今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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鯛アラ煮
【今日の夕食】
 今日は鯛です。
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★米飯

★鯛アラ煮
 鯛のアラが、安かったそうです。安くても、鯛の味でおいしいです。

★ゴーヤチャンプルー

★みかん

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小出川のヒガンバナ(神奈川県藤沢市)
【今日の夕食】
 今日は、妻と娘(2歳7ヶ月)と、小出川のヒガンバナ(神奈川県藤沢市)を見に、自転車で出かけました。3キロほどの道のりだったのですが、道を間違えてしまい(妻と私の責任配分は2:8と決まりました)、妻の機嫌を損ねてしまいました。ヒガンバナは、少し見ごろを過ぎており、やや元気がない感じでした。しかし、天気がよく、よい散歩になりました。
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★米飯

★ホワイトシチュー
 具沢山です。鶏肉、ホタテ、じゃがいも、にんじん、たまねぎ、ブロッコリー、コーンが入っています。ルウは、妻の手作りで、小麦粉とマーガリンと片栗粉だそうです。味付けはコンソメ。市販のルウとはちがい、やさしい味わいで、美味でした。

★みかん

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【今日のおじさん】小出川のヒガンバナ(神奈川県藤沢市)
 今日(2013/9/29)は、小出川(こいでがわ、神奈川県藤沢市)のヒガンバナ(彼岸花)[1]を見に行きました。
[1]藤沢市観光協会;小出川の彼岸花
http://www.fujisawa-kanko.jp/event/higanbana.html

 天気がよく、快適な散歩を楽しめました。屋台も出ていて、なかなかの人出でした。カメラを手に歩いている人も多いです。私も、新しいデジタル一眼(ミラーレス、オリンパスPEN mini,E-PM2)を持って、撮影にチャレンジしました。
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 娘(2歳7ヶ月)も、おおむね元気です。途中、「抱っこ抱っこ」になりましたが、トイレで用を足すと、急に元気になりました。
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 私の知る小出川は、実家のある寒川町周辺の、もっと広い川です。ここはその上流のため、川幅はほんの数メートルです。
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 新しいカメラで撮影を試みました。なかなか、うまくいきません。コンデジに比べて、「失敗写真」の割合が多い気がします。
 f=45mm(換算90mm)、F2.5、SS1/4000、ISO200
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 レンズは単焦点、f=45mm、F1.8です。「絞り優先」で撮影しました。絞りと被写界深度の関係を勉強中です。
 f=45mm(換算90mm)、F5.6、SS1/500、ISO200
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 日中の屋外での撮影は、初めてです。思ったよりもシャッタースピードが小さくなり、開放F値(1.8)では露出モーバーしてしまいました。また、逆光では画面全体が白っぽくなってしまいます。いったい何が原因なのか、興味深いです。
 f=45mm(換算90mm)、F2.8、SS1/800、ISO200
20130929a6.jpg
 
 散歩とレンズ実験に、ちょうどよい機会でした。しかし、今年のヒガンバナは、少し見ごろを過ぎてしまったようです。例年よりも1週間ほど早いとのこと。来年は、ぜひ、見ごろを逃さないようにしたいです。


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デジイチには交換レンズ!キットレンズがダメな理由
【今日の夕食】
 今日は、妻と娘(2歳7ヶ月)と、七五三の写真撮影に行きました。「スタジオマリオ」です。娘は、着物と、ドレスを着て撮影していました。緊張していて表情の固い娘でしたが、慎重派の娘の性格がうかがえる、良い写真が撮れました。仕上がりが楽しみです。
 昼食に回転寿司をたらふく食べてしまったので、夕食は控えめです。
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★うどん
 具沢山です。うどんは冷凍ですが、油揚げは、別に味付けして煮たそうで、手がかかっています。つゆも手作りです。たいへん美味でした。

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【今日のおじさん】 デジイチには交換レンズ!キットレンズがダメな理由
 先日、デジタル一眼レフ(デジイチ)を買いました。いわゆる「ミラーレス一眼(マイクロ一眼、レンズ交換式アアドバンストカメラ)」の、オリンパス「PEN mini E-PM2」です。

 これまで、ミラーレス一眼とコンデジ(コンパクトカメラ)の優劣を、実験で比較してきました(一覧は→こちら)。今回は、これまでの結果を元に、一眼レフが「キットレンズではダメ」な理由を書きます。 


