2018年10月19日

カメラ最強スマホ決定戦(1)

スマホはなにかと便利なので,ちょっとした撮影ならついカメラを持ち出さずにスマホで済ませてしまいがちです.そもそもスマホしか持ち合わせていないことも多いので,スマホのカメラにはこだわりたいところ.そのため私はこれまで,スマホとしては飛び抜けて高いカメラ性能を持つ,パナソニック DMC-CM1 を使ってきました.

この機種は実際にはメーカーからはスマホでなくデジカメの1種として売られており,そのため本体にも LUMIX というパナソニックのデジカメブランドが刻まれています.内蔵されているセンサはスマホや普通のコンパクトデジカメよりはずっと大きな1インチサイズで,2000万画素という画素数もソニーRX100シリーズなど高級コンパクトデジカメに用いられるものとほぼ同様のもの.それに 28mm 相当の F2.8 単焦点レンズが付いており,スマホで撮ったことによる残念感をほとんど味わうことなく過ごすことが出来る名機です.しかし約4年前に登場しただけあってさすがに古さは隠せず,普段使いをするのにスペック不足を感じるようになってきました.

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この4年間に「普通の」スマホのカメラも進化を続け,かなり高画質になってきました.そんなところに現れたのがこの HUAWEI P20 pro です.従来比べ圧倒的に大きな 1/1.7インチの4000万画素撮像素子にF1.8の大口径高性能レンズが組み合わせられており,さらにモノクロセンサ(カラーフィルタで光が遮られないため暗所に強い)にF1.6の大口径レンズが付いたカメラと,3倍の望遠レンズが付いたカメラを加えた合計3個のカメラモジュールの出力結果を画像処理で組み合わせ,高画質な画像を得ることが出来るというものです.デビュー当初はかなり高価なスマホでしたが,最近になって少しこなれてきたので買ってみました.SIMフリー化された国内版(ドコモ版)の新品が66,000円でした.

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奇しくも,DMC-CM1, P20 pro ともにライカブランドを冠しています.センササイズはCM1のほうがずっと大きいのですが,レンズの明るさがF2.8であるのに対し,P20 pro は1段以上明るい F1.8 ですので,レンズ口径はほぼ同等.カメラの分解能(方位分解能)や低照度時のノイズ特性(ショットノイズ)は,もしレンズの収差が十分に取り除かれていればレンズの口径で決まりますので,理論上,同程度の性能が実現可能です.さらに最近のセンサは裏面照射型のため光の利用効率が高く,画素数が多くてもデメリットがあまりないこと,サブカメラの情報を元にさらなる画質改善の余地があることなどから,4年間のデバイス技術の進歩も勘案すると P20 pro のほうが画質で上回る可能性も高く,今回比較してみることにしました.

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まずは明るい環境で遠景を撮影して解像度の比較を行います.その前に,画角の違いについて.上の写真は P20 pro での撮影結果で,赤枠は CM1 での撮影範囲を書き込んだものです.CM1 は28mm相当で縦横比が 2:3 ですが,それに対し P20 pro は 27mm 相当のレンズに縦横比 3:4 のセンサが組み合わせられています.計算では横の画角はほぼ同じになるはずですが,写真のように P20 pro のほうが少し画角が広いという結果になりました.

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P20 pro のほうが画素数が多いため,赤枠内の画像をクロップしてから CM1 と同じ画素数になるよう縮小します.そしてその画像から画質の違いがわかりやすい部分を選んで切り出し,並べたのが上の写真です.左が P20 pro, 右が CM1 ですが,一目瞭然で P20 pro のほうが解像感が高くなっています.CM1 はレンズ収差のため中央付近に比べ周辺で画像が甘くなりがちなのと,色収差のため明るい領域の縁に紫色の輪郭(パープルフリンジ)が現れることがあるのですが,それも P20 pro では見られません.なお CM1 には物理的な絞りがあり,それにより画質が変わりますが,今回は絞りを変えながら撮影したいくつかの画像から最も解像感が高い F4 のときの画像を用いました.EXIF からは,P20 pro が ISO50, F1.8, 1/2857秒.CM1 が ISO125, F4, 1/2500秒となっておりシャッター速度もほぼ同一です.

