ノイズレベルに関してはセンサーの物理的な限界に近付いている

43rumorsで、オリンパスのオガワハルオ氏のコメントが紹介されています。

Olympus interview at IR: "Sensors are coming close to the physical limit"

  • Imaging Resourceがオリンパスのインタビューを掲載している。大部分がE-M1 II に関する話だが、次のようないくつかの興味深い情報がある。
  • 彼は、今後5年でオリンパスのカメラは、E-M1 Mark II よりも4倍速くなると予想している(これは例えば8K動画のために必要だ)。
  • センサーのノイズや感度に関しての質問で「ノイズレベルに関しては、物理的な限界に近付いていると考えている」と彼は回答している。従って、現在のセンサー技術では、大きな飛躍はできないように見える。しかし、私は何か新しいことが起きて、大きな改善があること確信している。

 

デジカメに使われているCMOSセンサーは、これまで、少しずつ高感度性能やダイナミックレンジを改善してきましたが、そろそろ頭打ちになるのでしょうか。

43rumorsの言うように何らかの新しい技術が開発されて、飛躍的に性能が改善することに期待したいですね。

2017年3月 2日 | コメント(44)

コメント(44)

E-M1IIを使用していますが、低感度でも暗部に斑状のノイズが出ます。これが減ってくれたらと思っていたのですが……物理的な限界となると、新規格のセンサーが現れない限りはAPS-Cサイズの画質を望むのも難しいでしょうか。
しかし超望遠レンズのメリット差が、現状、かなり違いますから困りましたねぇ。

高感度もフルサイズはもとよりAPS-Cでもかなりのものに
なってきましたよね。
個人的には低感度、ISO50くらいの高画質化とダイナミックレンジの
さらなる強化が欲しいところです。
(恐らくこれもソコソコ良くなればそれ以上は必要ない)

画素数減らして高感度耐性上げたモデルとか出してくれるといいんですけどね
素人考えでボディそのままにセンサーだけ置き換えればいいんじゃないかと思いますが
新規でセンサー開発しないといけないから厳しいのかな

画素数ほしいときはハイレゾと組み合わせればある程度は対応できそうですし

通常CMOSのセンサーS/N比は読み出し速度とトレードオフの関係があるはずですから読み出しを遅くして配線面積を抑えれば実質的な衆口面積が増えて高感度やダイナミックレンジも改善すると思うのですけどね。
裏面照射型に関しては配線が撮像面の裏にあるため事情が異なるでしょうが裏面照射型の4/3センサーというのは少なくとも市販のカメラでは使われていませんよね。

センサーの性能の伸び代が小さくなっても、今後は画像処理の性能が飛躍的に向上するでしょうから、得られる画質としてはやはり良くなっていくものと考えています。
レンズやセンサーと違ってソフトウェアの開発になりますからひょっとしたら新興のベンチャーメーカーがとんでもないカメラを開発するかも知れませんね

こんなご時世だからこそ
高発色、低感度重視のCCD機の復権を希望します。

4/3センサーの20MPは、フルサイズだと76MP、APS-Cだと33MP相当になります。
物理的な限界というのは理解できます。
かと言って、画素数を減らすと訴求力がなくなるので難しいところです。

by 20MPのGX8ユーザー

新製品のE-M1 IIでセンサーは相当頑張ったみたいですからね。
マイクロフォーサーズ良くやりましたよ。
まだAPS-Cやフルサイズはまだ余裕ありそうですけどそのうちAPS-C→フルサイズと順番に限界が来るんでしょうか。

これは他社のセンサーにも言えるのではないかと思います。私はソニーのα7rm2を使っていますが、ISO800までしか使いません。それ以上は補正前提のRAWデータでも納得がいかないので。これはA900でもそうでした。ノイズに関しては大きく進歩していないと使っていても思います。ただノイズが発生したあとのリカバリの技術が発達したため、総合的にノイズ耐性が上がっているのであって、センサーにおける物理的なレベルでは以前から限界に達していたのではないか、と使用していて感じます。

裏面照射型の4/3センサーはソニーは作ってくれないのでしょうか。
42MPのフルサイズで裏面照射型なので単純に1/4の面積の20MP4/3センサーではフルサイズでは4倍の80MP相当で、裏面照射型にしたらそれなりの恩恵を受けられそうですがまだ出てきていないですよね。
4/3センサーが良くなってしまうとAPS-C・フルサイズの販売に影響が出てしまうから?と勘ぐってしまいますね。

43センサーで8K出来るのかな?