★なぜ一眼レフを買うか?
 ミラーレス、ミラー付きに限らず、一眼レフを買う理由は、人によって様々だと思います。しかし、現在コンデジを使っていて、画質に不満があり、「ワンランク上の写り」を期待して、デジイチの購入を検討する人は、少なくないと思います。私も、以前から所有していたコンデジ(オリンパスの防水コンデジ、STYLUS TG-630)に多少の不満があり、ミラーレスを買うことにしました。ミラーレスへの期待は、主に次の3つでした。
 1)コンデジよりも精細な写真を撮影できる。
 2)室内など暗い場所でもノイズの少ない画像を得られる。
 3)ボケ味のある、主題を引き立てた写真を撮れる。

 一般人向けの一眼レフ(価格15万円くらいまで)には、カメラのボディ本体に、レンズがセットされて、「レンズキット」として売られている場合が多いです。セットになっているレンズを、「キットレンズ」と呼ぶことにします。キットレンズがあると、購入後すぐに撮影ができるのと、レンズを選ぶ手間が省けるので、とても便利です。しかも、セットで買うと安い(商品によっては、カメラ本体だけ買うよりも、レンズキットのほうが安い場合がある)。
 しかし、残念なことに、検討の結果、上の2と3を満足するためには、キットレンズではダメだと判断しました。このため、私は、カメラ本体と、交換レンズを、同時に購入しました。


 なぜ、キットレンズがダメなのか、以下に、その理由を書きます。


★画像の精細さ
 最初に、「画像の精細さ」です。正直なところ、私の場合、画像の精細さについては、手持ちのコンデジで十分だと感じていました。これは、私の写真の活用方法が、次のように限られていることによります。
 ・画像サイズはもっぱら3M(1920×1280ピクセル)。
 ・通常、写真はパソコンの全画面表示で見るだけ。
 ・印刷する場合は、安価なネット業者でのL版プリント。
 上のような使い方だと、コンデジでも、画像は十分きれいに感じます。

 また、ミラーレスを購入後、コンデジとミラーレスで、画像の精細さの比較を行いました(→こちらの記事)。この結果から、日中の屋外で撮影した場合には、両者に精細さの差はない(私には分からない)という結論を得ています。下は、比較写真です(3Mサイズで撮影した元画像をトリミングして、1:1表示)。
a)ミラーレス:E-PM2、f=14mm(換算28mm)、F値3.5、シャッタースピード1/60、ISO250
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b)コンデジ:TG-630、f=5mm(換算28mm)、F値3.9、シャッタースピード1/40、ISO200
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 最近のコンデジは、たいへん優秀です。日中の屋外など、十分明るいところでの撮影であれば、一眼レフと同レベルの精細な画像を得られるようです。


★暗所でのノイズの程度
 デジイチがコンデジに対して明らかに優れている点は、「撮像素子サイズ(CMOS、CCDなどのセンサーサイズ)」です。商品によりますが、デジイチの撮像素子の面積は、一般的なコンデジの3~30倍程度あります。撮像素子サイズが大きいほど、撮像素子が受ける光量(光のエネルギー量)を増せます。撮像素子は、光のエネルギーを電気信号に変換するデバイスです。光のエネルギー量が大きいほど、大きな電気信号を出力できます。そして、出力信号が大きいほど、電気的・熱的なノイズの影響を受けにくくなり(SN比が大きくなり)、ノイズの少ない画像を記録できます。撮像素子の面積が2倍になると、ざっくりノイズを1/2にできると考えられます。(この根拠と実験検証は→こちらの記事
 暗所での撮影では、撮像素子の出力信号が小さくなり、ノイズが目立ちやすくなります。このため、撮像素子サイズが大きいほど、低ノイズの画像を得やすくなります。

 それならば、撮像素子の大きいデジイチでは、コンデジより暗所に強いと言えるかというと、そうではありません。暗所への強さは、撮像素子だけでなく、「レンズの明るさ」も重要だからです。デジイチのキットレンズは、最近のコンデジと比べると、「F値」が大きく、暗いです。ここでF値とは、レンズの焦点距離f[mm]をレンズ直径D[mm]で割った値です。撮像素子の受ける単位面積あたりの光量は、F値の2乗に反比例します。例えば、F値が1/2倍になると、単位面積あたりの光エネルギは4倍になります。(F値と明るさの関係は、→こちらの記事。)
 以上をまとめると、次のようになります。
 ・デジイチ:撮像素子が大きいが、キットレンズのF値は大きい。
 ・コンデジ:撮像素子は小さいが、F値は小さい。

