正方形×正方形

【寄稿】M9-Mのセンサーに関する推論

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若手エンジニアのosamuちゃんに、Leica M Monochromの
モノクロ専用センサー」について質問したら丁寧に解説してくれた。

ワタシの質問の趣旨は下記のとおり。
1)センサーが14bitから16bitになると階調が3倍になる理由は?
2)カラーフィルター除去によってもたらされる好影響とは?

以下、ご本人の承諾を得て転載します。(原文ママ)
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個人的推論ではありますが、結論から言いますと、今回のM9-M(※ブログ主注:Leica M Monochrom)の
センサのベース自体はM9と同じもので、カラーフィルターレスとし、周辺回路を変更しているものと思われます。
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■インターフェースのビット値について
「真っ白」を0、「真っ黒」をMaxとした場合に
M9の14ビットの表現出来る階調は、2の14乗=0〜16384(Max)
M9-Mの16ビットの表現出来る階調は、2の16乗=0〜65536(Max)
となりますので、これの単純比較で65536/16384=4倍の表現の幅を持つ事になります。
これはハードウェアの限界の値です、いくらデジタルだからといって額面通りに
4倍の階調を持つというのは難しいと思われ、まあ3倍前後と推測しました。
適当ですが、階調3倍の根拠はここから来ています。
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■カラーフィルター除去
先日記しました、イメージセンサーは通常1画素あたり「RGGB」と4つの素子を配置しています
(Gが2個あるのは緑が可視光の真ん中付近の波長で、人間の視覚でも緑は重いそうで2個使用しているというのが通説です)
カラーフィルターを通した光は、可視光の波長のうち1/3程度ずつ青、緑、赤と分けてそれぞれの素子が受けます、
4つの素子で受け取った光から算出して可視光を再現します、これがカラーでの処理です。
もともと素子というのは色の識別能力はありません、カラーフィルターを除去したセンサーはパンクロマチックの
モノクロフィルムと同じで可視光全域を感知します。

今回のモノクロ専用センサーは4個分の素子を使って、結果を平均化してデータとして使っていると思います、
これはちょっともったいない気もしますが、大元を既存のセンサーを使っているのでこうなると思われます
(逆に言うと、4つをそれぞれ1画素として使えば1800万画素×4=7200万画素のハイスペックモノクロデジカメが出来るんかもしれないんですがね)
4つもデータがあり、それを元にしているので、確度の高い値と見なすと、その後に増幅があるのですが、
16ビットに耐えるデータとなるのだと思います。
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(※以下ブログ主)
報道などでは「センサーが16bitに」とか「16ビットのモノクロセンサー」と書かれているが、
技術者的に表現すると「インターフェース(信号線)のビット値が16ビット」というのが正確らしい。

と、ここまで書いたら追加情報が届いた。3つ目の質問に対する回答だ。

3)M9のインタフェースは14bitとのことですがRAWで撮ったときの「14bit非圧縮」と同じ意味?
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そうですね。基本的にRAWはセンサーからの生データという位置づけです。
センサーからでた生データは画像エンジンによってjpegなどに変換されてメディアに記録されます。
もちろん非圧縮保存ですと処理をすっ飛ばしてしまいますが。
おおざっぱに言うと、センサー総画素の一個一個の色の深さ(これがビット数で変わってきます)を
バケツリレー方式で画像エンジンへ送って処理します。
素子で受け取ったデータはアナログデータです。これをアンプである程度増幅します(まだアナログデータです)
増幅後のデータを今度はコンバーターでデジタル信号へと変換します。
デジタル信号となったデータをセンサーから吸い出すインターフェースが14bitだの16bitだの違いが出てきます。
このインターフェース経由でセンサーから出ていくデータをRAWと呼ぶのが一般的です。
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質問はコチラへ。(笑)
by leica_m4m | 2012-05-15 21:24 | Leica M | Comments(10)
Commented by kawamutsukun at 2012-05-15 22:46
さすが!
Commented by osamu_the_wizard at 2012-05-16 00:01
あいや〜、匿名での情報ではなくなっているし!
イメージセンサーは専門では無いので根拠は無いです!
Commented by leica_m4m at 2012-05-16 07:08
kawamuさん 学研の科学マンガを読んだハラオチ感です。( ̄▽ ̄)
Commented by leica_m4m at 2012-05-16 07:17
osamuちゃん おはよう!
詳しく解説してくれてありがとう。
次のお題はカタログデータ上の優位が実際どのくらい効果があるか検証が必要ですね。(^^)
Commented by tasshi at 2012-05-16 09:37 x
すみません・・・
普通のデジカメで撮ったモノクロとは違った絵が撮れると
思ってよいのでしようか?
ところでこの妖怪ポスト
ありそうでない形ですよね。
Commented by leica_m4m at 2012-05-16 19:47
tasshiさん こんばんは。
いやー、実際見てみないとわかりませんし
ワタシが見てもわからない可能性が高いと思います。(笑)
モニターで表示できる階調
バライタ印画紙で再現できる階調
インクジェットプリンターで再現できる階調
でヒトの目で認識できる階調 
それぞれ限界がありますから
すでに無意味な領域へ突入しているようにも思います。
画像処理ソフトでいじりまくるにはメリットがあるのかもしれませんねー。

あ、よいところにお気づきで。
このポストはなかなかオシャレでした。^^
Commented by sa55z at 2012-05-16 21:36
とにかくさっぱり分からない内容でした。
難しいですね、デジタルは。
Commented by leica_m4m at 2012-05-17 06:53
sa55zさん おはようございます。
ワタシはハイスペックに踊らされて散財しないよう自戒しております。
f^_^;)
Commented by tasshi at 2012-05-17 10:14 x
ありがとうございます
私にはもう認識出来ない領域です・・・
でも、フィルムとデジタルのモノクロは
また、別モノのように感じます
どちらも好きなんですが。
Commented by leica_m4m at 2012-05-17 21:04
tasshiさん こんばんは。
フィルムで撮ってモノクロプリントの上手い人は
デジタルでプリンターを使っても上手いというのがワタシの印象です。
自分のプリントの基準があるってことかもしれないですねー。^^
デジタルはある意味何でもできるのでパソコン画面では区別は難しいです。