このやりとりの原文を読むと、質問者が先走っていて、オリ側はセンサーのことは話さずに自社の立場と取り組みについてのみ答えている、という印象です。

Q: センサーは物理的な限界に近づいていると思うが、そういう認識か?それとも、感度を上げる理論的な手法があるのか?
A: 我々はセンサー製造者と技術面で緊密な関係にあり、ノイズレベルについては物理的な限界に近いとの共通認識。その上で、センサーにインテリジェンスを与えるアプローチを検討している
Q: 時間軸を追加する可能性がある。ソニーにはマルチショットがあるが、動体では使えない。より高い感度で露出が短くなれば、処理能力次第でフレームの「被写体」を認識して再構築できるのでは?
A: お詳しいですね。
Q: センサーのA/D変換のビットデプスを16や18ビットに増やしたら?
A: ビットデプスについては、我々は出力の扱い方を考える立場。
Q: 出力のダイナミックレンジは固定ということ?
A: 広い方が良いに決まっているが、現状は出力デバイス[A/D]が限界になっている。その反面、我々はビットデプスの最適化に取り組んでいる。ディスプレイ市場、4K/8Kを見れば、ダイナミックレンジは広がっている。カラースペースも。その方向性に鑑みて、どのような最終的な出力が望まれるのか、そしてそれに合わせて必要となる処理のビットレートとデプスを研究しているところ。検討段階です。

裏面も含めて物理的な限界値なのでしょうかね・・・
となると高画素競争にも終止符が?

>>wakayamaさん
α900はノイズが強かったですよね
*カラーノイズを許容してたからかも?

今のカメラはカラーノイズを除去する傾向で見た目はキレイですが
ノイズの総量で考えるとそう大きく進歩していないのかもしれませんね

センサーは以前から頭打ちだ!と言われてもう5年くらい経つような気がします。

画素ピッチ問題をメーカーのトップが、しかも技術者の小川さんが言うのは、信憑性がありますね。
それでもCCD、CMOSに続く技術ができれば、ブレイクスルーするし、それは必ず起こる現象だと思います。

でも、まだCMOSでさえも、2015年にCanonが発表したAPS-Hサイズで2億5000万画素センサーとか、その後も開発は続いているでしょうし、高画素を追いかけている内に、5000万画素でも低画素と呼ばれ高感度に強いものになると思います。
α7SIIの1200万画素は、一昔前の高画素機でしたから。
3億画素の技術があるなかで、5000万画素を作れば、良いものができるでしょう。

それより、この5年はグローバルシャッターを搭載した2000万画素機とか、6k動画、8kフォトといったものの実用が4/3の中でどんどん起こってくると思います。

マルチアスペクトを復活させれば、8K動画を3146万画素で実現できます。
これはGH5の1倍半の画素数ですから、頑張れば4/3でも何とか8K動画が可能でしょう。でもさすがにそろそろ限界っぽいですね。

α7S、D750、EM-1 MK2を使い分けています。ノイズレベルで言うとこの順なのだけれど、EM-1 MK2、この小さいセンサーで、よく肉薄してると思います。レンズの良さも加勢して、場合によってはフルサイズより気持ちのいい解像感の画像が得られます。
4/3は限界に近いかもしれませんね。
α7Sにはもうちょっと上を目指してほしい。

裏面照射型でも物理的な限界は近いのではないでしょうか。以前α9 は高画素機で7000万画素などと噂も出ていましたが・・・ 裏面照射型で7000万行けも伸びしろ少ないのでは?
富士さんは35mmをスルーして中判に行きました。将来はMシャッターが無くなると見込んで、レンズシャッターを採用しなかったみたいな事を、言っておられたような気がします。
これからの撮像素子は、読み出し速度UPと高画素機は、中判になるのではないでしょうか?