 撮像素子が受ける光量は、撮像素子サイズSに比例し、F値の2乗に反比例します。そこで、「光量指標」を、次のように定義します(光量指標は、当ブログのオリジナル定義です)。
 光量指標=撮像素子サイズS÷(F値の2乗)

 光量指標を比較することで、撮像素子サイズやF値が異なるカメラ間で、暗所特性を比較できます。


★各機種での暗所特性の比較
 具体的な製品で、暗所特性を比較してみます。今回とりあげるのは、下表の製品です。各社ミラーレスと、高級コンデジです。参考として、汎用コンデジも調べました。ミラーレスは、代表形式のみですが、キットレンズはどれも似たようなスペックなので、同メーカーならば、形式による差異は考えなくてよいです(ただし、単焦点レンズのキットを除く)。さらに言えば、同メーカーならば、ミラーレス・ミラー付き(フルサイズを除く)とも、大差ないスペックであると思われます。
種別メーカー形式キットレンズ価格
ミラーレスキャノンEOS Mf18-55mm(3.1倍)41,800
ソニーNEX-5Tf16-50mm(3.1倍)74,800
フジフイルムX-M1f16-50mm(3.1倍)84,800
パナソニックGF6f14-42mm(3.0倍)61,800
オリンパスE-PL6f14-42mm(3.0倍)79,800
ニコンJ3f10-30mm(3.0倍)45,700
 高級コンデジソニーRX100(3.6倍)51,300
 〃フジフイルムX20(4.0倍)54,800
 〃パナソニックLX7(3.8倍)35,800
 汎用コンデジカシオZR1000(12.5倍)26,800
※価格はヨドバシドットコム。ミラーレスは2013/8/下、キットレンズ付きの価格。コンデジは2013/9/下時点の価格。

 上の各形式について、ズーム両端(広角側、望遠側)で、上述の「光量指標」(=撮像素子面積÷F値の2乗)を計算しました。結果を下に示します。ミラーレスは撮像素子サイズが大きいですが、高級コンデジはF値が広角側で2以下と小さい。撮像素子サイズの大きさとF値の小ささの兼ね合いによって、カメラの暗所特性が決まります。
種別形式撮像素子撮像素子
面積S
[mm^2]
F値光量指標
[mm^2]
ミラーレスEOS MAPS-C3323.5-5.627-11
NEX-5TAPS-C3673.5-5.630-12
X-M1APS-C3673.5-5.630-12
GF64/3型2253.5-5.618-7.2
E-PL64/3型2253.5-5.618-7.2
J31型1163.5-5.69.5-3.7
 高級コンデジRX1001型1161.8-4.936-4.8
 〃X202/3型56.52.0-2.814-7.2
 〃LX71/1.7型43.31.4-2.322-8.2
 汎用コンデジZR10001/2.3型28.53.0-5.93.2-0.82

 上の表を、グラフで示したのが下図です。光量指標が大きいほど、暗所でのノイズが少ないと考えられます。
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 広角側での暗所特性は、撮像素子がそこそこ大きくF値も小さいソニーRX-100が優れています。次いで、撮像素子が最も大きいAPS-Cサイズのミラーレス(キャノンEOS M、ソニーNEX、フジフィルムX-M1)。APS-Cのミラーレスは、望遠側での暗所特性が良好で、バランスがよいと言えそうです。
 ミラーレスでも、一回り撮像素子が小さいマイクロフォーサーズ(パナソニックGF6、オリンパスE-PL6)は、コンデジと拮抗しています。使い方によっては、高級コンデジのほうが優れる場合もあるかもしれません。
 そして、ニコンJ3は、撮像素子が小さいために、キットレンズでは高級コンデジに劣る暗所特性でした。とはいえ、汎用コンデジZR1000には勝っており、なんとか面目は保てるかもしれません。