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HUAWEI P20 pro には3倍の望遠レンズ(80mm相当)も備わっています.普通のスマホではズームをしてもセンサは同じなので画質はどんどん落ちていきます(画像の真ん中を切り出しているだけです)が,P20 pro では高画質が期待できます.ただしこの望遠レンズ側のセンサはメインのセンサ(1/1.7インチ 40MP)とは異なり,800万画素(8MP)で,レンズのF値も F2.4 となっています.またそのため,40MPの画像を出力するモードではズームは出来ず,10MPで保存するモードを使う必要があります.上の写真は,27mm広角40MPでの撮影結果(左)と,80mm望遠8MP->10MP出力での撮影結果(右)の等倍切り出しです.画角は3倍違いますが,出力画素数の違いにより,見かけの大きさは1.5倍しか違いません.焦点距離の長さが画素数の減少を補い,より細かなディテールが確認できますが,思ったほどには違いはありません.メインのカメラの中央 1/9 を切り出しても画素数はまだ4.4MPもあるためです.しかし躊躇することなくズームを使えるのはこの機種の良さであり,iPhone X(2倍ズーム)でなく3倍ズームを搭載しているのはこのメインカメラの性能ゆえのことでしょう.

最後に,上で示した画像の元画像をダウンロードできるようにしておきます.
LUMIX DMC-CM1, F4 元画像(20MP)
HUAWEI P20 pro, F1.8 元画像(40MP), CM1と同一部分を切り出し縮小した画像(20MP), 3倍ズーム時(10MP)
タグ:P20 pro
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2018年01月08日

Light L16 実写の感触と,ひとまずのまとめ

2018.7.26追記 Light L16 が国内販売開始との報道がありますが,ヴェルテは過去,日本未導入ガジェットの輸入販売で多数のトラブルを起こしています.「松川 ゲッコー」等で検索され,適切に判断されるよう強くおすすめします.

参考
http://eps-r.hatenablog.com/entry/2017/11/16/welte
http://nozomi.2ch.sc/test/read.cgi/shop/1507605776


入手してから1週間でざっと試写,テストを行いました.ここでは実写結果を幾つか挙げつつ,ひとまずのまとめをしたいと思います.

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背景をぼかした例(80mmF5.6相当)

現在のところ,Light L16 のセールスポイントは,高解像度な写真を撮影できることと,撮影後に被写界深度を調整できることの2点だといえます.被写界深度の調整は前に紹介した LYTRO のカメラでも可能でしたが,出力される写真の解像度はかなり低く,SNS等への投稿には使えても,メインのカメラとしてはとても満足出来るものではありませんでした.それに対し,Light L16 では高い解像度のまま背景をぼかすことが出来ます.輪郭の形状が複雑な被写体や,髪の毛やロープのように細いもの,向こうが透けて見えるものではうまく動作しないことが多いのですが,乱雑な室内の写真等で背景を省略してSNSに投稿するような場合にはそこそこ使えるのではないかと思います(手作業で背景をぼかしたりしている人もいるぐらいですので).ソフトウェアに対する依存度が高いので,これからの発展に期待がかかります.

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高解像度な写真の撮影については,多くの人にとって過剰とも言える性能があるのではないかと思います.そもそもこんなに解像度の高い写真が必要なことはあまりないのですが,解像度の高さ(画素数の多さ)は余裕に繋がります.縦・横それぞれ半分の解像度に落としても1300万画素程度の画素数となりますが,そうすると画素ごとの画像のキレ(画素値の独立性)は大変高くなりますし,ノイズも軽減されます.この場合でもやはり,髪の毛や木々の枝の向こうに別の建物が写っている場合など,複雑な形状を持つ部分ではうまく合成ができない場合がありますが,元となる1300万画素の広角画像を破綻させるような処理は行われないので,一定の画質は確保されており,あまり不安なく使用できます.

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では,このカメラはずばり「お勧め」なのでしょうか?現状では万人に勧められるわけではありません.画像はPC上で処理するのが前提で,カメラ内部で生成される画像は低解像度の画像に限られ,このカメラを使うメリットがありません.画像ファイルは1カットあたり150MBほどあり,ディスク容量を圧迫する上,専用ソフトでの処理にもかなり長い時間(分単位)がかかります.得意な被写体とそうでないものとの画質差が大きい点や,高画質が得られる画角が限定されること(35mm, 75mm 時に最も高画質な画像が得られます),薄型ではありますが大柄で,思ったほど軽くないこと,などもあります.フルサイズ一眼レフやミラーレス一眼,1インチセンサを搭載した高級コンパクトデジタルカメラ等を一通り所有して使っているが,それらでは飽き足らない人に向いています.これらの「既存のカメラ」の穴を埋める(かもしれない)カメラという認識が現状としては正しいと思います.

