カメラの画素数と画質について。 画素数について未だによくわからないので質問です。 「カメラの画素数が

カメラの画素数と画質について。

画素数について未だによくわからないので質問です。
「カメラの画素数が大きい方が解像度？が高くなる。その代わり１画素当たりのセンサーサイズが小さくなるから感度が悪くなる」といった話をききます。

ということは、センサーサイズが小さくても、低いISOで撮れる分には、単純に画素数が高いほうが画質は上がるのでしょうか？

そうなるとソフト側の違いを除くと、単純に写真の画質だけを比べた場合、明るければスマホの1/2.3でも一眼と同等以上の綺麗な写真がとれるということになるんでしょうか…？

画質といっても一概には言えないと思いますので、主に解像度的な意味で考えてます。

いくら条件が揃ったとしてもスマホが一眼に勝てるとは思えないのですが…

ご回答よろしくおねがいします。

No.7 回答者： brooklynite 回答日時： 2017/12/22 06:02

まず"一眼レフ"が良いという言う考え方は無視してください。

あくまでセンサーのサイズです。もちろん一眼レフはAPS以上の大型のセンサーを搭載しているので、画質は良くなります。むしろ機構の面ではミラーレスの方が全然良いです。実際ミラーレスのフルフレームセンサーやミディアムフォーマットセンサー機種も続々と登場しています。スマホのセンサーのサイズは大よそ小指の爪の大きさと言われています。フルフレームセンサーは35㎜フィルムと大体同じくらいです。大きさの差は歴然ですね。

なぜセンサーが大きいと画質が良くなるかと言いますと、物理的にセンサーが大きければ光を取り込める表面積大きいので、画質が上がります。暗いところで撮影すれば一目瞭然です。暗くてもそれだけ光を集める事が出来るので必然的に画質が上がります。

画素数はサイズです。画素数が多ければ写真のサイズは大きくなりますが、相当大きくしなければ解像度の区別はつかないでしょう。例えば、1080のテレビで例えると約２Mピクセルの画素です。４Kテレビでも9Mピクセル程度です。画素数が多いとそれだけ大きなサイズの写真を撮れるので、撮影後に一部等を編集して切り取り等をする場合には役立ちますが、大よそですが20M弱あれば十分だと思います。それ以上引き伸ばしはしないですよね？

また、一つのセンサー上に画素が多すぎると、１ピクセル辺りに受け取れる光の量が減り逆効果になってしまいます。スマホで20Mピクセルとかたまに見ますが、在り得ません。スマホで後で印刷するわけでもない限りは５Mがもあれば十分でしょう。

つまりは、センサーサイズが小さくても、画素数が少なければ一ピクセル辺りの面積は広がるので、それだけ沢山光を受け取れると言う事です。なので、決してセンサーサイズが大きいからと言って良いわけでも在りません。（例えばですが）APSサイズのセンサーで12Mメガピクセル位のカメラとフルフレームセンサーのカメラで30Mメガピクセル位だと１センチ辺りの画質は同等になり得ます。ようはセンサーサイズと画素数のバランスが大切です。
FujiFilmなんかは全体的に、センサーサイズの割に画素数は低めですよね感じですよね。それからソニーα7S II はフルフレームセンサーであえて12Mピクセルですしね。

センサーサーズのと光の関係はご理解いただけたと思いますが、センサーサイズを凌駕する方法は、他にも幾つか在ります。明るいレンズを選ぶ、F2.0やF1.０何かのレンズが在ればそれだけ光が取り込めますので、画質が向上します。また大量のライトをスタジオなどで調節して写真を撮る。シャッターを長く開ければ勿論それだけ光がたくさん入ってきます。

ISOも感度を増す設定の一つですが、これもカメラで実際に設定できる数値、本当に使える数値は異なります。例えば、ISO10000まで設定できるけど、3200以上にするとノイズが入るとか。ISOはセンサーの性能を見るのに一番手っ取り早い方法です。どのくらいのISOでノイズが入らないかと。例えば同じフルフレームセンサーのカメラでもISO数値とノイズの関係で、どちらが優れているか直ぐにわかります。

結論としては、スマホで一眼に勝てる写真を撮れるかと言えば理論的には可能です。ただ、余程光の計算をして行わなければ、難しいです。この辺がプロのカメラマンと素人の差なんですよね。逆に素人の人が使う一眼レフとプロが使うスマホなら勝るかも知れません。私もカメラは好きですが、プロの方には経験値で適いませんね。

ちなみに、センサーの中にもいろいろ種類があります。上記で散々センサーサイズと感度と言ってきたのですが、センサーの中には感度はそれ程でもないが、色合いと言う面では秀でているセンサーも在ります。ビデオカメラなんかもそうなんですが、センサーを3種類色別に搭載して、徹底的に誤色を減らします。SigmaのFoveonというのですが、ライティングさえ計算すれば別格の写真を撮れるでしょう。でも感度悪いんですよね。