 以上をまとめると、次の通りです。
・デジイチ+キットレンズの暗所特性(ノイズの少なさ)は、高級コンデジに劣る場合がある。
・キットレンズで高級コンデジ以上の暗所特性を確保したいのであれば、APS-Cサイズのデジイチがよい。

 キットレンズの暗所特性は、高級コンデジに毛が生えた程度です。せっかくデジイチを買うのだから、キットレンズではもったいないです。もっとF値の小さい、「明るいレンズ」が欲しくなります。


★キットレンズで「ボケ味」が出るか?
 おそらく、多くの人がデジイチに最も期待するのが、「ボケ味」です。主役にピントを合わたときに、ピントから外れた背景などが大きくボカせると、主役が引き立ちます。このようなボケ味を生かした表現には、「大きなレンズ」が必要です。こればかりは、コンデジには真似ができません。(注:本来、「ボケ味」には、ボケの形状や、収差によるボケの様子なども含まれます。しかしここでは単純に、ピント外のボケの大きさだけを考えます。)
 しかし、キットレンズで、ボケ味を生かした撮影ができるかというと、残念ながら、力不足に思われます。その理由は、やはり、キットレンズのF値が小さいこと(正確には、レンズ直径が小さいこと)です。

 ボケの大きさは、レンズの直径(有効直径、有効口径)だけで決まります。焦点距離fやF値は、直接は関係しません(ピント位置の被写体サイズが同じになる距離から写した場合。詳しくは→こちらの記事。)そして、レンズ直径が2倍になると、ボケの大きさも2倍になります。美しい「ボケ味」のある写真を撮るためには、直径の大きいレンズを使うことが必要です。レンズ直径D[mm]は、次式で計算できます。
 レンズ直径D[mm]=実焦点距離f[mm]÷F値
 ※焦点距離fは実焦点距離です。35mm換算焦点距離(画角)ではありませんので、注意が必要です。

 上に示した代表的なデジカメ(ミラーレスとコンデジ)で、レンズ直径を計算してみました。結果を下表に示します。画角(換算焦点距離)は実焦点距離と撮像素子サイズ(対角長)の比で決まります。広角側の換算焦点距離は、すべて28mm前後ですが、実焦点距離が異なっていることに、ご注意ください。
種別形式実焦点距離
[mm]
F値レンズ直径
[mm]
ミラーレスEOS M18-553.5-5.65.1-9.8
NEX-5T16-503.5-5.64.6-8.9
X-M116-503.5-5.64.6-8.9
GF614-423.5-5.64.0-7.5
E-PL614-423.5-5.64.0-7.5
J310-303.5-5.62.9-5.4
 高級コンデジRX10010.4-37.11.8-4.95.8-7.6
 〃X207.1-28.42.0-2.83.6-10
 〃LX74.7-17.71.4-2.33.4-7.7
 汎用コンデジZR10004.24-533.0-5.91.4-9.0

 上の表をグラフにしたものが、下図です。レンズ直径が大きいほど、ボケが大きくなります。
20130928z1.jpg
 レンズ直径が大きいのは、APS-Cのミラーレス(EOS、NEX、X-M1)です。これに匹敵するのが、高級コンデジのX20です。汎用コンデジのZR1000も、望遠側ではレンズ直径が大きくなります。これは、ズーム倍率が12.5倍と大きい(他は3~4倍)ことが効いています。最近の汎用コンデジは、ズーム倍率10倍はあたりまえのようです。望遠側での撮影を行えば、それなりにボケ味のある写真が撮影できるはずです(コンデジでボケのある写真を撮る方法は、→こちらの記事)。しかし、後に述べるように、レンズ直径10mmというのは、ボケを活かした撮影をするのには、十分ではありません。この2倍の20mm程度がないと、きれいなボケは得られないことに留意が必要です。
 ミラーレスでも、マイクロフォーサーズは、多少見劣りします。これは、撮像素子サイズがAPS-Cに比べて小さいため、同じ画角でも実焦点距離が小さいためです。このため、F値が同じでも、実焦点距離が小さいぶん、レンズ直径が小さいのです。
 そして、ニコンJ3は、ミラーレスとしては残念な結果です。キットレンズでは、高級コンデジに劣るレンズ直径です。交換レンズ必須と思われます。

