ISO(ASA) 感度と Latitude は？

質問

ISO 感度選択は感覚的に「ISO 感度を高く (大きく) すれば暗い Scene を撮るのに便利だが、一定以上では Noise が増える」としか理解していないのですが、実際のところ「ISO 100 では XX Lumen (或いは Candela) の光を残留 Noise と同値で取得できる」といった Image Sensor ならではの値がさっぱり判りません。

ISO 100 とはいったい何 Lumen (或いは Candela) なのでしょうか？

昨今の DSLR (Digital Single Lens Reflection) Camera 用 APS-C (Advanced Photo Sensor - Compact) Image Sensor は基本感度が ISO 200 になっているようですが、拡張 Mode では ISO 51200 なんて設定が可能なものまで現れています。・・・勿論、Noise が盛大に発生し、Noise Filter によるベタ塗りのような処理と合わせて、解像度はかなり低下してしまうのでしょうが・・・。

一方、画像 Engine の処理 bit 幅は 12bit から 14bit、16bit、更には 22bit なんてものも出てくる始末・・・確かちょっと前の LECIA Digital-Module-R に用いられている KODAK Kaf-10010ce の Saturation Level は 400keV (kilo Electron Volt) だった筈ですから、同 Level の Image Sensor ならば 19bit で既に 1eV を切ってしまいます。

勿論 Up Conversion に伴う Quantum Noise を Filtering するための Over Sampling と Digital Filtering を重ねる余裕を持たせているからなのでしょうが、ISO 51200 でも S/N (Signal to Noise Ratio) 48dB の 8bit JPEG 出力を得られる (51200/200＝256＝2 の 8 乗＝) 8bit 分が上乗せされた 8bit ＋ 8bit＝16bit の Dynamic Range が本当に Image Sensor の Analog 出力時点で実現されているものなのでしょうか？

趣味としている Audio では確かに単体での計測上は 20bit の Dynamic Range を実現している Ope'Amp' IC Chip などがあるのですが、回路を組んでしまうと 16bit の Dynamic Range でさえも夢物語に近いものです。・・・16bit の CD (Compact Disc) 再生でさえも困難な世界ですので、私は 20bit だの 24bit だのの Audio には見向きもしないのですが(笑)・・・。

最近、友人より SIGMA DP2X を安価で譲り受けたのですが (現在、修理中(泣))、故障が発生するまでの 300 Shot ほどの試写で感じたのは「DP2X の ISO 感度設定は ISO 400 が限界、ISO 200 もおいそれと選ぶ気は起きず、ISO 100 が標準・・・でも、解像感、雲などの階調表現は愛機 PENTAX Kr による画像を遥かに凌駕している(^_^;)」というもので、初代 Foveon X3-F19 Image Sensor の Typical Dynamic Range は 61dB、DP2X に用いられている Foveon Fx17-78-F13 Image Sensor の S/N 値は公開されていませんが、Photo Diode 面積が初代 Sensor の 70% ぐらいになっていますし、A/D Converter/Amplifier 部の性能が向上したという情報は得ていませんので 3dB 落ちの 58dB ぐらいでしょうか。・・・・・・ISO 100 ならば 2EV ぐらい露出をいぢっても 8bit JPEG 出力に問題はなさそうですが、ISO 400 では余裕がなくなりそうですね。

同じ 12bit RAW 出力の愛機 PENTAX Kr は ISO 800 でも 2EV 程度の後処理に余裕で耐えられるだけに、(800/200＝4＝2 の 2 乗) の 2bit と 2EV 分の 2bit を上乗せした 8bit ＋ 4bit＝12bit を保証できる 12bit RAW 出力が伊達ではない事が判ります。

・・・とは言え PENTAX Kr でも ISO 1600 以上にするには勇気が要るもので「実用限界は ISO 3200 ぐらいかな」と感じているのですが、SR (Shake Reduction) による 2EV 分以上の Slow Shutter 対応力と合わせると SIGMA DP2X の気難しさがひしひしと感じられます。・・・まあ ISO 400 でも撮れそうもないと思ったら Film Camera のように「素直に諦めれば良い」だけなのですが(^_^;)。

・・・というわけで「ISO 感度選択幅と実効 Dynamic Range 幅 (Latitude) とは eV Electron Volt) や Lumen 或いは Candela といった単位ではどれくらいのものになるのだろうか？」と疑問に思った次第です。

Airy Disk 同士の中心と円周が重なる距離を解像限界と定義して d=1.22λF (d:解像限界　λ: 光の波長　F: 絞り値) を導いている Rayleigh III (レイリー 3 世) の式により 7.8μm Pitch では F16/F11/F8 (R/G/B) が得られるのですが「この時の F 値 (絞り値) は実際の光束値とどう対応するのか？」「ISO 感度選択では対応できないものなのか？」といった疑問もあるのですが(汗)、この辺りも関係するのであれば御教授願えれば幸いです。

