「より大きなピクセル」がより良い画像を作成する理由と方法


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これは、今日のiPhone 5Sの発表から外れています。PhilSchillerが「より大きなピクセル」がより良い写真の鍵だと言ったときです。

りんごは大きいほど良いと言う 他の部分も大きい

  1. これは何を意味するのでしょうか?
  2. それは本当ですか、それとも単なるマーケティング策略ですか?

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AppleがNokiaをフォローしていることを意味しますが、Nokiaの先を行っているように見えます。iPhone5のセンサー面積は15.5mm2、Lumia1020のセンサー面積は58.1mm2です。(ソース)iPhone5Sのこの新しいセンサーは何になりますか?
エサポーラスト

@EsaPaulastoの「15%大きいセンサー」と「1.5ミクロンピクセル」の両方に基づく手振り計算では、サイズが約4.9 mm x 3.6 mm = 17.6 mm ^ 2になります。
フィリップケンドール


回答:


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簡単な要約

はい、ピクセルが大きいほど性能は向上しますが、Appleはセンサーのサイズに重点を置いて良いことをしています。ただし、この場合、サイズの増加はごくわずかであるため、その差は無視できる程度であり、おそらくマーケティングから期待される改善レベルに達していません。

大きなピクセルとはどういう意味ですか?

これは、カメラのセンサー上のピクセルを表す光検出器のサイズを指します。

つまり、これらの光検出器に到達する光が多いほど、光レベルをより正確に測定できるため、ノイズが減少します。物事を単純化するために、通常、低照度または屋内の写真ではノイズが要因となります。

センサーでより大きな光検出器を使用するには、2つの方法があります。

  1. ピクセルを減らします。

  2. センサーを大きくします。

前者は解像度とのトレードオフであり、結果として正味の改善につながる場合とそうでない場合がありますが、後者は全体的な改善です。iPhone 5Sでは、後者を採用していますが、これは良いことです。

携帯電話やコンパクトカメラなどの小さなセンサーは、ピクセル数が少ないため、ピクセル数が同じであるため、ピクセルがデジタル一眼レフカメラやその他のプロ/プロカメラのピクセルよりもはるかに小さくなければならないため、最も苦しみます。

メガピクセルレース

より多くのピクセルをカメラセンサーに詰め込みたいという欲求は、解像度の低下をもたらし、携帯電話やコンパクトカメラの小さなセンサーの感度を傷つけ始めました-または改善を怠っていました。

残念ながら、メガピクセルカウントは非常に簡単にカメラを販売できるため、「より多くのピクセル=より良いカメラ」という考え方に基づいています。実際には、リターンを減らすことで、追加するピクセルが増えるほど、追加することの重要性が低くなり、多くのセンサー、特に携帯電話内の小さなセンサーでは十分な解像度を解決することさえできなくなります。とにかくメガピクセル数を正当化するために、使用されるレンズの特性とセンサーで生成できる最も鮮明な画像のために。

マイクロレンズやバックイルミネーションなどのセンサー技術の進歩は、より高度なノイズ低減アルゴリズムとともに、このような小さなセンサーのピクセル数の増加による感度の低下を補う方向に向かっていますが、十分ではありません。今日の携帯電話カメラは屋内や騒音が小さいので、光が集まる場所が少ないため、室内は依然として騒がしいです。

メガピクセル数がデジタルカメラに関連する主要なマーケティング統計であるにもかかわらず、誤解を招く可能性がある場合、感度や画質のその他の側面に基づいてカメラを販売することは非常に困難です。

では、なぜAppleはこのようにマーケティングしているのでしょうか?

知識のない大衆は、カメラが改良されれば、メガピクセル数が増えると期待しています。

しかし、Appleは携帯電話に「より良い」カメラをリリースしていますが、メガピクセル数は増加していません。

技術的には、これは画質の良いアイデアです。しかし、メガピクセル数が画質の主要な指標であると信じるように条件付けられているとき、なぜこれが理由であるかを人々に説明することは困難です。

この方法でのiPhone 5Sカメラのマーケティングは、次のことを目的としています。

  1. カメラセンサーのマーケティングをピクセル数から感度や品質のその他の側面にシフトします。

  2. 多くの人が今でも画質を決定すると考えているメガピクセル数が増えていないという事実から注意をそらす。

残念ながら、彼らはこの同じ革命を試みる最初のものではなく、最後ではありません。メガピクセルの神話は非常にしっかりと定着しています。

注:以下のコメントに答えて、「メガピクセルの神話」を、ピクセル数が画質を決定する主な要因であり、ピクセル数が多いほど良い品質であるという神話として定義します。ピクセル数に利点はありません。また、メガピクセル神話の問題に固有のことは、センサーサイズなどの重要な統計から注意をそらすことです。これは、携帯電話やコンパクトカメラではほとんど話題になりません。

それは本当ですか、それともマーケティング策略ですか?