加えて動画と成るとまた別の意味でセンサーサイズなどが関係してきます。写真が良い機種でも動画に優れているは限りません。

No.6 回答者： ほむらはぜ 回答日時： 2017/12/19 00:03

まずニュアンスが少し違ってるのが　１画素当たりのセンサーサイズが小さくなるから感度が悪くなる　という部分。

単に小さいから　受光量が少なくなるだけで表現的には感度ではないです。

感度をあげるのはISOと勘違いしやすいですが、デジタルカメラではISO感度と言うのはフィルム時代の名残です。
実際には　ISOを上げるというのは　増幅する　ということになります。

＞センサーサイズが小さくても、低いISOで撮れる分には、単純に画素数が高いほうが画質は上がるのでしょうか？
＞単純に写真の画質だけを比べた場合、明るければスマホの1/2.3でも一眼と同等以上の綺麗な写真がとれるということになるんでしょうか…？

結論的には　1画素辺りの受光容量を同じに出来れば一眼と同等になります。（画像エンジンなど他の部分を無視した場合）
ISOを上げるというのはどういう場合か考えてみましょう。

まず、フィルムの場合はフィルムを交換する場合にフィルム自体の感光感度を変えることが出来ます。
ですから光量が少なくても感光の感度をあげてやれば済むわけです。
しかし、デジタルセンサーの場合は変えることが出来ませんよね？センサーは固定されてしまってますから。

デジタルセンサーというのは　一個のフォトダイオードがたくさん並んだものです。
フォトダイオードというのは画素そのものとなります。

つまり2000万画素なら2000万個のフォトダイオードが並んでいます。
このフォトダイオードと言うのは　光が当たると分子活動が活発になり電荷を発生させます。
この電荷を蓄積することで電気信号に変換することができるのです。（太陽電池パネルを想像してください）

しかし、このフォトダイオード　ひじょうに小さいものです。
APS-Cの標準サイズは　23.6×15.8mm　ですから　このサイズに2000万個にフォトダイオードをおくことになります。
（一応書きますけど　置く　と言っても製造プロセスはパソコンなどの半導体CPUとほぼ同じです。置くというよりも作り出すということ）

単純な面積比でも　1/2.3センサーサイズのスマホではAPSーCに比べてわずか　7.8％です。
画素数が同じならフォトダイオードに一眼と同じ光量をあたえるには一眼の使用レンズよりも10倍以上のサイズが必要となりますよね。
もしもこれが可能であれば一眼と同等を作り出せます。（無論画像エンジンなどは無視するとして）
まぁ、現実的ではないですよね。一眼で口径50mmならスマホでは500mm以上になりますからセンサーサイズを大きくしたほうがよほどお金はかかりません（つまりコスト）

画素数ですが、増やす　ということは　フォトダイオードの数を増やすわけです。まぁ当然に聞こえるかもしれませんが　画素を増やすということは　1マスだったものに境界線を入れることと
意味は一緒になります。画素が増えた分滑らかにはなりますが（密度）画素と画素の間に　境界線　が発生することになります。
この部分は受光できませんから　受光面積は減るわけです。これはご自身が聞いて納得してる部分でもありますが。

フォトダイオードは　受光　→　電荷・蓄積　→　引き渡し（取り出し）ここまでがセンサーの役割になります。
受光が少ないと言うことは　この取り出しがうまくいきません。そもそも1画素のフォトダイオードのサイズは1mmの1/1000以下です。
そこでISO感度となります。

つまり、受光　→電荷・蓄積→増幅→引き渡し

感度自体をあげてるわけではなく少ない電気信号を無理やり昇圧してとりだしてるだけです。
でも、全体が増幅されるならノイズなんて発生しないんじゃないの？と思うのですが・・・・・・

上記にて　CMOSセンサーは　半導体と同じプロセスで作ってる（ほぼ）と書きました。
まず、ここでフォトダイオードの一個一個の性能が違います。つまりバラツキがあるのです。
さらに電荷残留という問題がついてまわります。
これは　引き渡し　した時にセンサーに電荷が残ってしまう現象です。本来はフォトダイオードで受光して電気信号として取り出した場合に全てクリアされなければいけないのですが、どうしても残ります。
まぁ、これがセンサー性能ってとこですね。生産技術が向上すればこれが残りにくくなったり画像エンジンで補正するのですが。
電荷が残ってしまうと微妙に本来の受光量と違ってしまうのですが、さきほど書いたとおり増幅量が少なければ狂いも少ないです。ISOが低い場合
しかし増幅を大きくしてしまえば狂いも大きくなるので　ノイズ　として発生してしまうのです。バラツキもこれに関わってきます。

実際には　これに　色　の要素が加わってきますし、CCDとCMOS　などセンサー方式の違いでも画質としての話はもっと複雑になります。
なので結局　画質は画素数だけではない　としか言えなくなってしまいます。

