晴歩雨描

晴れた日は外に出て歩き、雨の日は部屋で絵を描く

スマホカメラの焦点距離、センサーサイズ、画素数比較。Xiaomi Mi 11 Ultra、Galaxy S21 Ultra 5G、Xperia 1 III、Oppo Find X3 Pro、Honor Magic3 Pro+、Xiaomi Mix 4。

以前、スマホカメラのセンサーサイズ比較の記事を書いた。

最近の主なスマホカメラの焦点距離、センサーサイズ、画素数を調べてみた。

センサーサイズの大型化は進んでいる。「Xiaomi Mi11 Ultra / Pro」は、1/1.12インチの大判イメージセンサーを搭載。望遠と超広角も1/2インチと大型。

f:id:art2nd:20210421094340j:plain

ソニースマートフォン用の1インチカメラセンサーIMX800」を4月に発表した。

素数に関しても高画素化が進んでいる。「Xiaomi Mi 11 Ultra」は、メイン、超広角、望遠すべてが48MP以上。「Samsung Galaxy S21 Ultra 5G」は、メインが108MP。一方、Sonyは「Xperia 1 III」はメイン、超広角、望遠すべてが12MPと低画素に抑えている。1画素のサイズが1.8μmと大きい。

焦点距離は、Xiaomi、SamsungSony等のハイスペックモデルでは、メインカメラは24mmが主流になりつつある。

超広角はどのメーカーも16mm以下。「Xiaomi Mi 11 Ultra」では12mmになっている。

望遠は、「XiaomiMi 11 Ultra」は光学5倍で120mm。「Samsung Galaxy S21 Ultra 5G」は光学3倍70mmと光学10倍の240mmの2つのレンズ。「Xiaomi Mi 11 Ultra」と「Samsung Galaxy S21 Ultra 5G」は、望遠がペリスコープカメラ。「Sony Xperia 1 III / Sony Xperia 5 III」は、70mmと105mmの2段階に可変するレンズ。

F値は、「Sony Xperia 1 III / Sony Xperia 5 III」のメインカメラがF1.7で明るい。「Xiaomi Mi 11 Ultra」のメインカメラがF2.0でやや暗い。望遠もF4.1で他機種に比べて暗い。「Samsung Galaxy S21 Ultra 5G」の240mm望遠もF4.0と暗い。ペリスコープカメラは高倍率だがF値は暗くなりがち。