CCDセンサー、一線級のラインナップに1台くらいはあってもいいですよね。
それを許さないくらいCMOSセンサーが驚異的な進化をしてしまったのだとは思いますが…。
CCD信奉というわけではありませんが、CMOSにはない絵の滑らかさをなつかしく感じます。

ベイヤー型センサーのブレイクスルーがあるとすれば、高画素化の果てに4画素を1ピクセルとして、或いは9画素を1ピクセルとして使用するのが当然という考え方になった時ではないでしょうか。
そこまではなかなか行かないとは思いますが…

ノイズの抑制も限界、開口率も限界。
センサーの性能は、数年ほとんど伸びていませんね。

評判の悪かったGX1のパナセンサーですら、S/N比は現行のものに劣っていません。
ソニーセンサーは飽和電子量が多いのか、低感度のダイナミックレンジで圧倒していましたが、今ではそれも横並びです。

これ以上の進化には、カラーフィルターの撤廃や受光素子の有機化など、大きなブレイクスルーが必要に思えます。

MFTで十分満足していますが、もしOLYMPUSの技術・レンズがラージフォーマットで実現したら…というのは夢なので、その方向にも期待しています。8K動画は、MFTセンサーのイノベーションが先か、普及が先か、少し楽しみです。
ラージフォーマットが出ても、小型・軽量なMFTとは十分棲み分けできると思います。個人的に、夢のレンズ(例えば、現実的な大きさで、超広角~超望遠域までレンズ交換不要みたいなレンズ)はMFTで一番最初に現れるのではないかと密かに期待しています。

大型の曲面センサーによって、レンズを小型化する事で全体のサイズは維持して、画質と高感度性能を向上させる、という方法はあるかもしれないですね。

物理的に頭打ちだというならば、無理して原色フィルターでノイズと格闘しようとするのをやめ、補色センサーで肩の力を抜いた機種が一つくらいあってもいい気がします。弱いカラーフィルターの方が解像力もありますし、現在の最新技術でそんなデジタルカメラを作ってみてほしいです。

パナソニックが以前披露していたマイクロ分光素子センサーも頑張って商品化に向かって開発が進んでいることを信じつつ待ってます。

>>ぱんた さん
そうですね、A900はカラーノイズはありました。ですがあまり不自然な感じがせず、素直な印象なのでISO800でもわるくない印象がありましたね。A7MR2は周りが言うほど高感度に強い印象はないですね。ISO400→800でも結構ノイズが増えます。これが個人的には限界です。(そいういえばISOの初期設定はA900がISO200、A7MR2はISO100ですので、そのあたりも関係しているかもしれません)
いずれにせよ画像センサーへのニーズも多種多様になってきているので、開発者もやり難いがありつつも大変ではあるのかなと感じます。

CCDは、SonyがすでにCMOSに以降していますからね、、
ちょっと期待はできないかと。
あと、読み出し速度の関係で、ライブビュー等はキビシイ。
フジのハニカムCCD等、一部例外はありますが・・・ベイヤー型CCDでライブビューできる一眼レフはありましたっけ????コンデジで可能だからできそうな気がしないではないですが、発熱や読み出し速度等、いろいろとあるのかもしれませんね。
E-330もLiveMOSでしたものね。μ4/3とは相容れないかも・・?

でも、E-300オリンパスブルーは見事だったなぁ・・
あのコクは見事なものがありました。


M4/3には、せめて、裏面照射型は搭載してきて欲しいですね。
画素数を欲張らずに、16~20M程度で、高感度耐性を強くしてくれると嬉しいです。

オリンパスにそんな余裕はないとは思いますが、画素数は1200万画素で充分なので、
高感度に特化した、μ4/3を1機種だしてくれたらそこそこ売れるように思います。
オリンパスさん是非。

そろそろブレイクスルーが必要といわれて結構経っていますよね
現状ブレイクスルーになりそうなのは去年パナが発表した有機薄膜CMOSとか
ソニーが結構前からやってる画素ごとに違う露出で撮れるセンサーとか思い浮かぶんですが
いつ実用化されるのか

特にパナの有機薄膜CMOSはダイナミックレンジ100倍やグローバルシャッターとか魅力満載ですし期待しています。

α350はccdでライブビュー出来ます。まだ現役で使っていたりします(笑)。

マイクロフォーサーズのセンサーで無理なく
8Kに対応できるような画素数のものが出てくるのか興味あります。

>>ロンロン3さん
α350はライブビュー専用センサーですよ。撮像用CCDでライブビューしてるわけじゃありません

なぽさんとKさんに賛成します。
例えばem10はエントリー機種ではなく、低画素高感度機種にしたら面白いと思います。

本質的にトランジスタのダイオード接続でしかないフォトダイオードを利用する限り、これ以上の性能追求困難になってきているの事実で、構造や配置などの工夫で凌ぐ様になって、あとは微小信号を如何に増幅するかなど、こちらも工夫で凌ぐ。


