P20 Proの4000万画素カメラ

カメラの画素数比較

P20 Proのカメラと一眼レフカメラを比較してみました。

Huawei P20 Proのカメラの画素数4000万は、高級一眼レフカメラ並みの画素数です。


解像度 Huawei P20 Proのメラの画素数4000万は、スマホのカメラとしてはは断トツの数値です。(右上)。

2300万画素以上の一眼レフの世界ですが、その中でも上位に入ります。おそらく、トップ5に入れる解像度です。

4000万画素未満の一眼レフカメラも多数あります。

センサーサイズの限界

image sensor format
イメージセンサーのサイズ

Huawei P20 Proのカメラのセンサーは、1/1.7型です。

高級1眼レフで採用されているフルサイズのセンサーの20分の1程度の面積しかありませんが、 スマホとしてはトップの大きさです。 

  • フルサイズ Canon EOS 5DsR
  • フルサイズ Nikon D850
  • フルサイズ SONY α99 Ⅱ
  • フルサイズ Nikon D810A 
  • フルサイズ Canon EOS 5D MarkIV
  • フルサイズ Nikon D750
  • フルサイズ Canon EOS-1D X Mark III
  • 1/1.7型  Huwaei P20 Pro 
  • 1/2.3型 Xperia XZ2 Premium

P20 Proの光学的限界

光学的な解像度(エアリーディスク)は1.0から1.5ミクロン

P20 Proの4000万画素のセンサー前にあるレンズは、F1.8なので、光学的な解像度限界(エアリーディスク)は波長700nmの赤で1.54μm。波長470nmの青い光で、1.0μmです。

赤はF1.4までレンズを明るくしても、1.2μmが解像度限界ですので、1.0μmの素子より粗い解像度です。

素子は1μm

P20 Proのメインカメラの4000万画素RGBセンサーは、1/1.7型センサーなので、サイズは 7.5×5.6mmで、1つの受光素子の大きさは約1μmになります。

これは、P20 Proのエアリーディスクサイズをやや下回ってしまっており、光学的な解像度限界より小さな受光素子を並べたセンサーを使っていることになります。

一眼レフの画素ピッチには余裕あり

一眼レフのイメージセンサーの画素ピッチは、、5060万画素のCanon EOS 5DsR で4.14μm、2020万画素のCanon EOS-1D X Mark IIIで6.8μmあります。

 F値の大きいレンズに交換したり、絞ってF値を上げたりした撮影でも余裕のあるピッチです。

4000万画素がスマホの限界

ISP(イメージ処理プロセッサ)やAI処理で補正したりしているのでしょうが、1/1.7型センサーで4000万画素はほぼ限界です。

F値を上げてレンズを明るくすれば、広角レンズになります。P20 Pro は35㎜換算で27㎜と広角レンズです。これ以上広角にするとポートレートなどには向かない汎用性の低いレンズになってしまいます。

大きなイメージセンサーをスマホに載せるのも難しいでしょうから、きくすることも光学的には何がしたいの?ということになりますが、P20 Pro はマルチカメラ搭載のスマホです。

一眼レフのセンサーと同等なサイズのセンサーをスマホに搭載できそうもないので、画素ピッチ1μmで4000万画素といった水準がスマホの限界だろうと思われます。

各社のスマホも2500万画素手前で限界に

下のフラフは各社のスマホカメラの画素数を、発売年毎にならべたグラフです。sumarphone-camera-pixels.png

SONYは2300万画素まで高画素化しましたが、昨年から画素数は2000万に抑えています

ASUSも画素数の向上をやめています。

2500万画素手前で限界に達しているようです。

P20 Pro もデフォルトは1000万画素

P20 Proも、初期設定の解像度(有効記録画素数)は4,000万画素ではなく、1,000万画素になっています。 

10MPだと、Quad Bayer 構造のCMOSから2 × 2の4画素出力を1画素分として処理します。

実質1000万画素です。

4,000万画素で撮影すると、画素間のコントラストが低下して輪郭やディテールがふわっとしてきます。ナチュラルで優しい画質とも言えますが、画素数向上が解像度向上につながっていません。

多素子をHDRに活用する例も

Quad Bayer 構造を持つSONYのイメージセンサーの場合、通常は4画素の出力を合計して1画素にしていますが、HDRモード時はQuad配列の中の2画素ごとに長時間蓄積と短時間蓄積に分けて蓄積をした2画像でHDR処理しています。

短時間蓄積と長時間蓄積に時間差がないため、同じ素子で2回露光するHDRより、動きのある被写体に強くなります。 

画素数の上昇が、解像度向上ではなく、低照度性能向上に貢献しています。

ISO感度はスマホ

Huawei P20 ProのメラのISO感度は一眼レフと比べても断トツです。

  • ISO感度102400 P20 Pro
  • ISO感度  51200 Xperia XZ2 Premium
  • ISO感度  25600 Canon EOS5D Mark III
  • ISO感度  12800 Canon EOS 5DsR ISO

スマホのISO感度が一眼レフを上回っています。

スマホでは輝度情報専用のモノクロセンサーが活躍

P20 Pro も Xperia XZ2 Premium もモノクロセンサーとカラーセンサーを搭載し併用しています。

望遠寄りのカメラと標準カメラを切り替えて使用するiPhone X や iPhone 8 のようなデュアルカメラではなく、輝度情報専用のモノクロセンサーを、通常のカラーセンサーと併用しています。

輝度情報専用のモノクロセンサーからの情報が、ISO感度向上に大きく貢献しているようです。

輝度専用センサーの無いXperia XZ   Premium のISO感度は12800、
輝度専用センサー搭載のXperia XZ2 Premium のISO感度は51200

輝度センサーの効果だけではないかもしれませんが、感度が4倍に向上しています。

大きな輝度情報専用レンズを1セット追加搭載して感度を向上するのは、レンズを交換する一眼レフでは採用しにくいアプローチです。

大きな素子で受光量を増やした例

単眼でISO感度向上した製品には、ISO感度400万のCANONのME20F-SHがあります。

ISO感度400万の桁違いの高感度は、受光量を増やすことで実現しています。

ME20F-SHの受光素子は一辺19μmあり、P20 Pro の19倍ほど大きさです。

スマホ筐体サイズの制約を、マルチカメラ化で乗り越えようとしつつあるようです。

一眼レフはセンサーの大型化により性能向上を目指しているようです。

スマホと一眼レフが違う道を歩み始めたようです。

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