「ディジタル画像」の解釈に付いて教えてください。

Question

お世話様です。
初歩の「ディジタル画像」の解釈に付いて教えてください。

(1)ディジタル・カメラの撮影解像度(画素数)が1200万画素の場合、ピクセル（画素）数が4200×2900である、ことを知りました。疑問点は、どのような計算からピクセル（画素）数が4200×2900と出てくるのですか。

(2)ディジタル・カメラの撮影解像度(画素数)が例えば1200万画素の場合、プリントする際の推奨する画像解像度（目安）が以下のようになるようですが、
a)ハガキの場合、360dpi(又はppi 以下同じ)
b)A4／六切／四切の場合、300dpi
c)A3／半切の場合、240dpi
以上はあくまで一般に言われている目安の値ですが、疑問点はなぜ用紙が大きくなるほど画像解像度の数値が低くて良いのですか。

また、例えばA4の大きさで印刷する場合、プリンターに必要な解像度の数値はどのように算出したら良いのですか。現在売られているプリンターは必要にして十分な値であり、大きいほど問題ないと思いますが、考え方を教えてください。

(3)以下の疑問点に回答をお願いします。
１．フルサイズ35mmのディジタルカメラの撮影解像度(画素数)が1200万画素の場合。
２．APSサイズで撮影解像度(画素数)が1200万画素の場合。
３．コンパクト・ディジタルカメラで撮影解像度(画素数)が1200万画素の場合。
上記１．～３．の条件で上記(2)のa)～c)は該当すると考えて良いでしょうか。
アドバイスを宜しくお願いします。

siremono2496 · Accepted Answer

> 例えば1200万画素を有するカメラの場合、フルサイズ、APS、コンパクトディジタルカメラでは各々撮影素子の大きさ（面積）が
> 異なりますので、各々の面積に収まる大きさの1つの画素（単体の素子）で1200万画素が構成されていると理解してよいのでしょうか。

はい、その通りです。ちょっと例えとしては適切でないかも知れませんが、フルHDテレビで65インチのものと23インチのものを比較すると、画素数はどちらも1920×1080で同じですが、画素の大きさは違いますよね？それと似ています。

> 即ち、フルサイズの1つの画素の大きさと、コンパクトディジタルカメラの1つの画素の大きさは異なり、フルサイズの1つの画素の
> 大きさは、コンパクトディジタルカメラの1つの画素の大きさと比較し大きいと解釈して良いのでしょうか。

これもその通りです。同じ画素数であれば、35mmフルサイズの撮像素子の1画素はコンデジのそれと比較するとはるかに大きく、1つの画素に取り込める光の量を増やしやすいため、画質で有利になります。APSサイズではフルサイズには及ばないものの、それでもコンデジより断然優位であることに変わりはありません。

どれくらい面積が違うかと言うのは、絵で見てもらった方が分かるでしょう。以下のリンク先に面積比較の図と解説がありますので、そちらを見れば一目瞭然です。

http://takuki.com/gabasaku/CCD.htm

foomufoomu · Answer

＞言われている回折現象とはどのようなことでしょうか。・・・回折現象が起こり易くなると理解しています。
次などに解説されています。絞り込むとへるのは収差です。
http://www24.big.or.jp/~antares/photo_gallery/camera/camera45.html

＞実際に悪くなる程度は画像を印刷して比較して見ないと解からないと言うことだと思います。
印刷までしなくても、Webサイトにあるカメラのサンプル画像を100%（以上）に拡大して見れば、分かります。

なお、
＞画素が光の波長より小さくなってしまったら…？もはや光は入って来ません。
これには、笑ってしまいました。トンデモ科学のひとつですね。
波長よりずっと小さな穴でも、光は通過します。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B5%B0%E6%9F%BB%E5%9E%8B%E8%BF%91%E6%8E%A5%E5%A0%B4%E5%85%89%E9%A1%95%E5%BE%AE%E9%8F%A1

いまのコンデジが必要以上に画素数が多いという点には賛成ですけど。
1000万画素あればA3の印刷に使えますが、コンデジの画像をA3まで伸ばす人は、めったにいないでしょうから。

siremono2496 · Answer

No3です。

撮像素子が小さくなることにより画質が劣化するというのは、現在の素子の大きさと画素数の関係では、光学的な物理限界が迫って来ているほどの大きさまで縮小してしまっているためです。

