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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暗い部屋でもよく写るデジカメの選び方2013
【今日の夕食】
 しばらく比較的涼しい日が続きましたが、今日は久しぶりに暑い一日でした。体力を奪われる感じです。
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★米飯

★野菜炒め
 味噌とコチュジャンで味付けした、ピリ辛味です。夏らしい味です。

★4点もりプレート
・ひじき煮
・じゃがいも
・厚揚げ
・れんこんきんぴら、煮豆


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【今日のおじさん】暗い部屋でもよく写るデジカメの選び方2013
 4月に新しいデジタルカメラ(オリンパスTG-630、防水コンデジ)を買ってから、レンズやカメラに興味を持つようになりました。少し前から、レンズやカメラの実験を記事にしています。 (→一覧はこちら

 今回は、室内での撮影能力に注目した、デジカメの選び方を書きます。特に、デジカメの買い替えを検討するときに便利だと思われます。


★我が家のデジカメ「TG-630」の欠点
 我が家で所有するデジカメは、オリンパスの「TG-630」です。いわゆる「防水カメラ」で、レンズが伸び縮みしない構造が自慢です。娘(2歳6ヶ月)がゴリゴリといじったり、投げたりしても、ぜんぜん大丈夫です。安心感があって、たいへん気に入っているカメラです。
 20130430z1.jpg
 ただ、不満点がないわけではありません。レンズのF値(開放絞り)が3.9-5.9と暗いことです。このため、日が落ちた後の部屋の中では、あまり良い写真がとれません。すなわち、次の問題があります。
・オートで撮影すると、ISO感度が高くなりすぎて、ノイズが目立つ。
・ISO感度を下げると、シャッタースピードが遅すぎて、動く娘を撮れない。

 具体例を示します。夜間、我が家の部屋の中で、写真を撮りました。照明は、蛍光灯(白色)です。
s_I800.jpg
 ISO感度を変えて撮影したときの写真を、部分的に切り出した結果です(画像縮小なし、1:1表示)。
a)ISO400、F5.3、シャッタースピード1/15
aI0400.jpg
b)ISO800、F5.3、シャッタースピード1/30
aI0800.jpg
c)ISO1600、F5.3、シャッタースピード1/50
ai1600.jpg
 ISO1600では、ザラザラとしたノイズが目立つとともに、全体にノッペリとした「塗り絵画質」になっています。どこまで許容するかは、好みや用途によりますが、個人的には、ISO800の画質程度に抑えたいところです。(ISO感度が高いときのノイズの実例については、こちらの記事にも書きました。)

 そこで、ISO800にして、普段の娘を撮影してみました。
 ISO800、F4.6、シャッタースピード1/40
A_ISO800.jpg
 適正な画面の明るさ(露出)にするためには、シャッタースピード1/40が必要です。このシャッタースピードでは、娘がブレてしまいます。動く娘を撮るには、シャッタースピードを1/100以下にできないと厳しいようです。ISO感度を上げればシャッタースピードは短くなりますが、ノイズが増すのでできません。(なお、日中の屋外であれば、低いISO感度で短いシャッタースピードにできるので、まったく不便を感じていません。)

 以上のように、「我が家の部屋の中で、動く娘をまともに撮りたい」というのが、私の願望です。

 この願望を満たすためには、現在のカメラではダメです。では、どのように新しいカメラを選べば、娘をうまく撮影できるのか、考えてみます。


★画像の明るさとノイズの検討
 以前の記事(→こちら)で示した通り、デジタルカメラに記録される画像の明るさ、すなわち輝度p(ビット)は、次式1で表せます。
20130830s01.jpg<式1>
 ここで、
 ・Q0:被写体の放出する光エネルギー[W](被写体で決まる)
 ・d1:被写体のサイズ(直径)[mm](被写体で決まる)
 ・K1:光量から電圧への変換係数(カメラで決まる)
 ・K2:電圧から輝度への変換係数(カメラで決まる)
 ・M:撮像素子サイズ(幅)[mm](カメラで決まる)
 ・n:撮像素子の画素並び数(幅方向)[個](カメラで決まる)
 ・F :F値(絞り値)
 ・KISO:ISO感度(400,800など)
 ・ts :シャッタースピード[s]
 また、画像の輝度に乗るノイズΔpは、次式2です(詳しくは→こちら)。ノイズには色々ありますが、ここでは、撮像素子(撮像センサー、CMOSやCCDなど)が受ける光量が、内部回路で電圧に変換までに受けるノイズを考えています。
20130830s02.jpg<式2>
 ここで、Δ1:光量から電圧までの変換の際に受けるノイズ[J]