宜しく御願い致します。

回答No.4

foobar · ベストアンサー

＃３に訂正。
実数感度の逆数はlm.sではなくてlx.sでした。

ISO感度の元になったCIPA規格を一度参照されるのがよいかと思います。
http://www.cipa.jp/hyoujunka/kikaku/pdf/DC-004_JP.pdf
その中の 3.4カメラセッティング5の(4)の像面露光量の算出が参考になるかと思います。

お礼

おおおっ！ CIPA の標準化規定書じゃあないですか！

これですっ！ これっ！(笑)。

この手の勉強は高額の受講料を払って現場の技術者に教わる講習会でもなければ部外者には縁遠いものですが、 Video 機器製作業界に飛び込んだ際に Oscilloscope 使って Analog Video 信号の調整から実習する講習を受けた昔を思い出します(^_^;)。

当時も受け取った資料を読んだだけでは理解が追い付かず、帰宅後に Internet で用語解説や平易な解説が紹介された Page を漁ったものですが、御紹介の PDF 資料も記されている数値や式を噛み砕いて理解する頃には質問に記した疑問が晴れそうです。

ためになる参考資料、有難うございました(^_^)/。

回答No.3

foobar

もともとの考え方は、フィルムが反応する最小光量（照度*露光時間、lm.s)の逆数がISOの実数表記感度、だったかと思います。（ISO100ということは1/100 lmsの光量で反応。）
この方法だと、反応し始めのところを判別しにくい、デジタルだと（フィルムでもかな）光量と写真の明るさの関係がメーカによって異なる、という扱いにくさがあってか、デジカメの感度ではある規定の明るさ（最大の記録明るさの**%）に写るときの撮像面光量(lm.s)を測定し、そこから標準の感度特性に従っているとして感度を計算する、という手順になっているようです。

お礼

御回答有難うございます。

＞デジカメの感度ではある規定の明るさ（最大の記録明るさの**%）に写るときの撮像面光量(lm.s)を測定し、そこから標準の感度特性に従っているとして感度を計算する、という手順になっているようです。

そうでしょうね。・・・A No.2 kuma-gorou さんへの御礼にも記しましたが「規定の光量 (Exposure Value＝F16) に対して暗騒音 Noise Level よりも 1bit (6dB) 高い値を出力できる基底 bit を 1bit として、非圧縮 JPEG 出力である 24bit RGB Bit Map (RGB 各々 8bit) の最大値を得られる TV (Time Value) の 1 秒に対する逆数を ISO 感度とする」みたいな計測法がありそうですね。

ただし EV 値は AV+TV の相関性のみを解説するものばかりで「露出計の EV 値って何 Lux なのよ？」という疑問に答えてくれる Page が見つからないのが辛いところです(^_^;)。

「EV 値感覚は身体で覚えろ！、誰だって EV 補正は目と指に覚え込ませているんだから！」ですかねぇ(^_^;)・・・。

有難うございました。

回答No.2

kuma-gorou

私は、実践重視。難しい理論や数式は苦手。お門違いの回答はご容赦を。

＞ISO 100 とはいったい何 Lumen (或いは Candela) なのでしょうか？

ISO（ASA）とは、所定の輝度（自然で得られる被写体最高輝度に相当＝砂漠etc）を絞り値16で写した時、適正露光を得られるシャッタースピードの分母に相当する数値です。
即ち、シャッタースピードが1/50sで適正露光ならISO50、1/100sで適正露光ならISO100と言うワケ。
ただ、現像処理の処方で適正なガンマは変わるし、そもそも適正露光とは何ぞやと言う問題が有って、リバーサルでは、公称はISO100でも、この銘柄の実効感度はISO80とか125とささやかれていたものです。
一方、デジタルカメラでは、固定の感度はありません。が、それでは不便ですからフィルムの例に倣い、ISO XXX 相当と表記されます。
ちなみに、Lumen・Candelaは、光源の輝度。照度（looks）は、距離の２乗に反比例するのはご存じのとおり。また、被写体の輝度は反射率に影響されます。
つまりは、ISOとLumen・Candelaを無理に関連付けするには、無理があります。

お礼

御回答、有難うございます。

＞(自然で得られる被写体最高輝度に相当＝砂漠etc) で AV (Aperture Value)＝F16

EV (Exposure Value) 値を計算する際に F16 までしか計算しない理由がよく解りました。

ISO 値は AV＝F16 における TV (Time Value) の逆秒数・・・2msec (1/50 秒) ならば ISO 50、1msec (1/100 秒) ならば ISO 100 ですね。