光というのは一種の電磁波で、波長を持っています。その波長の違いが色の違いになるんですが、もし撮像素子を極小化して、画素が光の波長より小さくなってしまったら…？もはや光は入って来ません。つまり、何も写りません。先に述べた物理限界というのは、これのことです。で、今のコンデジやケータイカメラの撮像素子では、画素の大きさが光の波長の数倍しかなく、素子が取り込める光の量は極めて少なくなっています。このために感度が悪くなってしまうのです。

ここまで画素が極端に小さくなければ、No4回答者さんの見解が通用するんですけどね。

以下は余談です：
こういった事情を理解すると、今のコンデジやケータイカメラで1000万画素以上だなんて、とんでもない無茶な話だと思うようになりますよ。私は今のその無茶をやれる技術で、画素数を抑えたコンデジを作って欲しいと思っています。そうすれば無理なく感度が稼げるから自然に画質は良くなるし、無駄に画素数が多くないからSDカードもさほど大容量が必要ないし。同じことを考えている人って、少なからずいそうに思うんですけどねえ。

foomufoomu · Answer

3つの答えが出ていて、私も興味深く詠ませていただきました。書き込み時刻があまり違わないので、それぞれ他人の答えを見ないで書いていると思います。
それによると、（１）、（２）は3人とも似たような回答ですが、（３）はだいぶ見解が違っているように思います。

（３）については、補足説明が必要なようです。
カメラの性能は、比例の原理が働いて、受光面(CCD等)の大きさが1/2になれば、焦点距離が1/2、レンズの大きさも1/2のとき、同じ性能が得られます。レンズが小さいと暗くなりそうに思えるでしょうが、焦点距離が小さくできるのでその分明るさが増え、結果として同じ性能になります。
参考WEB
http://homepage2.nifty.com/ttoyoshima/Camera/FilmExposure.htm
レンズの精度からくるぼけは、現在の技術からすれば問題になりません。
唯一、回折については比例関係が成立しなくて、ある大きさより小さいものが不利になります。

また、CCD,CMOS撮像素子,の不良率は、素子数が大きく影響しますので、1200万画素と限定すると、大小はあまり関係ないでしょう。むしろ(工業製品すべてにいえることですが)、作る技術があるなら小さいものの方が作りやすいので、小さいほど不良率がへる傾向があると思います。

よって、私は、撮像素子の大きさは直接は関係なくて、レンズにかけたコストの違いと回折現象によって画質が違ってくる。と回答しました。

siremono2496 · Answer

> (1)ディジタル・カメラの撮影解像度(画素数)が1200万画素の場合、ピクセル（画素）数が4200×2900である、ことを知りました。疑問点は、どのような計算からピクセル（画素）数が4200×2900と出てくるのですか。

それは必ずしもその値になるとは限りません。同じ画素数であっても、コンデジとフルサイズ or APSの一眼では撮像素子の縦横比（アスペクト比）が異なりますから、必然的に縦横のピクセル数も異なってきます。コンデジやケータイのカメラだとほぼ全ての機種で縦横比4:3、一眼では3:2のものが一般的です。一眼でもフォーサーズ規格のカメラだと、規格名が示すとおりで縦横比は4:3です。また、同じ1200万画素の別機種カメラ同士を比べても、実際の画素数はぴったり同じにはならないことが多いです。これは画像処理エンジンの都合だと思います。

> (2)ディジタル・カメラの撮影解像度(画素数)が例えば1200万画素の場合、プリントする際の推奨する画像解像度（目安）が以下のようになるようですが、
> 以上はあくまで一般に言われている目安の値ですが、疑問点はなぜ用紙が大きくなるほど画像解像度の数値が低くて良いのですか。

これは実は単純な話で、A3やそれ以上の大きさの用紙を手にとってしげしげと眺めることはしないからです。目までの距離は用紙が大きいほど離れていくとの考えですね。ただしそれはあくまで一般的建前論に過ぎず、用途によってははがきサイズでももっと粗くて平気かも知れないし、A4だけどもっと細かくしたいこともあるでしょう。それはその時の状況次第というか、要望次第で解像度を決めることになります。

