イメージセンサーと写真の解像度の関係の謎

朱門です。タイトルに”謎”と入れてしまいましたが、今回はあっさり目な内容です（笑）おそらく知ってる人も多いと思いますが、例えば40MPのイメージセンサーって厳密に言うと実際はカラーでは40MP分の解像度が無いって話を説明しようと思ってます。恥ずかしながら自分は5-6年前まで正直良くわかっていなかったので、きっと知らない人もいるんじゃないかなと。
何故かあまりズバッと説明している文章を見かけないんですよね。それが謎です。

イメージセンサーのカラーフィルター

多くのデジタルのカメラに搭載されているイメージセンサーは光には反応しますが、そのままだと色は判別が出来ないので、フルカラーを実現するために表面にカラーフィルターが配置されています。このカラーフィルターの配置方式で最も有名なのがベイヤー配列と呼ばれるものです。

引用元：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%82%A4%E3%83%A4%E3%83%BC%E3%83%95%E3%82%A3%E3%83%AB%E3%82%BF%E3%83%BC

でも、このままだとイメージセンサー上の各ピクセルにはそれぞれR,G,Bのどれか一色しか情報が無いことになります。
この状態からどうやってRGBのカラー画像になるかを超簡単に説明すると、イメージセンサーの各ピクセルで3原色の内の1色のみを取り込んだ後、周辺の他のピクセルの値も使いRGBの値を補完していく演算処理を行うことで前画素のRGBの値を決めていきます。（デモザイク処理と呼ばれます。） 

ちなみにモノクロ専用モデルの場合はカラーフィルター自体が無いのででモザイク処理が不要です。

ベイヤー配列の解像度

ベイヤー配列の場合、RGBの比率が1:2:1となっています。人間の目は緑で輝度を感じやすいらしく、そのため緑の画素が一番多くなっているそうな。
そのため、イメージセンサーの実際の解像度（輝度の解像度）はGの画素数で考えることが出来ます。例えば、ベイヤー配列で40MPであれば、50%がGの画素なので実質20MPの解像度になります。(0.5MP)
でも実際はデモザイク処理が優秀であれば、もう少し解像度は高いようです。過去にも同じ問題に疑問を持った人たちが計測していたようですが、およそ0.58MPの解像度はあるとのこと。そのため、40MPのイメージセンサーの場合は23.2MPということになります。

等倍で見たときのゆるさ

Lightroom等のRAW現像ソフトで写真を等倍で見たときに、ピントは合ってるのになんだか緩いなぁ？って感じたことは無いですか？まあ、そんな解像度ばっかり気にしている人は多くないかもしれないですが。
自分は少し気になっちゃうんですよね。そのゆるさの原因の一つはこのデモザイクによる補完処理かもしれません。例えば幅6000pxある場合、約半分の3000pxは補完処理によって作られた画素だと考えると、そりゃゆるくもなるかな？って思います。

Lightroomではこのデモザイク処理自体を強化すべくAIでデモザイク処理する機能が搭載されました。「ディティールの強化」という機能です。これについてはこちらに詳しく書いてあります。

個人的にはCapture Oneのデモザイク処理のクオリティが高いと感じています。Lightroomと比較してノイズ感や解像感が優れている印象があります。
もちろん、各メーカー純正のRAW現像ソフトウェアも優秀だと思いますが、全てを試したことはないです。

画素合成機能

そんなベイヤー配列カラーフィルターの弱点を克服すべく、画素合成機能があるカメラもあります。様々な手法がありますが、基本的にはイメージセンサーを少しずつずらして撮影することで足りない色の情報を補完するというものが多いようです。
この合成機能によって、全画素がそれぞれRGBの情報を持つことになれば、例えば40MPのイメージセンサーは40MPの解像度になりますね。

その他のセンサーの場合

X-transセンサーはベイヤーセンサー原理は同じですが、ベイヤーとは異なる配列のカラーフィルターにすることで、デモザイクで発生する擬色が出にくい等のメリットがあるそうです。

Foveonセンサーはベイヤーセンサーとは全く異なるイメージセンサーです。各画素がRGB情報を持っているので、トップ層の解像度＝実際の解像度と言えそうです。

まとめ

〇〇MPなのに等倍にすると、なんだかシャッキリしないなぁ？なんて場合はデモザイク処理がいまいちなせいかもしれないので、他のRAW現像ツールを試して比較するのも一つの手かもしれません。
実際の解像度を知ることで、表示解像度やプリントサイズの限界を考える上での参考になれば幸いです。
それでは、また。

代表的な高解像度機の実際の解像度比較

参考までにベイヤー配列のイメージセンサーの解像度を0.58MPとした場合の比較表を貼っておきます。
（輝度の解像度です。色の解像度ではありませんのご注意。）