技術的には正しいのですが、この場合、差はわずかであるため重要ではありません。

同じピクセル数を維持し、各ピクセルを大きくすると感度が向上するのは事実です。それがここで行われていることです。これにより、ノイズが低くなります(または、結果としてカメラがより高速な速度を使用できる場合、低照度でのモーションブラーが少なくなる可能性があります)。「大きいピクセル=より良い画像」という彼らの実際の主張は、これを単純化したものであり、屋外の昼光画像も改善されるかもしれないと人々を混乱させる可能性があります。しかし、低照度のシナリオでは、感度の向上が利点をもたらします。

しかし、彼らはそれらをあまり大きくしていません。だけ、それは取るに足らないほど小さい:センサーのサイズは6.6%の増加、感度の結果のゲインは小さなことになるだろう。遠近感を出すために、DSLRには、コンパクトカメラとほぼ同じ大きさのセンサーがあります。 その結果、複数のFストップの感度が大幅に向上します。6.6%の増加はごくわずかです。1つのFストップの約6分の1を表します。

したがって、それは一種のマーケティング策略でもあります。大きな利益を得るには、センサーのサイズをさらに大きくする必要があります。以前に彼らのマーケティングはメガピクセルの数に焦点をしたので、それはまた、マーケティングの策略だし、まだ彼らは今、彼らは市場の道を切り替えたので、彼らはメガピクセルの数が増加しないを選んだとまだ彼らはカメラを改善していることを誇りにできるようにしたいしています。


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他のすべてが等しい場合、それは物理学のためです。より多くの領域がより多くの光子を収集します。これにより感度が向上しない唯一のケースは、使用されているCMOSテクノロジーが大幅に後退した場合です。1960年代の光検出器の話ではありません。「技術の進歩...」から始まる私の段落も参照してください。
-thomasrutter

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1960のセンサーと比較し始めることは建設的ではありません... 1つのパラメーターについて議論するとき、「他のすべてが等しい」は常に与えられます。
マイケルニールセン

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メガピクセルの神話自体は神話です。ピクセルが大きいほど感度が高く、ピクセルあたりの品質が高くなりますが、ピクセルが小さいほど感度が高く、イメージあたりの品質が高くなります(他の条件はすべて同じです)。私は個々のピクセルではなく写真を印刷するので、もっとメガピクセルが必要です。
マットグラム

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@MattGrum-ただし、iPhoneの場合、唯一の違いはピクセルサイズであるため、携帯電話のIQが改善されるはずです。これが、FFセンサーが同じ世代の同じピクセル数のAPS-Cセンサーよりも一般的に優れている理由です。ただし、ニコンがD800で証明したように、現在の技術では、画質を犠牲にすることなくピクセル数を大幅に増やすことができます。人々はまだその概念に頭を悩ませています。
ジョンキャバン

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また、FFセンサーとAPS-Cセンサーのピクセル密度に関する議論は、とにかく携帯電話のサイズにうまく縮小できません。携帯電話では、センサーが非常に小さいため、適度な8メガピクセルでも必要なピクセル密度が物理的な制限に追いつきます:光学系の最小錯乱円、周囲の回路に対する光検出器の相対サイズなど。携帯電話サイズのセンサーで8メガピクセルが本当にプッシュしているのに対し、FFまたはAPS-Cでも24メガピクセルは非常にまばらです
-thomasrutter

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理論的には、大きなピクセルを少なくするよりも小さなピクセルを使用する方が優れています。

小さなピクセルはより少ないフォトンをキャプチャするため、出力はよりノイズが多くなりますが、より多くのサンプルを取得することにより、ノイズの平均を取り除いて、単純なリサンプリングにより、より少ないピクセルでセンサーの結果をシミュレートできます。

しかし、ピクセルを大きくした結果を単純に一致させるよりも、うまくやることができます。小さいピクセルが多いほど、より多くの情報がキャプチャされます。大きなピクセルを使用すると、たとえば5µm x 5µmの領域に落ちた光子の数を知ることができます。また、小さなピクセルは、同じ領域にいくつの光子が落ちたかを示しますが、左上の25µm x 25µm領域、右下の25µm x 25µm領域などに落ちた光子の数も明らかにできます。より高感度のピクセルを備えたカメラと同じ解像度でより詳細な画像。