A No.1 hayasi456 さんの御回答では AV＝F8、TV＝4msec ですので F16 では 8msec となりますが、ISO 感度の実効値が数割り程度変動していても誤差の内でしょうから、おそらく F16 で 10msec が ISO 100 なのでしょうね。

＞ちなみに、Lumen・Candelaは、光源の輝度。照度（looks）は、距離の２乗に反比例するのはご存じのとおり。また、被写体の輝度は反射率に影響されます。

そうですね。「(1m 四方が 1 Lumen の光束で照らされる明るさである) Lux では？」と質問すべきでした。

Video Camera では「1Lux の明るさでも撮れる！」なんて広告の仕方がありますものね・・・「でも月明かりは 0.2 Lux ぐらいだからダメじゃん(^_^;)！」と思ったものですが(笑)。

「EV＝F16 下での黒を背景とした白い Object を撮る際に RGB 各々の Photo Pixel に於いて暗騒音 Noise Level から輝度 Contrast 50% 以上の差異を表現できる最少出力の 256 倍 (8bit＝48dB) 値を得られる最短の Shutter 速度が 1/6400 秒ならば ISO 6400」みたいな計測法が決まっていれば解り易いのですが・・・。

有難うございました。

回答No.1

hayasi456

私のように数式を理解出来ない人の方が多いと思います。
フィルム・カメラ・レンズ・ストロボメーカーの技術者レベルの知識がないと答えられ無いような気がします。
ショールームや展示会の説明員でも？

ちんぷんかんぷんな回答かもしれませんが
とりあえず。
＞ISO 100 とはいったい何 Lumen (或いは Candela) なのでしょうか？
ISO感度はフィルムがどの程度弱い光まで記録できるかを示す単位です。
http://ja.wikipedia.org/wiki/ISO%E6%84%9F%E5%BA%A6
Lumen
SIのルーメンは、「全ての方向に対して1カンデラの光度を持つ標準の点光源が1ステラジアンの立体角内に放出する光束」と定義される。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AB%E3%83%BC%E3%83%A1%E3%83%B3
光源の明るさの単位のようですから
この質問では答えは出ないでしょう。

光源と言えばフラッシュ（ストロボ）の能力はガイドナンバーで表示されます。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%82%A4%E3%83%89%E3%83%8A%E3%83%B3%E3%83%90%E3%83%BC_%28%E3%82%AB%E3%83%A1%E3%83%A9%29
露出と言うとEV値（Exposure value）
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9C%B2%E5%87%BA_%28%E5%86%99%E7%9C%9F%29

一般的にはISO１００は晴天下　絞り値F８、シャッタースピード１/２５０秒で適正な露出を得られる感度です。
http://fujifilm.jp/support/filmandcamera/download/pack/pdf/datasheet/ff_provia100f_001.pdf
晴天の何 Lumen (或いは Candela)が解り、絞り値F８がわかれば何かつかめそうですね。

お天気任せの太陽光で測定しているわけではないでしょうから基準の明るさがあるでしょう。
各メーカーに問い合わせされてはいかがでしょう。

ニコンD4やペンタックス６４５Dクラスなら悩みは減るかもしれませんね。
http://www.nikon-image.com/products/camera/slr/digital/d4/features01.htm#a1
http://www.pentax.jp/japan/products/645d/feature_1.html

お礼

御回答、有難うございます。

御紹介の NIKON Page・・・Model さんが可哀想やぁ(^◇^;)！」が最初の感想(笑)。
間違いなく 8 回は Shutter を切っていますね・・・1/8000 秒から1/60 秒まで、Shutter 速度と ISO 感度を変えながら「はい、そのまま動かないでっ！」と・・・Model さんは 1/8000 秒 Shutter で撮せる光源に顔を向けたまま(汗)・・・さすがに何枚かは目線を外していますが(笑)・・・。

PROVIA 100F の資料、有難うございます。
私は Film Camera 時代に Camera 趣味がなかった ・・・「POLAROID で良いやん！」派だった(笑)・・・ことからこの辺りの知識が乏しく、とても勉強になります。

「AV (Aperture Value)＝F8、TV (Time Value)＝4msec で 48dB (8bit：非圧縮 JPEG 画像) の S/N が得られる感光力 (出力) を出せる時の感度を ISO 100 とする」ぐらいの感じですかね。

この数値から ISO 感度の光 Energy 量、EV (Exposure Value) の F 値がどの程度の明るさなのか見当を付けられそうです。

有難うございました(^_^)/。