【後日追記】比較表に「Honor Magic3 Pro+」、「Xiaomi Mix 4」を追加。

データは、GSMArena.comによる。

機種 メイン 望遠 超広角 インカメラ
Xiaomi
Mi 11 Ultra
50 MP
f/2.0
24mm (wide)
1/1.12"
1.4μm
Dual Pixel PDAF
Laser AF
OIS
48 MP
f/4.1
120mm (periscope telephoto)
1/2.0"
0.8μm
PDAF
OIS
5x optical zoom
48 MP
f/2.2
12mm
128° (ultrawide)
1/2.0"
0.8μm
PDAF
20 MP
f/2.2
27mm (wide)
1/3.4"
0.8μm
Samsung
Galaxy S21 Ultra 5G
108 MP
f/1.8
24mm (wide)
1/1.33"
0.8μm
PDAF
Laser AF
OIS
10 MP
f/2.4
70mm (telephoto)
1/3.24"
1.22μm
dual pixel PDAF
OIS
3x optical zoom
10 MP
f/4.9
240mm (periscope telephoto)
1/3.24"
1.22μm
dual pixel PDAF
OIS
10x optical zoom
12 MP
f/2.2
13mm (ultrawide)
1/2.55"
1.4μm
dual pixel PDAF
Super Steady video
40 MP
f/2.2
26mm (wide)
1/2.8"
0.7μm
PDAF
Samsung
Galaxy S21+ 5G
12 MP
f/1.8
26mm (wide)
1/1.76"
1.8μm
Dual Pixel PDAF
OIS
64 MP
f/2.0
29mm (telephoto)
1/1.72"
0.8μm
PDAF
OIS
1.1x optical zoom
3x hybrid zoom
12 MP
f/2.2
13mm
120° (ultrawide)
1/2.55"
1.4μm
Super Steady video
10 MP
f/2.2
26mm (wide)
1/3.24"
1.22μm
Dual Pixel PDAF
OnePlus
9 Pro
48 MP
f/1.8
23mm (wide)
1/1.43"
1.12μm
omnidirectional PDAF
Laser AF
OIS
8 MP
f/2.4
77mm (telephoto)
1.0μm
PDAF
OIS
3.3x optical zoom
50 MP
f/2.2
14mm (ultrawide)
1/1.56"
1.0μm
16 MP
f/2.4
(wide)
1/3.06"
1.0μm
Oppo
Find X3 Pro
50 MP
f/1.8
26mm (wide)
1/1.56"
1.0μm
omnidirectional PDAF
OIS
13 MP
f/2.4
52mm (telephoto)
2x optical zoom
PDAF
3 MP
f/3.0
microscope
ring flash
60x magnification
50 MP
f/2.2
16mm
110° (ultrawide)
1/1.56"
1.0μm
omnidirectional PDAF
32 MP
f/2.4
26mm (wide)
1/2.8"
0.8μm
Sony
Xperia 1 III
Sony
Xperia 5 III
12 MP
f/1.7
24mm (wide)
1/1.7"
1.8μm
Dual Pixel PDAF
OIS
12 MP
f/2.3
70mm (telephoto)
f/2.8
105mm (telephoto)
1/2.9"
Dual Pixel PDAF
3x/4.4x optical zoom
OIS
12 MP
f/2.2
16mm (ultrawide)
1/2.6"
Dual Pixel PDAF
8 MP
f/2.0
24mm (wide)
1/4"
1.12μm
ZTE
Axon 30 Ultra
64 MP
f/1.6
26mm (wide)
1/1.72"
0.8μm
PDAF
Laser AF
OIS
64 MP
f/1.9
35mm (standard)
1/1.97"
0.7μm
PDAF
8 MP
f/3.4
123mm
(periscope telephoto)
1/4.0"
PDAF, OIS
5x optical zoom
64 MP
f/2.2
13mm
120°
(ultrawide)
1/1.97"
0.7μm
16 MP
(wide)
Honor
Magic3
Pro+
50 MP
f/1.9
23mm (wide)
1/1.28"
1.22µm
omnidirectional PDAF
OIS
64 MP
f/1.8
(monochrome)
64 MP
f/3.5
90mm (telephoto)
1/2.0"
0.7µm
PDAF
OIS
3.5x optical zoom
10x hybrid zoom
64 MP
f/2.4
11mm 126˚ (ultrawide)
1/2.0"
0.7µm
PDAF
13 MP
f/2.4
18mm 100˚ (ultrawide)
Xiaomi
Mix 4
108 MP
f/1.9
24mm (wide)
1/1.33"
0.8µm
Dual Pixel PDAF
Laser AF
OIS
8 MP
f/4.1
120mm (periscope telephoto)
PDAF
OIS
5x optical zoom
13 MP
f/2.2
12mm
123˚ (ultrawide)
1/3.06"
1.12µm
20 MP
27mm (wide)
1/3.4"
0.8µm

色の三要素、色相・明度・彩度。マンセルの色立体。sRGBカラートライアングル。網膜の視細胞、錐体細胞。

色についてネットで調べてみた。奥深いものがあって、結構難しい。分かりやすいところだけを簡単にまとめた。

電磁波の中で380nm~780nmの波長域を可視光と呼ぶ。

可視光の波長域』by アート開発Labs

f:id:art2nd:20210417150905p:plain

色の三要素(属性)は、『色相・明度・彩度』。まとめて、『HSB』(色相:Hue、彩度:Saturation、明度:Brightness)とも呼ぶ。色の三要素を数値表現した体系を『マンセル値』と言う。

マンセルの色立体』by ロックペイント株式会社

f:id:art2nd:20210417145824p:plain

色相を環状に配置したものを「色相環」と言う。

色相環』by 旭トステム外装株式会社

f:id:art2nd:20210417150614j:plain

色という表現をするが、電磁波の可視光域を人間の眼と脳が三原色ベースで色と認識しているに過ぎない。人間の色を見分ける細胞についての興味深い記事がある。

網膜の視細胞には、三原色の色を見分ける3種類の「錐体細胞」と、色は見分けられないが暗い所で感度が高い「桿体細胞」がある。色を見分ける錐体細胞は視野の中心部に密集していて、水晶体レンズの光軸付近でしか色を捉えていない。眼球の動きと脳によって、視覚全体に色が付いているように見せている。