> (3)以下の疑問点に回答をお願いします。

結構微妙な問題です。基本的には同じ大きさの画像だから同じでいいだろう…と考えがちですが、大間違いです。フルサイズとAPSとではそう極端には違いませんが、コンデジは画素数の数字ほどには実際の画像が解像していません。画素数の割に素子が小さいのでノイズが多く、それを画像処理エンジンでごまかしているために不規則にピクセルが潰れています。1200万画素とか言っても実力値は半分もないでしょうね。なのでこの問いに対する答えは、実際の絵を見て比べてみないと何とも言えないが、コンデジは明らかに劣るので同列比較はできない…となります。

ts3m-ickw · Answer

(1)4a×3a≒1,200万になるようなaの値を求め、4a、3aの値を横と縦に当てはめればよい。

(2)データ量が同じなら、面積が広くなるほど密度は小さくなるから。
A3で360dpi印刷したいなら1,200万画素では不足する。

プリンタの印刷方式に左右されるが、画像1ピクセル分の表現にプリンタの画素がいくつ必要か考えてみるといい。昇華型なら1画素あたり256諧調で印刷できるから300dpiくらいでもきれいな写真が印刷できるが、インクジェットだと1画素あたり4色のインクをディザ法などで表現するから4,800dpiでも写真はきれいに印刷できない（6色インク9,600dpiくらいならきれいに印刷できる）。

(3)該当する。
ただし画像データそのものの質は1＞2≫3である。

foomufoomu · Answer

(1)
4200×2900=12180000 これを丸めて1200万と言っています。縦横の比率は、メーカーが勝手に決めたもの(それまでの慣例にならった)です。

(2)
おそらく、これは「1200万画素」とは関係ない話でしょう。
1200万画素のデータを、それぞれのサイズで印刷すると
はがき　約500dpi
A4　約360dpi
A3　約260dpi
になります。目安もなにも、1200万画素と断っている限り、このdpi以外選択の余地はありません。

＞なぜ用紙が大きくなるほど画像解像度の数値が低くて良いのですか。
大きな紙の写真は、離れたところから見る傾向があるので、やや低い解像度でもよいことが多いためです。地図のように、大きな紙に印刷していても近づいて見る用途なら、こういうことは無いでしょう。
また、肉眼で見るときは、360dpiより細かくても、それ以上は見えないですが、これもルーペを持ち出せば話は変わってきます。

＞プリンターに必要な解像度の数値はどのように算出したら良いのですか。
カラープリンタの解像度は(2)の3倍弱以上必要です。
現在カラーはRGB各8ビットで表現されていますが、人は6ビット程度までしか認識できないといわれています。現在の誤差拡散理論での印刷では、ほぼ、ビット数がそのままプリンタのドット数に対応しますので、元データの1ドットがプリンタの6ドットになる必要があります。
つまり√６＝2.44倍の解像度が必要となるのですが、もう少し余裕をみて約３倍の解像度が必要になります。

(3)
受光素子が小さいものは、レンズの性能が悪いものが多いし、光の回折によって光が散ってしまうので、写した写真はぼけてしまいます。
しかし、コンデジでも、次ぐらいのものなら、普通のA3の印刷には十分使えると思います。（サンプル画像を見てください）
http://cweb.canon.jp/camera/dcam/lineup/powershot/sx260hs/index.html
http://www.nikon-image.com/products/camera/compact/coolpix/style/s8200/index.htm

これは、なんとなく感じていることで、とくに根拠はないのですが、
受光素子の大きさは、だいたい1/2.3形ぐらい以上あれば、あとはレンズの性能のほうが影響が大きいように思います。

「ディジタル画像」の解釈に付いて教えてください。

> 例えば1200万画素を有するカメラの場合、フルサイズ、APS、コンパクトディジタルカメラでは各々撮影素子の大きさ（面積）が

＞言われている回折現象とはどのようなことでしょうか。

No3です。

3つの答えが出ていて、私も興味深く詠ませていただきました。

> (1)ディジタル・カメラの撮影解像度(画素数)が1200万画素の場合、ピクセル（画素）数が4200×2900である、ことを知りました。

(1)4a×3a≒1,200万になるようなaの値を求め、4a、3aの値を横と縦に当てはめればよい。

(1)

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