海外では「DSLR(デジタル一眼レフ)キラー」などと誇張して報じられたこともあって,厳しいレビュー記事も多く見られます.従来の物差しで図るとまだまだ,よちよち歩きの赤ん坊だと思いますが,個人的には,このような変わったカメラがあることが嬉しく,また応援したいと思っています.

最後に,得意とするもの,不得意な条件,などについてまとめておきます.

【得意な条件】

  • 遠景の風景.カメラの配置による見え方の違い(視差)がなく,画像の合成がうまくいきます.明るい昼間だけでなく,天気の悪い日や夕暮れぐらいまでならISO感度が上がりにくく,画質の低下もありません.
  • 少し暗いところでの中望遠域での撮影.フルサイズ一眼レフ等では被写界深度が浅くなりすぎるケースがありますが,それに対してピントの深い写真が撮影しやすい.スマートフォン等では広角レンズでの撮影しかできないし,コンパクトデジタルカメラでは望遠にすると暗くなるものが多くなりやすい.それに対し,小型センサ用の明るい単焦点望遠レンズを備えたカメラは珍しく,意外な強みと言えます.


【不得意な条件】

  • 複雑な形状を持った物体.カメラの位置により見え方が違うため,広角画像に対し望遠画像がうまくマッチせず,解像度が低いまま出力されてしまう領域が発生します.近距離ほど顕著になります.
  • 非常に暗い場所での撮影.画像にノイズが乗ることにより広角画像と望遠画像の対応付けができなくなり,やはり解像度向上効果が得られなくなります.
  • 被写界深度を調整する際に,被写体に細長いものなどがあると,それが欠けたり,その近辺の背景が不自然にシャープになったりします.
  • 焦点距離(画角)は28-150mmの間で自由に設定できますが,もっとも画質がよいのは35mmと75mmの2箇所です.それより望遠寄りにしても周囲がクロップされるだけで解像度は上がりませんので,ズームする意味がほとんどありません(搭載されているレンズが全て,単焦点レンズなので,ある意味,当然の現象ですが).また28-35mm, 70-75mm の間では,画像の周囲部分を望遠レンズがカバーしないため,周辺部分に解像度が低い領域が現れます.中央の35mmないし75mmの画角内はシャープなので,35mm, 75mm までズームアップしなくても切り出せば同じことなのですが,拡大すると不自然に見えることがあります(縮小すると境界線は分からなくなります).1例としてこちらの写真(28mm相当)をご覧ください.


撮影例をこちらにまとめているので,よければご覧ください.
タグ:Light L16
posted by しんさく at 22:47| Comment(5) | TrackBack(0) | カメラ

Light L16 の暗所性能

2018.7.26追記 Light L16 が国内販売開始との報道がありますが,ヴェルテは過去,日本未導入ガジェットの輸入販売で多数のトラブルを起こしています.「松川 ゲッコー」等で検索され,適切に判断されるよう強くおすすめします.

参考
http://eps-r.hatenablog.com/entry/2017/11/16/welte
http://nozomi.2ch.sc/test/read.cgi/shop/1507605776


Light L16 は16個ものカメラを備え,高解像度の写真を撮影したり,背景を事後的にぼかしたり出来ます.しかし,個々のカメラモジュールにはスマートフォン用の画像センサを利用しており,フルサイズセンサに比べると面積は 1/50 ほどしかありません.それでは暗所性能(高感度画質)は低いのでしょうか.そこで,通常の家庭の締め切った屋内程度の明るさでテストしてみました.シャッター速度 1/60秒,絞りF2.8でISO500前後というそこそこの暗さです.Light L16 での撮影結果をまず示します.

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これぐらいの暗さなら,比較的スッキリした写真が撮影できます.

つぎに,比較対象となるカメラとして,解像度テストと同様にフルサイズセンサを搭載したカメラ2機種(Nikon D800E, Sony α7)に,ちょっと古いのですが明るさを優先して Nikkor AF 35-70mm F2.8D を装着して撮影しました.絞り値はF2.8開放,F5.6, F14 の3通りです.解像度の違うカメラ同士を画素等倍で比較すると不公平なので,すべての画像を幅6000画素にリサイズしてあります.また,すべての画像は特定の位置の画素値が同じになるように現像しており,また,後に述べますが,ノイズレベルが同等になるようにノイズ除去処理を施してあります.チャート中央部の拡大写真は以下の様なものです.

