッキリ描写できるかどうか。画素数の低いデジカメだと「擬色」といって、存在しない色が発生しやすくなります。
ＴＶで目の細かい白黒のストライプのシャツを着ている人が写ると、虹色になることがありますよね？あれです。

同じ1000万画素でも、センサーサイズにより「綺麗」さは異なります。

白飛び黒つぶれについてデータ的に説明すると、JPEGなどの画像はRGBの光の三原色を8bitで記録しています。
この8bitのデータが255(&hFF)が白、0(&h00)が黒となり、255が連続しているところが白飛び。0が連続しているところが黒つぶれとなります。
データとしてMAX/MINの値を示しているのでPhotoshopなどでレタッチしても階調を取り戻すことが出来ません。
RAWモードで撮影すると白飛び黒つぶれはある程度防ぐことは可能です。理由は、RAW形式は12bitデータだからです。(EOS 1D MarkIIIは14bit)

デジカメで撮影するときはフィルムカメラ以上に露出に気を遣う必要があるとも言われています。
コンパクトタイプのデジカメは自動露出がデジタル一眼ほど優れているとは思えませんので白飛びしやすい機種が多いはずです。
露出補正も可能ですが、操作性の関係で使わない人が殆どではないでしょうか？

お礼

>1/2.5インチのCCDで1000万画素のデジカメだと色合いが単調なノッペリした写真になりがちで、同じ1000万画素でもフルサイズセンサーを搭載したデジタル一眼だと階調豊かな色調・解像度共に綺麗な写真が撮れます。

ここでいう「解像度」とは、のちほど出てくる「解像感」のようなモノでしょうか？
350dpiとかの「解像度」とは違いますよね？？

撮影素子の大きなカメラなら、小さい画像を撮影しても、撮影素子の小さなカメラよりも高い解像感を得られるのですか？

回答No.3

sokojaso

答えは#1,2とほぼ同じです。下のリンクが具体的で分かりやすいと思います。
http://takuki.com/gabasaku/CCD.htm

・画素数の割に撮影素子が小さすぎるとどうなりますか？
ノイズが多くなる、白飛びや黒つぶれに対して弱くなる。
・例えば1000万画素まで撮影できる撮影素子の大きめカメラと…
「きれい」の感覚は人それぞれです。ノイズが多くても解像感が高いのが好みの人、とにかくノイズが嫌な人など。
基本的に、画素数が多ければ、大きいサイズの出力に対応できますが、A4程度までのプリントなら500万画素でも十分です。
ということで、A3でプリントすれば、1000万画素の方がギザギザが目立た無い意味では「きれい」でしょう。でも、暗いところで撮れば500万画素の方がノイズが少なく「きれい」かも知れません。

お礼

ありがとうございます。

どうせ1000万画素も必要ないのはわかっているので、ジャギーなどを問題にしたいのではないのです。
そうではなくて、ノイズや鮮明さ？について知りたいです。

回答No.2

WillDesignWorks

質問者の「キレイ」とは解像感でしょうか、それともノイズの少なさでしょうか。他にも画像圧縮率や色の載せ方など画像処理もメーカー・カメラや設定によって違います。キレイというのは非常に主観的な感覚ですので、1000万画素と500万画素のどっちがキレイかという質問は抽象的すぎて回答困難です。
強いて言えば、通常のL判などのプリントサイズではどっちも同じように見えますから、スナップ写真程度では差は出ない、どっちもキレイといえます。

センサーサイズと画素数の関係は、1画素あたりの受光面積がどれくらいか、と言うことです。1画素の受光面積が広いほど、強い信号が得られますから、ノイズに埋もれない画像を得ることが出来ます。センサーから得られる元の信号が強いほど、あとの画像処理の負担が少なくて済み、結果的にノイズの少ない鮮明な画像を得ることが出来ます。
センサーサイズが小さく画素数が多くて1画素の面積が少なければ、ノイズの多い信号になり、画像処理プロセッサがいくらがんばっても暗部にゾワゾワとノイズの浮いた絵になります。

お礼

撮影素子＝センサーサイズという捉え方で合ってますか？？

「きれい」という言い方がよくなかった…。
両者の画像の違いについて知りたいです。片方はノイズが多いが鮮明で、片方はノイズが少ないがのっぺりしているなど？

L版程度で出力するトキに500万画素も必要ないコトについては存じ上げているつもりでいます。ありがとうございます。

回答No.1

foobar

撮像素子上に結ぶ像には、光学的な理由による解像度の限界があります。
(ある大きさの絞りを通過することによる理論的な限界と、現実にレンズなどを作ったときに生じる工学的な限界とあります。)

この光学的な解像度の上限が、画素の間隔の下限に関係しています。
(同じ大きさの撮像素子で、画素数を多くして、画素の間隔を狭めることは、解像度の増加に繋がりますが、光学的な解像度の上限より高い解像度にはなりません。(それ以上の高画素化は無意味)。)
光学的な制約以外に、撮像素子を作る上での制約(撮像素子間の配線用のスペースとか)でも画素間隔の制約があります。

画素の間隔に下限がある以上、画素数を（有意義に)増やそうとすると、撮像素子の寸法を大きくする必要があります。

1000万画素のカメラと500万画素のカメラの比較
(とりあえず、画素の寸法が同じで、それ以外の条件は同じとして)
今のデジカメは画素を赤緑青に振り分けて使っています。
このため、1000万画素のカメラだと赤緑青の画素の数はそれぞれ250万、500万、250万です。500万画素のカメラだと125万、250万、125万。
ここから500万画素の画像(赤青緑それぞれ500万ずつ)を合成することになります。
どちらのカメラも、赤、青の画素が不足していますし、500万画素のカメラでは緑の画素も不足しています。このため、不足分のデータは他の部分のデータから計算でもとめて補う(補間する)ことになります。

1000万画素のカメラで撮影する方が、補間するデータ量が少く、結果としてより細かいところまで描写している画像を得易くなります。

お礼

RGBのうちGだけがほかの倍あるのですかー。…と、関係ないところに感動してます。

質問の後半の、2種類のカメラを比較するところがうまく伝わっていないようです（汗）。

カメラA：撮影素子は1/1.8、画素数は最大1000万画素
カメラB：撮影素子は1/2.5、画素数は最大500万画素
ほかの条件は同じだったとします。
この2つのカメラで500万画素で撮影したとします。出力される画像のサイズは同じはずです。
このトキ、両者の画像はどのような差異が出るのですか？