狭いバンドギャップ持ち、冷却せずと実用なるフォトトランジスタとか、従来なかった化合物半導体など。
取り急ぎ、現状では実用に足るため、大きな投資を伴う開発研究するだけの理由が薄く、各社の経営資源無尽蔵で無いですし、それよりも遥かにローコストなソフトウェアでの工夫が先行しつつ、イメージセンサーより先行投資される分野から落ちてくる新技術待つしかないか思います。

bzさん、私もそう思います。

デバイスの高画素競争はなくならないし、よく言われる画素数と画質のトレードオフ、は本当だろうかと思ってます。

半導体の製造プロセスの進化で、新しいものは画素も増え、画質も良くなるのが実際のように思います。

どんどん画素数があがるのでそれが不要だとのニーズがあれば、4つ分を一つにして平均を取るような処理でノイズを減らすことは簡単でしょう。

すごい純度の映像信号が得られるかも知れません!

裏面照射型CMOSを採用したM4/3のカメラはあります。Kodak PIXPRO S-1です。フォトヨドバシでの情報ですが。

1年弱使いましたが、ノイズに関しては所有のOLYMPUS E-PL7のほうがノイズは少ない印象でした。OLYMPUSの
画像処理エンジンなら裏面照射型がもう少し活きてくるかもしれませんが。。

マイクロフォーサーズのセンサーで無理なく
8Kに対応できるような画素数のものが出てくるのか興味あります。

どんどん高感度性能が上がっていくことに慣れてしまっていますが、ISO10000とかはフィルムカメラを使ってた時代を考えると、既に異常なことかも。
一度、買い替え需要でマーケットを肥大させることに成功したメーカーは大変でしょうけど、ユーザーはあまり困らないと思います。

やはり有機ですかね。
次のブレイクスルーは。。
熱伝導性の低さ、酸化劣化・・・
いろいろ課題はあると思いますが、
実用化は時間の問題でしょう。
やはり技術によるイノベーションは大切ですね。

補足情報です。先日のE-M1IIのRAW時のノイズ問題を改善するとされるファームアップを更新を行い、前後を見比べましたが、今回のファームアップと低感度でも発生する斑常のノイズは無関係だったようです。

映像エンジンでの低ノイズ化は、お化粧みたいなものなので、
ここで述べられている物理的な限界の話とは別問題なのではと思います。
センサーレベルでの低ノイズ化が達成できれば、後処理でこねくり回す必要なくクリアな画像が得られるわけで、ここで言う物理的な限界はセンサーレベルでの話ですね。

高画素化に伴いピクセルの大きさが小さくなるので以前からノイズが増えると言われ続けていました。 それを色々な技術、検出器の検出そのものの効率を上げたり、開口率を大きくしたりしてきたと思います。
しかし、原理的にフォトンはポアソン分布をしているので、それらの技術がいくら上がっても、ノイズは無くならないので、物理的な限界に近くなっていると言うことでしょう。
当然だと思います。
一方画像処理などでノイズを目立たなくしているのも、限界に近いのかもしれません。

結局、生活の中でカメラ(写真)をどのように位置づけ使って行くかを見極めた上で、
カメラシステムのサイズ(言い換えればセンサーサイズ)を選択し、
納得のいくカメラボディを手に入れたら、その後しばらくはボディに関しては新製品に一喜一憂しない。
むしろ、楽しみはレンズの方で・・・・
・・・という事でしょうかね、私のような素人に取って現状しばらくは。

プロセス技術の微細化で増幅・転送用のトランジスタを小さくした分、受光部分の面積を拡大できるが、耐圧が下がる。

耐圧が下がるとダイナミックレンジが小さくなり、低感度領域のダイナミックレンジの低下もしくは高感度領域のS/N比が確保できなくなる。

これらのジレンマを解消可能な技術開発を期待します。

>「ノイズレベルに関しては、物理的な限界に近付いていると考えている」
専門家がそう考えているなら、センサーに限って言えばそうなんでしょうね。

あとは画像処理エンジンの進化か、有機センサーのようなブレイクスルーに期待するしかないんでしょうね。

ローパスフィルタに相当する部分で光増幅器を使って、ゲインを上げるってのが一つの手なんでしょうけど、今有るのはほとんど光ファイバ用で波長が可視光じゃ無いですしね…

でも赤血球の撮影用に高速度カメラで使われてたと思うので、不可能ではない気もします。これはモノクロだけど


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このページは、2017年3月 2日 に公開されたブログ記事です。

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