 以上をまとめると、次の通りです。
・デジイチ+キットレンズのレンズ直径(ボケの大きさ)は、高級コンデジに劣る場合がある。
・キットレンズの直径は大きくても10mm程度であり、ボケを活かした撮影はあまり期待できない。

 キットレンズのレンズ直径も、高級コンデジに毛が生えた程度です。このレンズ直径は小さすぎて、ボケ味のある写真は撮影できないと考えたほうがよいです。もしも、ボケ味のある、主題が引き立つ写真を撮りたいのであれば、F値の小さい「明るいレンズ」を買うことが絶対に必要です。


★デジイチの性能を引き出す「単焦点レンズ」
 以上のように、キットレンズでは、コンデジに毛が生えた程度の「暗所特性」と「ボケ味」しか得られないことが確認できました。よって、交換レンズが必須です。
 では、どのような交換レンズを買うべきか。おそらく、「単焦点レンズ」が有力です。単焦点レンズの利点と欠点は、次のようだと思っています。
 ・利点:F値が小さい。価格が比較的安価(といっても3~5万円が中心)。
 ・欠点:ズームができない。
 私は、単焦点レンズを持っています。コンデジに慣れてしまったため、ズームができないのは、正直、かなり不便に感じます。しかし、小さいF値による暗所特性とボケ味の向上は、捨てがたいものがあります。このため、基本的に、単焦点レンズしか使っていません。

 私の所有するミラーレス「PEN mini, E-PM2」を例にとると、以下のようなレンズがあります。
形式光量指標
mm^2
レンズ直径
mm
価格
M.ZUIKO DIGITAL 12mm F2.0566.074,800
LUMIX G 14mm/F2.5 ASPH.365.635,800
M.ZUIKO DIGITAL 17mm F1.8699.446,800
M.ZUIKO DIGITAL 17mm F2.8296.021,800
M.ZUIKO DIGITAL 45mm F1.8692526,800
※価格はヨドバシドットコム。2013/9/下現在。

 PEN miniに各レンズを取り付けたときの「光量指標」は、下の通りです。高級コンデジと肩を並べるためには、F2.8以下は欲しいところです。なお、「キット」はキットレンズで、上表のオリンパスE-PL6のものと同じズームレンズです。
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 次に、レンズ直径の比較です。きわだって大きいレンズ直径なのが、焦点距離45mm、F値1.8の単焦点レンズです。レンズ直径25mmは、「ボケ味」を持つ写真を撮影するのに十分です。
20130928z3.jpg
 一方で、焦点距離の小さいレンズ(広角レンズ)は、F値が小さくても、レンズ直径はあまり大きくなりません。高級コンデジと同レベルです。しかし、広角レンズの主要な用途は風景撮りと思われますので、ボケは重要視されないような気がします。したがって、広角レンズの単焦点を使う利点は、主に暗所特性(夕暮れ、逆光での撮影など)にあると考えられます。逆に言うと、暗所での撮影を行わないのならば、キットレンズで十分かもしれません。レンズが明るすぎると、屋外の日中にシャッタースピードを下げられず、減光フィルタが必要になる場合があるというデメリットも考えられます。(例えば滝などの撮影で水の流れを表現するためには、ある程度遅いシャッタースピードにしないとなりません。)

 下の写真は、レンズ直径25mmの単焦点レンズ(f=45mm)と、レンズ直径7.5mmのキットレンズ(望遠端、f=42mm)での比較作例です。ボケの違いは、明白です。また、単焦点レンズはF値が約1/3のため、ISO感度を10倍低くできます。これは、画像のノイズ低減に役立つはずです。逆に同じISO感度であれば、シャッタースピードを短くできるので、動くもの(子供など)の撮影が容易になります。
a)キットレンズ;f=42mm(換算84mm)、F値5.6、シャッタースピード1/100、ISO2500
3922_6PM_f42F56S100I2500.jpg
b)単焦点レンズ;f=45mm(換算90mm)、F値1.8、シャッタースピード1/100、ISO250
3922_6PM_f45F18S100I250.jpg

 以上をまとめると、次の通りです。
・広角側(換算50mm以下)の単焦点レンズは、暗所特性が良好になるが、それほど大きなボケは期待できない。
・望遠側(換算50mm以上)の単焦点レンズは、良好な暗所特性に加えて、ボケ味のある写真を撮影しやすい。