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絞り開放ではレンズ収差のため甘い像となっていますが,F5.6では非常にシャープとなっています.しかしF14まで絞ったものでは,ノイズ除去処理の影響もあり,また甘い像になっています.

次に,もっとも高感度画質が良いであろう,Nikon D800E, 絞りF2.8 の時の写真全体を示します.

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サムネイルを見ただけで分かる,L16 での撮影結果との違いが2点あります.1つは開放絞りのため,周辺減光が生じていること.もう1つは,被写界深度が浅いことです.Light L16 の絞りはF2またはF2.4 ですが,撮像素子が小さいため,被写界深度はF15相当になります.チャートよりも奥においた温度計の部分を切り出した写真は次のようになっています.

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一目瞭然で,計算通りF14程度に絞らないと Light L16 と同等の被写界深度にはなりません.しかしそうすると,必然的にカメラに入る光量が減少してしまいます.F2.8 のときに比べると,F14 だと 1/25 にも減少してしまうのです.それによって,同じシャッター速度を保つためには感度を上げざるを得なくなり,ノイズが増えていきます.

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この写真は引き伸ばし機のヘッドの一部の拡大です.ちりめん塗装の間に樹脂製の帯がありますが,この部分のノイズレベルができるだけ同等となるようにノイズ除去処理の強度を調整してあります.F2.8の例では,被写界深度の浅さにより少しぼけてしまっています.それに対し,F5.6 では被写界深度が深くなりちりめん塗装の模様がはっきりしてきます.しかし,F14 に絞った例では,非常に強力なノイズ除去処理を施す必要があるため,これによって上下のちりめん塗装の模様がノイズと誤認されてしまい,のっぺりとしたテクスチャになってしまいました(それでも,黒色の帯部分にはまだかなりノイズが残っています).それに対して Light L16 では塗装部分のテクスチャも残しつつ,帯の部分もきれいに撮影できています.

なぜスマートフォンのセンサなのに暗所性能が高いのでしょうか?実はそもそも,スマートフォン用センサの面積あたりの性能(量子効率,低ノイズ性等)は低くないのです.しかし全体の大きさが小さいために,同じ画角・同じF値のレンズでも口径が小さくなってしまい,レンズに入る光子の数が少なくなります.結果として,1つ1つの画素に入る光子の数も少なくなってしまうのです.ISO100 の撮像素子が適正露出で露光されている時,スマートフォン用撮像素子の一辺 1μm の画素にはたった400個程度しか光子が届きません.それに対し,フルサイズセンサの画素は一辺5μmほどあり,同じISO100でも光子の数が25倍,ノイズレベルは 1/5 となります.これがフルサイズセンサで撮影した画像の滑らかさを生み出しているわけですが,同時にレンズが大きくなることで,被写界深度が浅くなってしまいます.結局,被写界深度を確保しつつ感度を上げていくことには,光が粒子である以上,(普通のカメラでは)限界があるのです.

画像のノイズは主に,この光子数の少なさに起因するノイズ(ショットノイズ)と,センサの熱エネルギーが生じるノイズ(熱雑音)の2つです.ショットノイズは上記の通りレンズに入る光子数で決まってしまうので,口径の大きな,被写界深度の浅いカメラほど有利になります.しかし熱雑音は,センサが大きいほど不利になります.フルサイズセンサを搭載したカメラは(画素が大きくショットノイズに影響されにくいために)ISO感度を上げやすいメリットがありますが,1画素あたりの光子数が同じだと,熱雑音の影響が強くなります.-18度ぐらいに冷やすと非常に良くなりますが,常温では,同じ被写界深度を得るためにはかえって不利なのです.

Light L16 では多数のカメラを備えているために,同じ箇所を異なるカメラで同時に撮影することが出来ます.これを重ね合わせることでノイズを減少させることも出来ます.大口径レンズが多くの光子を捉えるのと同様のノイズ低減効果がありますが,1つのレンズで光を集めるのとは異なり,小さな領域ごとに位置合わせを行うことで被写界深度を浅くすることなくノイズ低減ができます.他には,複数の(被写界深度の浅い)レンズで,互いに異なった距離にピントを合わせ,それらを合成して元の画像よりも被写界深度が深い画像を生成する「フォーカススタック」という技術もあります.被写界深度の伸長は,ぼけ生成とは逆の技術ですが,これもまた「コンピュテーショナルフォトグラフィ技術」の1つの有望な用途だと言えるでしょう.
タグ:Light L16
posted by しんさく at 01:23| Comment(0) | TrackBack(0) | カメラ