 新しいカメラのスペックを、記号’(ダッシュ)を付けて示します。撮像素子サイズM’[mm]、画素並び数n’、変換係数K1'、K2'です。カメラを変えても、同じ露出設定(絞り、ISO感度、シャッタースピード)では、同じ明るさの画像が記録されるはずなので、次式3が成り立ちます。
20130830s03.jpg<式3>
 これを整理すると、次式4になります。
20130830s04.jpg<式4>

 次に、新しいカメラで、新しい露出で撮影することを考えます。すなわち、ISO感度KISO'、シャッタースピードts'[s]に設定します。シャッタースピードts'=1/100[s]でノイズの小さい写真を撮影するのが、今回の目的です。新しい露出で、現在のカメラと同じ明るさの画像を得るためには、次式5が成り立つ必要があります。
20130830s05.jpg<式5>
 式5を整理して、次式6を得ます。
20130830s06.jpg<式6>
 式4と式6から、次式7が得られます。
20130830s07.jpg<式7>

 次に、ノイズについて考えます。新しいカメラ、新しい撮影条件でのノイズΔp’は、次式8となります。
20130830s08.jpg<式8>
 新しいカメラで、ノイズを現在のカメラ以下に抑えなければなりません。すなわち、Δp’≦Δpが必要です。この条件は、式2と式8から、次式9となります。
20130830s09.jpg<式9>
 式9から、次式10が得られます。
20130830s10.jpg<式10>
 式4,7,10をあわせると、次式11を得ます。
20130830s11.jpg<式11>
 式11を書き換えて、次式12になります。これが、新しいカメラのF値(F’)が満たすべき条件です。
20130830s12.jpg<式12>
 最近のカメラでは、撮像素子の有効画素数は1200万画素前後で、高級機でも廉価機でも大差ありません。そこで、撮像素子の並び数n=n’とします。すると、式12は、次式13のように簡単になります。
20130830s13.jpg<式13>
 式13を満たすような新しいカメラを選べば、「我が家の部屋の中で、動く娘をまともに撮りたい」という要望を満たすことができるはずです。


★新しいカメラの必要スペック
 式13において、ts’とtsは、それぞれ新しいカメラと現有カメラのシャッタースピード[s]です。また、Fは、現有カメラでのF値です。これらは、次のように決まります。
 ・F :現有カメラでの所定条件(場所、被写体)でのF値(オート設定値)。
     F値はズームによっても変わります。撮影テストでは、F=4.6でした。
 ・ts:現有カメラでの所定条件(場所、被写体)での必要シャッタースピード(オート設定値)。
     ノイズが目立たないギリギリまでISO値を上げて撮影します。私のカメラではISO800。
     私のカメラで、私の部屋でF4.6で撮影したところ、1/40[s]でした。
 ・ts’:新しいカメラで希望するシャッタースピード。
     私の要望は、1/100[s]です。動く娘をブレずに撮るためです。
 上の値を使うと、√(ts'/ts)=0.63 となります。

 そして、式13を使って新しいカメラを選ぶ場合、決めるべきスペックは、次の2つです。
 ・F’:開放F値(ズーム全域に渡り)
 ・M’:撮像素子サイズ(幅)[mm]

 F値は、カメラによって相当幅広く変わります。一方、撮像素子サイズは、カメラによって異なるものの、市場では何種類かに限定されています。そこで、まず撮像素子サイズを決めて、次にその撮像素子での必要F値を決める、という手順をとると、新しいカメラを選びやすいです。
 撮像素子のサイズには、おおむね、次の種類があります。
 ・M'= 6.2mm:1/2.3型 …一般的なコンデジ
 ・M'= 7.6mm:1/1.7型 …一般的な高級コンデジ、廉価デジイチ(Pentax Q7)
 ・M'= 8.8mm:2/3型  …一部の高級コンデジ(フジフイルム X20ほか)
 ・M'=13.2mm:1型   …一部の高級コンデジ(SONY RX-100)、廉価デジイチ(Nikon CXフォーマット)
 ・M'=17.3mm:マイクロフォーサーズ …デジイチ、主にミラーレス(Panasonic、OLYMPUSほか)
 ・M'=19.4mm:1.5型    …一部の高級コンデジ(CANON G1X)
 ・M'=23.5mm:APS-Cサイズ …一般デジイチ(CANON、Nikon、SONYほか)
 ・M'=36.0mm:フルサイズ  …高級デジイチ