★まとめ
 デジイチ+キットレンズと、コンデジとで、画質の比較検討をしました。その結果、
1)明るい場所(日中の屋外)での画像の精細さは、デジイチ≒汎用コンデジ。レンズを変えても差異は小さく、素人には分からないレベル。最近のコンデジは優秀です。
2)暗所特性(ノイズの少なさ)は、デジイチ+キットレンズ≒高級コンデジ。
3)ボケ味(ボカしやすさ)は、デジイチ+キットレンズ≒高級コンデジ。しかし、どちらもボケ味は期待できない。

 高級コンデジをしのぐ暗所特性と、デジイチらしいボケ味を得たいならば、単焦点レンズなどの「明るいレンズ(大口径レンズ)」が必須です。キットレンズだけではダメです。

 具体的には、次のようなレンズが必要です。
a)良好な「暗所特性」には、開放F値が2.8以下のレンズ(マイクロフォーサーズの場合)。
b)明瞭な「ボケ味」には、直径20mm程度のレンズ(撮像素子サイズによらない)。
 レンズ直径はカタログに記載されていませんが、実焦点距離(換算でない)÷F値で求められます。F値が2.0程度ならば、実焦点距離40mm程度が目安です。換算焦点距離は60mm(APS-C)~80mm(マイクロフォーサーズ)と、望遠気味になります。

 キットレンズだけでは、期待したほどの画質を得られず、たぶんがっかりすると思います(私はそうでした)。是非、交換レンズを含めた予算組みをするよう、お勧めします。レンズは付属品のくせに3~5万円くらいして、下手なカメラ本体よりも高価です。あらかじめ、交換レンズの価格を調べておくことが重要です。
 または、最近は単焦点レンズ付きのキットもあります(EOS Mのダブルレンズキットなど)。自分の用途に合う単焦点レンズが付属されたキットならば、これを選ぶのも良いかもしれません。


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ISO感度比較実験!ミラーレスとコンデジのノイズ
【今日の夕食】
 朝晩が涼しくなりました。今朝は少し冷たい風が吹き、半袖では寒いくらいでした。妻と娘(2歳7ヶ月)は母子分離の育児サークル、今日はお宅訪問の日だったそうです。(サークルの全員の家を、順繰りに回るとのことです。)
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★しらすご飯
 しらすがスーパーで安売り、山盛り500円だったそうです。

★4点盛りプレート
・おくら
・もやし
・枝豆
・れんこんきんぴら

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【今日のおじさん】ISO感度比較実験!ミラーレスとコンデジのノイズ
 先日、ミラーレス一眼を買いました。オリンパスの「PEN mini」、形式E-PM2です。いわゆる、「ミラーレス一眼(マイクロ一眼)」です。

 ミラーレスと、コンデジとの性能の違いが気になり、これまで、いろいろと試しています。
 ・私のおすすめ!~オリンパス、ミラーレス一眼の魅力 →こちら
 ・ミラーレス一眼「PEN mini」を買いました。  →こちら
 ・オリンパス45mm単焦点レンズのボケ味と作例   →こちら
 ・比較実験!ミラーレスはコンデジよりも高画質か?   →こちら
 ・比較実験!ミラーレスはコンデジよりボケ味がある?   →こちら

 今回は、ISO感度とノイズの関係を、実験でコンデジと比較します。


★撮像素子サイズが大きいほどノイズが小さくできる理由
 ミラーレス一眼は、一眼レフ同様、コンパクトカメラ(コンパクトデジタルカメラ、コンデジ)に比べて、大きな撮像素子(撮像センサー、CMOSセンサーやCCDセンサーなど)を積んでいます。このため、ノイズの少ない、精細な画像を得られます。また、ISO感度を高くしても、ノイズの発生が少ない傾向があるはずです。
 同じ被写体を同じ距離から写す場合を考えます。露出(F値とシャッタースピード)を固定値とすると、被写体から、レンズを通して撮像素子に入ってくる光のエネルギーの総量は、撮像素子の面積に比例します。撮像素子の出力は、撮像素子に入力する光エネルギーに比例します。よって、撮像素子サイズが大きいほど、撮像素子出力を増せます。
 撮像素子の出力信号は、そのままでは微弱です。このため、電気的に増幅する必要があります。増幅された信号は、AD回路でデジタル信号に変換され(いわゆる「RAWデータ」)、次いで画像処理エンジンなどで輝度データ(8bit=255段階×3色のビット情報)に変換されているはずです。この変換を、仮に線形変換とします。そうすると、おおむね次のような式が成り立っていると思われます。
 ・輝度データ[bit]=ゲイン[bit/V]×撮像素子出力[V]