このことを確かめられる錯視画像がある。下の画像に眼を近づけて、中心の十字マークを注視してしばらくすると、周囲の色ドットが消えるように見える。

f:id:art2nd:20210417152152j:plain

三原色というが、パソコンのディスプレイでは可視光域をすべて再現できるわけではない。

色度図上のsRGBカラートライアングル。三角形の頂点がSRGBで定義される赤・緑・青の三原色に当たり、中央に白色点 (white point) がある(ここでは「D65」という白色が使用されている)。パソコンのディスプレイで正確に表示されるのはこの三角形の範囲内のみで、三角形の外は実際には再現されていない。

sRGBカラートライアング』 by Wikipedia「RGB」

f:id:art2nd:20210417154821j:plain

WEB色見本 『HTMLカラーコード

色の三原色や人間の目の構造については、以下のサイトが詳しい。

赤色に感じるのは赤錐体の感度が最も良い5.8×10-7m付近ではなくて、緑錐体の感度が無くなる6.5~7.0×10-7m当たりである。また緑色に感じる波長は緑錐体の感度が最も良い5.4×10-7m付近ではなくて、青錐体と赤錐体の感度が小さくなる5.1×10-7m付近である。

f:id:art2nd:20210417163710j:plain

 以下のサイトには、光と色に関する情報が満載。

植物が緑色に見えるのは、緑色を反射しているから。つまり、緑色の波長は捨てている。


JPEG圧縮率(品質レベル)の比較テストをしてみた。85が最適(?)

JEPGは非可逆圧縮の画像フォーマット。画質を落としてファイルサイズを小さくできる。

JPEG作成時に、圧縮率「品質レベル」(一般的な表現ではないかもしれない。英語では単にquality)を指定できる。品質レベルによっては、人間の眼では画質の低下には気づかない。

どの程度の品質レベルなら気づかないのかテストをしてみた。

オリジナル画像をWindowsアプリ「縮小革命」で1200×800にする際に品質レベルを変えてテストした。

以下のページで画質を比較できる。

JPEG 圧縮率 テスト(1)≫

https://ok2nd.sakura.ne.jp/x-jpeg/t1.html

f:id:art2nd:20210414085425j:plain

ぱっと見はかなり圧縮しても瞬間的には画質劣化は解らない。眼を近づけて細部を確認すると品質レベル75ぐらいで画質劣化が解るようになる。品質レベル50程度だとかなり解る。

JPEG 圧縮率 テスト(2)≫

https://ok2nd.sakura.ne.jp/x-jpeg/t2.html

f:id:art2nd:20210414085438j:plain

テスト(2)では、品質レベル50程度でも、画質劣化はぱっと見ではよく解らない。しかし、品質レベル20になると中央の桜がかなり紫っぽくなってしまう。

JPEG 圧縮率 テスト(3)≫

https://ok2nd.sakura.ne.jp/x-jpeg/t3.html

f:id:art2nd:20210414085453j:plain

テスト(3)では、品質レベル75で空にモアレ模様を少し感じる。品質レベルを下げるとモアレ模様がひどくなる。

3つのテストでは、品質レベル85程度までなら、人間の眼では画質低下に気づかない。

それぞれ、ファイルサイズは以下のようになっている。品質レベル85だと、実際のファイルサイズは品質レベル100の30%前後になっている。

テスト(1) テスト(2)
品質レベル ファイルサイズ
100 707KB
96 372KB(53%)
94 311KB(44%)
92 254KB(36%)
90 243KB(34%)
85 199KB(28%)
80 170KB(24%)
75 156KB(22%)
70 145KB(21%)
65 136KB(19%)
60 125KB(18%)
50 115KB(16%)
40 103KB(15%)
30 90KB(13%)
20 77KB(11%)
10 60KB(8%)
品質レベル ファイルサイズ
100 1,241KB
96 768KB(62%)
94 657KB(53%)
92 549KB(44%)
90 527KB(42%)
85 437KB(35%)
80 372KB(30%)
75 339KB(27%)
70 311KB(25%)
65 286KB(23%)
60 262KB(21%)
50 236KB(19%)
40 206KB(17%)
30 176KB(14%)
20 142KB(11%)
10 97KB(8%)

JPEG非可逆圧縮なので、一般的に画像処理と保存を繰り返せば画質がどんどん劣化すると言われている。

そこで、「縮小革命」を使って実験をしてみた。「縮小革命」で縮小を1回だけするのと、縮小を10回繰り返した結果を比較した。いずれも品質レベル90で行った。

オリジナル写真のサイズは6000×4000。

  1. 長辺長さを6000>1024に1回だけ縮小。
  2. 長辺長さを6000>4000>3600>3400>3200>3000>2800>2600>2400>2200>1024と縮小を10回繰り返し。

結果は、以下。

  1. 1回のみ処理した画像:273KB。1024×682
  2. 10回繰り返した画像:274KB。1024×680

f:id:art2nd:20210416100541j:plain

縮小を1回だけ行った画像

f:id:art2nd:20210416100600j:plain

縮小を10回繰り返した画像

画質もファイルサイズもほとんど差が出なかった。

画像処理と保存を繰り返しても、一般的に言われているような品質の劣化はほとんど認められなかった。