 それぞれの撮像素子サイズで、式13を満たすF’は、次のように計算されます。ここで、√(ts'/ts)=0.63、現有カメラのF=4.6で計算しています。
 ・M'= 6.2mm:F≦2.8
 ・M'= 7.6mm:F≦3.5
 ・M'= 8.8mm:F≦4.0
 ・M'=13.2mm:F≦6.0
 ・M'=17.3mm:F≦7.9
 ・M'=19.4mm:F≦8.8
 ・M'=23.5mm:F≦10.7
 ・M'=36.0mm:F≦16.4
 ここで、注意が必要なのは、上のF値は、「ズームの全域で」満たす必要があることです。室内で子供を撮るためには、広角域ではダメで、どうしてもズームが必要です。カタログではF値の小さい側、すなわち広角側でのF値を大々的にアピールする傾向があるので、注意しなければなりません。

 上の条件を見ると、小型デジイチ(Pentax Q)を除くデジイチ(M≧13.2)であれば、F値≦6.0が条件です。したがって、デジタル一眼であれば、上の条件を満たすことは、それほど難しくなさそうです。そこで、以下では、コンデジ(コンパクトカメラ)で条件を満たす製品を、検討することにします。


★要望を満たすカメラを選ぶ
 上の条件を満たすコンパクトカメラを、ピックアップしました。ここで調査対象としたのは、以前のデジカメの画質ランキング調査(→こちらの記事)で調査したカメラ、91機種です。上のF値の条件に加えて、次の選定条件を追加しました。
 ・発売が2011年以前のカメラは除外する。
 ・ズームなし(単焦点レンズ)のカメラを除外する(単焦点コンデジのダメさは→こちら)。

 91機種中、条件を満たすのは次の8機種でした。いずれも、いわゆる「高級コンデジ」の部類です。価格帯は4~5万円が中心です。
メーカー機種
撮像素子
開放F値余裕度価格
オリンパスXZ-101/2.3型1.8-2.71.026800
パナソニックFZ2001/2.3型2.8-2.81.042600
パナソニックLX71/1.7型1.4-2.31.536800
オリンパスXZ-21/1.7型1.8-2.51.443600
キャノンG151/1.7型1.8-2.81.341000
フジフィルムX202/3型2.0-2.81.455400
ソニーRX100
RX100M2
1型1.8-4.91.254600
74100
キャノンG1X1.5型2.8-5.81.553100
※価格はヨドバシドットコム。2013/8/30現在。
 表中の「余裕度」は、上で検討したF値の制限値÷望遠側の開放F値で算出しました。余裕度が大きいほど、F値に余裕があります。余裕度=1だと、今回の希望条件での撮影がギリギリ可能、ということを示します。安全を見ると、余裕度が大きいほうが望ましいです。余裕度が1.4あれば、同じ暗さの室内でもISO感度を一段下げられるので、よりノイズを低減できます。
 個人的なオススメは、価格と明るいF値から、パナソニックのLX7あたりでしょうか。ソニーRX100やキャノンG1Xは大型センサー(1型、1.5型の撮像素子)がウリですが、この価格(RX-100:高い)やサイズ(G1X:大きい)になると、ミラーレス一眼のほうが魅力的に感じます。






★まとめ:暗い部屋でもよく写るコンデジの選び方
 「我が家の部屋の中で、動く娘をまともに撮りたい」という要望を満たせるカメラを探しました。
 私の要望を満たすカメラは、次の2種類でした。
 ・デジタル一眼(CXフォーマット、マイクロフォーサーズ、APS-C、フルサイズ)
 ・高級コンパクトカメラ(価格帯の中心:4~5万円)

 なお、「ISO感度の高さ」だけでは、暗い部屋での撮影能力は判断できません。私のカメラTG-630はISO6400まで選べますが、実際は高ISOではノイズがひどくなり、実質ISO800~1600が限界です。きちんとスペックを見て、失敗しないように選びましょう。


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