 デジカメの場合は、ゲインは次のように分解されます。
 ・ゲイン[bit/V]=ISO感度×内部ゲイン[bit/V]

 撮像素子サイズが異なるカメラを用いても、同じISO感度の設定ならば、記録される画像の輝度は同じにならなければなりません。したがって、撮像素子出力が小さい(=撮像素子サイズが小さい)デジカメでは、内部ゲインを大きくする必要があります。元の出力信号にノイズが乗っていれば、ノイズも増幅されます。撮像素子サイズが小さい場合には、増幅率が大きいため、ノイズの影響が大きくなってしまいます(SN比が小さい)。反対に、撮像素子サイズが大きいデジカメでは、内部ゲインが小さいので、ノイズは増幅されず、きれいな信号を取り出せます。
 
 なお、画像のノイズについては、ミラーレス一眼の説明書[1]に、次のような記述がありました。
「長秒時の撮影では、画面にノイズが多く発生する場合があります。撮像素子の温度上昇や、撮像素子内部の駆動回路が熱源となり、本来撮像素子に光のあたっていない部分にも電流を発生させてしまうためです。この現象は、高温の環境でISO感度を上げたり、長秒時の露出で顕著に表れます。」
[1]オリンパス;デジタルカメラE-PM2 取扱説明書,VM651501,2012


★一眼レフとコンデジの撮像素子サイズの比較
 一眼レフ(ミラー付き、ミラーレス)に使われる撮像素子と、コンデジに使われる撮像素子のサイズを、下表に比較します。
カメラ種別撮像素子
サイズ
撮像素子
寸法 mm
撮像素子
面積 mm^2
比率
(1/2.3基準)
ミラー付き一眼フルサイズ36X2486430
 APS-C23.5X15.636713
ミラーレス一眼APS-C23.5X15.636713
4/3型17.3X13.02257.9
 1型(CX)13.2X8.81164.1
コンデジ(高級)1/1.7型7.6X5.7431.5
 コンデジ(汎用)1/2.3型6.2X4.6291.0
※APS-Cサイズの寸法はメーカーにより多少異なる。上の表はソニーの場合。

 ミラーレスのAPS-Cサイズであれば、コンデジ(1/2.3型)の約13倍、光を取り込めることが分かります。まさに、「ケタ違い」の差です。光エネルギの量が13倍になれば、内部ゲインは1/13で済みます。したがって、ノイズの大きさも、ケタ違いに違う(約1/13になる)と推察されます。(もちろん、ノイズの程度は撮像素子サイズだけでなく、撮像素子の変換効率や、画像処理エンジンの違いも大きく効くはずです。ここでは、あくまで「ざっくり」の話をしています。)


★ISO感度とノイズの関係を調べる実験
 信号の増幅率(ゲイン)=ISO感度×内部ゲインです。したがって、ISO感度を高くするほど、ノイズの大きさが大きくなると想像できます。以前に、コンデジの場合について、ISO感度とノイズの関係を調べました(→こちらの記事)。今回は、ミラーレス一眼を使って、同じ実験を行いました。
 実験装置を、下の写真に示します。
 ・デジカメ オリンパスPEN mini、E-PM2(撮像素子:4/3型、17.3X13.0mm)
 ・はんごう
20130927z12.jpg
 実験手順は、以下の通りです。
1)デジカメの設定はマニュアル。シャッタースピード1/80、絞りF4で固定。
2)セルフタイマー(12s)でシャッターを切る。
3)デジカメをはんごうの中に入れて、光を遮断する。
4)撮影完了を待つ。
20130927z11.jpg 
 ISO感度を変えながら、この手順を繰り返しました。ISO感度の範囲は次の通りです。
 ISO400,800,1600,3200,6400,12800,25600

