DxOMarkが測定するRAW実効感度の話

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DxOMarkによるISO感度についての説明(抄訳)

原文はこちら。DxOMark measurements for lenses and camera sensors

 

ISO感度とは何か

ISO感度とは、センサーが、ある光量に対して、定められた値を出力するための性能のことです。撮影者はISO感度情報を用いて、「名目上の」露光条件を決定します。デジタルカメラのセンサーの実際のISO感度が、設定されたISO感度より低い場合、画像は露光不足になります。また、実際の感度が設定された感度より高い場合、露光過多になります。

話をわかりやすくするために、デジタルカメラのISO感度を、フィルムカメラのISO感度と似たようなものであるとして考えます。一定の光量で同じ結果を得るためには、ISO感度を低くする場合には、露光時間を長くしなければなりません。超高感度のフィルムは、粒状性が悪いことが知られています。デジタルカメラでも、高感度では同様です。ゲインが上がると同時にノイズも増幅されるからです。

高感度の神話

カメラの販売業者は、一般に、カメラの高感度撮影機能について強調しますが、高感度の画質は良くないと言わざるを得ません。真面目なフォトグラファーならば、基本的には、最低感度を使い、露出はシャッター速度で調整した方が良い、ということを知っているでしょう。シャッター速度の制約がある場合(フォトジャーナリズムや、暗所、スポーツ撮影など)にのみ、感度を上げるべきです。(通常は、被写体ぶれを抑える目的です。)

フィルム写真では、ISO感度を変更するためには、フィルムを交換する必要がありました。(これは非常に面倒な作業でした。)デジタルカメラの固有の感度は、センサーのシリコンの構造で決まっており、これは変更できません。しかし、ISO感度は、信号を増幅することにより、任意の値に高めることが可能です。その(信号の増幅による感度の上昇の)代償は、感度の上昇に見合ったノイズの増加、つまり、ある出力でのSNRの低下です。(「ノイズ特性の本質」を参照)ただし、ここには、一つ秘訣があります。量子化での影響を避けるために、デジタル変換される前の段階で、信号は既に増幅されているのです。

つまり、たとえば、あるカメラがISO10000まで使えたとしても、その画質は保証されない、ということです。その画質を知るためには、そのISO感度でのノイズレベルを知る必要があります。

定義

ISO感度とは、デジタルカメラが、ある特定の信号を出力する時の、焦点面における露光量から計算される数値です。

ISO12232では、ISO感度を測定するために、二種類の方法を定めています。一つ目はカメラのセンサーの飽和露光量を用いる方法、二つ目は、ほとんど用いられることはないのですが、二つの異なるSNRを得るための露光量を用いる方法です。
よく使われる方の、飽和露光量を用いる方法について以下に説明します。

(定義式なので割愛。原文を参照のこと。)

ISO感度は、次の式で定義されます。

ISO感度(Ssat)=110×(f値)^2/Lsat×露光時間

Lsat=センサーを飽和させるのに必要な光量(cd/m2)

(訳者補足:DxOなどによる)カメラセンサーのテストが示すとおり、カメラメーカーによるISO値の設定は、RAWでのMeasured ISOと、大きく異なることがあります。
この差は、カメラの設計上の一つの選択肢として採用されたものです。特に、白とびからのディテールの回復を可能にするために、高輝度域の飽和を防ぐヘッドルームを確保することを目的としています。