実際には、物事が完全に等しくなることはありません。読み取りノイズが考慮される場合、4つの小さいピクセルからの値の読み取りは、読み取りノイズのペナルティを4回取ることを意味し、シャドウのノイズが大きくなり、DRが低下します。これは、読み取りノイズが非常に低い最新のSony Exmorセンサーでは問題になりませんが、キヤノンが2013年時点で22MP以上のボディを生産していない理由です。

ピクセルはフラットなエンティティではありません。通常、感光部は下部にあり、周囲の電子部品は上の層にあります。これにより、ピクセルが井戸のようになります。ピクセルを非常に小さくすると、感光領域の割合が低下し、ウェルの深さと幅の割合が大きくなり、光を受ける角度の数が減り、感度が低下します。

これは、携帯電話のカメラセンサーを使用する場所です。フィルフラクションと角度効率を大幅に犠牲にすることなくピクセル数を増やすことはできません。したがって、ピクセル数を減らしている消費者にアピールしようとします。最良の解決策はセンサーを大きくすることですが、それはより大きなレンズを必要とし、多くの電話を販売する超スリムなボディを許容しません。

また、大きなピクセルを少なくすることには不利な点もあります。サンプリング周波数が低下するとモアレが増加し、解像度の低下の問題を悪化させる強力なアンチエイリアスフィルターが必要になります。サンプリングレートを低くすると、デモザイキングエラーが増えます。

悲しいことに、「小さなピクセルが悪い」というマントラがフォーマットサイズ全体に適用されており、カメラメーカーはピクセル数を増やすことで品質を向上させることに消極的になっています。振ると、より良いレンズが必要です(これらの点のいずれかが真実ではありません)。


ニコンがD800を与えられた「従来の知恵」に完全に準拠しているとは知らない...または、AAフィルターを削除する傾向があり、従来の知恵が変化し始めていると主張することもできます。 。
ジョンキャバン

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これは、Appleが新しいiPhone 5でピクセル数を減らしたのではないかと思うようになります。しかし、私はそうは思わなかった。代わりに、より大きなセンサーを作成しませんでしたか?
エサパウラスト

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彼らは同じピクセル数を維持し、センサーサイズを(ただし、わずかに)1.4 µmピクセルサイズから1.5 µmピクセルサイズ(1 / 3.2 "センサーサイズから1/3"センサーサイズ)に増やしました。
thomasrutter

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ここでの主なアイデアは、センサーが大きいほど、より良い画像が得られることです(センサーが同じテクノロジーを使用している場合)。Appleが行ったことは、センサーのサイズを大きくすることであり、同じピクセル数を維持することにより、各ピクセルのS / N比が高くなり、より良い画像が得られます。


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できるだけ正確に入射する光をキャッチすることがすべてです。

それはかなり単純で、より大きな表面(ピクセルあたり)でより多くの光を捕らえ、最終結果でその光をより正確に表現できるようになります。

写真の方が良くなるのは事実ですが、ピクセルあたり15%だけでは目立ちません。マーケティングも同様です。NokiaはPureViewでも同様のことを行いました。41メガピクセルを5〜10メガピクセルにダウンサンプリングすると、ノイズレベルも劇的に減少します。ノキアのPureViewは、私に尋ねればこれに代わるでしょう。


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大きなピクセルを作成することには、主に2つの利点があります。

  1. 大きなピクセルはより多くの光を収集するため、センサーはより感度が高くなります。これは、暗い場所では低ISOで低ノイズで撮影できることを意味します。

  2. 大きな開口部(f / 2.2など)でセンサーがほとんど発生しないため、多くの光線がさまざまなピクセルとランダムに相互作用して画像がぼやけます。そして、これは解像度を下げます。

しかし、メガピクセルのよく知られている神話を暴く場合でも、センサーに関する「より良い」真実を一般化しています。もちろん、上記の説明は正しいですが、カメラの性能は他の多くの要因に依存します。前のレンズとセンサーの間の距離を短くして(iPhoneがしなければならない)より大きなセンサーで画像を投影するには、より多くのレンズが必要であり、これらのレンズのいずれかの品質が良くない場合、システムが最悪になります。したがって、「より大きなピクセル=より良い画像」は、法律というよりもスローガンです。

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