 以前のコンデジ(1/2.3型)に比べて、今回のミラーレスの撮像素子面積は、約8倍です。したがって、同じISO感度ならば、ノイズは約1/8になると予想されます。実際にはどうか、結果が楽しみです。


★各条件でのノイズ比較
 結果です。まず、撮影画像を示します。すべて、ほとんど真っ暗な画像なので、代表例のみ示しました。クリックでオリジナルのサイズ(1920X1280ピクセル)に拡大します。

a)ISO400、F値4、シャッタースピード1/80
20130927_ISO400.jpg

b)ISO1600、F値4、シャッタースピード1/80
20130927_ISO1600.jpg

c)ISO12800、F値4、シャッタースピード1/80
20130927_ISO12800.jpg

d)ISO25600、F値4、シャッタースピード1/80
20130927_ISO25600.jpg

 ISO値25600は、顕著に赤や青のブツブツが見えます。このカメラはISO25600まで設定できるのですが、少々無理をしすぎに感じます。


★ノイズの定量的な評価
 定量的な評価のために、画像閲覧ソフト「Irfanview」で「ヒストグラム」を確認しました。結果を下図にまとめます。横軸が輝度、縦軸がそれぞれの輝度を持つピクセル数です。画像サイズは1920×1280=2457000画素です。
20130927z1.jpg
 真っ暗闇を撮影しているはずですが、ヒストグラムはゼロ以外にも分布を持っています。これは、ノイズが原因と推定されます。次のことが分かりました。これは、コンデジのときと同じ結果です。
・ISO感度が大ほど、輝度の最頻値が大きい。すなわち、ノイズの平均値が大きくなる。
・ISO感度が大ほど、輝度のバラツキが大きい。すなわち、ノイズの最大値が大きくなる。

 そして、ISO感度ごとの、ノイズのピーク輝度(最頻値)と、ノイズ最大値を調べました。ここでノイズ最大値は、最頻値から輝度が大きくなるほうに頻度を調べていって、最初に頻度<1000となるところの輝度としました。結果を下に示します。
20130927z2.jpg
 上のグラフから、次のことが確認できます。
・ISO感度大ほど、輝度のピーク、最大値とも大きくなる。すなわち、ノイズが大きい。
・ISO1600→3200では、ノイズがあまり増さない。

 このデジカメでは、ISO6400以上になると、ノイズが目立ってきます。実用上のISO感度は、3200くらいが限界かなあ、と思います。
 なお、ISO1600→3200でノイズが増さない理由として、高感度では、低感度と異なるノイズ低減アルゴリズムがとられているためと思われます。このカメラでは、「高感度ノイズ低減」という機能が設定できます。低減の度合いを選べるようになっており、今回の実験では「弱」を用いています(他に、強・標準・オフがある)。ソフト的に高度なノイズ低減処置を行うことで、高いISO感度でもノイズの目立ちにくい撮影ができるようになっているのでしょう。

 ちなみに、以前の記事で示した、コンデジでの結果は、下の通りです。こちらは、最大ISO3200までです。
20130927z3.jpg
 ミラーレスとコンデジの結果を比べると、ノイズが顕著に増すのが、コンデジでは800~1600程度から。ミラーレスでは6400程度から目立ってきます。ノイズが目立つISO感度の差は、4~8倍です。これは、撮像素子サイズの比率8倍と、おおむね一致しています。(カメラの最大設定感度も、8倍になっています。)


★まとめ
 ISO感度を変化させて、暗闇での撮影を行いました。この結果、ISO感度を上げるほどノイズが増すことを確認できました。

 また、結果をコンデジ(撮像素子1/2.3型)とミラーレス(マイクロフォーサーズ)で比較しました。この結果、
 ・コンデジではISO800~1600程度から、ノイズが目立つ。
 ・ミラーレスではISO6400程度から、ノイズが目立つ。
 すなわち、ノイズが目立ち始めるISO感度は、両者で約4~8倍違いました。この差は、撮像素子面積の差(約8倍)と、よく一致しました。

 以上のように、ノイズの大きさは、撮像素子面積にほぼ比例することを確認できました。実用できるISO感度の限界値も、撮像素子面積にほぼ比例します。


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今日は外食です。横浜駅、ヨドバシカメラ地下の鎌倉パスタ、牛肉すきやき風パスタです。ほどよい和風の味付けでした。
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