Canonのフラッグシップの1Dxmk2は　2020万画素
NikonのD5でも　2082万画素

連写性能とかもあるのですが、無理に画素を多くするよりも一画素辺りの受光量を増やす方が画質面有利になることもあります。
まぁ、バランスということですね。

画素が増えれば滑らかさは良くなるけどその一個一個が正確に描写されなければ画質が良いとは言えませんね。
各メーカーはこのセンサーで方式を競い合っています。
裏面照射型CMOSセンサー（SONY）Foveon（シグマ）などなど・・・・

回答の結論的には　スマホ、コンデジ、一眼　同時期に開発したセンサーであればサイズ差を覆すことは現実的ではないです。


誤字脱字、計算上の間違いがあったらすみません。

No.5 回答者： fakeflake 回答日時： 2017/12/18 16:05

最近のスマホカメラはノイズ処理が非常に巧妙にできてるので、比較する一眼の世代によってはそういうことが起きる場合もありえそうです。

同世代での比較ではスマホに勝ち目はないですが。

小型素子に高画素を押し込めた場合、昼間であっても影の部分にノイズが見えることはけっこうありますから、低感度にしておけばノイズは出ないという単純な問題では済みません。そうした小型素子の弱点を知っている人が見れば、背景をぼかさない一眼なのかスマホなのかはっきりしない撮り方をした写真であっても、一瞬で「ああこりゃ一眼じゃないな」ってバレちゃいます。

ただ繰り返しになりますが、今どきスマホカメラはよくできてるから、ある程度大きな画面じゃないと見分けがつきづらくなってきているのは確かですね。

No.4 回答者： WillDesignWorks 回答日時： 2017/12/18 09:10

同じ画素数でもセンサーサイズ（縦横長さ）が半分になれば面積は1/4になります。

1画素あたりの有効受光面積も1/4になり、ダイナミックレンジ的（信号／ノイズ比）に不利になります。
1画素に入ってくる光の量が1/4になれば出力される信号も1/4以下に減りますので、本来の画像情報がノイズに埋もれてしまうことになります。

No.3 回答者： kuma-gorou 回答日時： 2017/12/18 08:40

『画質＝画素数』と短絡的に結び付けると誤解を招きます。

画質には沢山な要素があり、画素数はその要素の一つと捉えて下さい。

画素数は肌理の細かさで、出力サイズと関連します。Ｌ判プリントやパソコンのモニター、スマホの画面での鑑賞なら200万画素もあれば充分だし、ポスターサイズならそれに見合う画素数が必要となります。

同じpixel数のイメージセンサーでもサイズが大きいほど、沢山光を受ける事が出来ます。
結果、高感度ノイズ耐性とダイナミックレンジに寄与するのです。
例えば、黒の中に黒がある。白の中に白があると言う具合に諧調が豊かになるのです。
これも、画質を構成する一つの要素になります。

その他、レンズや画像処理プロセッサー(エンジン)の性能等、画質に関わる要素は多岐に亘り、スマホの画質が一眼レフに遠く及ばないのは論を待つ必要もありません。

No.2 回答者： lv4u 回答日時： 2017/12/18 06:37

＞＞明るければスマホの1/2.3でも一眼と同等以上の綺麗な写真がとれるということになるんでしょうか…？

明るければ、スマホで一眼と同等の写真が取れるか？といえば、それは不可能です。
それは、奇麗な写真は、画素数だけの問題ではないからです。

スマホの無い時代には、お金が無いと安いコンパクトカメラを買う。お金があればレンズ交換のできる一眼レフカメラを買うことが可能になりました。

きれいなモデルさんたちの撮影会に行くとして、コンパクトカメラでモデルさんを奇麗にとれるか？となれば、それは無理です。
人物を奇麗にとるポートレイト写真は、それに適した焦点距離、絞りのレンズが必要なんですね。
一眼であれば、最適なレンズに交換し、フィルターやボディの各種ダイヤルを調整して最適値にできます。
コンパクトカメラでは、レンズ交換も、各種調整もできません。

そして、コンパクトカメラの立場はスマホ内蔵のカメラと同じってことです。

No.1 回答者： 銀鱗 回答日時： 2017/12/18 04:17

ISO値はあくまでもデータの明るさの問題。

画素数は関係ない。

デジタルカメラのCCD素子の感度を上げてISO値を高くするようにしている。
そんだけ。

添付した画像を見ると分かると思いますが、
　・画素は荒さ、
　・ISO値はピンクやオレンジや黄色に見える部分、
にそれぞれ影響します。

ピンクや黄色に見える部分を削るか赤にするかはホワイトバランスなどの閾値の設定次第です。
読み取れないほど暗かったら、まあ光が届いていないと判断されます。
細かい設定が可能で、十分感度の高いCCD素子を使うなら、一昔前の一眼レフ並みの性能をスマホのカメラでも再現できます。

そんなわけでデジカメのCCDやレンズは一昔前に比べ別次元にまで達しています。


・・・前置きが長くて説明用の画像作成にも時間がかかったけど、ここから本題・・・

デジカメのCCDのサイズとスマホのCCDのサイズの違いは大きい。
当然です。