『デジタル画像階調のbit数とRAWデータのbit数について』のクチコミ掲示板

[アキラ兄さん]

雑談スレからのスピンオフネタです。

僕自身よく「8bit階調」だの「16bit階調」だの使いますすし、デジカメの仕様にも「14bitRAW」などと出てきます。
また昨今では「32bitOSのみ動作」やら「64bitOS対応」などと出てきて判らない人にはちんぷんかんぷんですよね。

こんなものG10とどんな関係があるんだ？という人も居るでしょうが、
余裕のない機材になればなるほど単位というか数字の量を把握する必要があります。
＃金持ちが万の単位を気にせず、貧乏人が100の単位を気にするような物です＾＾；

「bit」というのはデジタルで数を数えるときの単位です。2の何乗か？を表しています。

1bitは2の1乗なので2ですし、2bitは2の2乗で4、3bitは2の3乗なので2×2×2＝8になります。

正確には、デジタルでは「0」をカウントするため、1bitは「1」で、「0」と「1」を扱える「2」階調です。
末尾の数字が奇数なら厳格な意味での「数値」、偶数なら（実階調などの）絶対的な「数量」として理解してください。
＃奇数なら+1したものが実数量、偶数なら-1したものが実数値ということです。

「32bitOS」というのは一度に32bit（4,294,967,296）分のデータを処理できるOSで、
「64bitOS」となると64bit分、32bitの32bit倍で「18,446,744,073,709,551,616」1,844京6,744兆・・・＾＾；

理解しておいて欲しいのは、例えば32bitの2倍の数は33bitで、64bitではないということです。

ということ前提で、画像における8bitと16bit、RAWデータの12/14bitなどについて説明します。
＃今回は面倒なので画像による説明は無しです＾＾；

（続きます）

書込番号：12668267

[アキラ兄さん]

以上のことを踏まえれば、特に難しいことなく8bit画像というのは2の8乗で256階調の画像なんですが、
ここでいう「8bit」というのは1チャンネル当たりの階調です。

1チャンネルというと判りにくければ、1色、場合によっては1インク、と例えても良いかもしれません。

つまり、グレースケールの8bit画像は1チャンネルで256階調ですが、RGBならば256階調が3チャンネルあります。

データ的には256のデータが3チャンネルですから768個のデータで成り立っています。

となると256×3チャンネル＝768階調と考えがちですが、色というのは掛け合わせがあるので、
実際には256×256×256＝16,777,216色となり、これがRGB8bit画像でのフルカラーです。

昔8bit階調×3チャンネルという意味で、スキャナーなどで24bitなどと表記してある物がありましたが、
あれは色数をbit換算しただけの話で、階調をbit換算した物ではありません。

なぜこのことを強調するかというと、例えば実際に赤（R）だけで表現される物の場合、
いくら16,777,216色使えたとしても、そのうちの256色＝256階調でしか表現できません。

同じことは青だけ、緑だけ、の時にもいえ、8bit階調の画像というのはRGBであっても限界が明白なのです。
もちろん、8bitグレースケールも実際にはトーンの繋がりは粗い画像です。

じゃぁなんで8bit画像が主流だったかと言えば、デジタル機器の処理能力が低かったからです。

デジタルで画像を取り扱う実用化は印刷＝DTPから始まりましたが、
網版印刷が主流のこの業界では各版8bit階調で事が足りたため、8bit階調が問題無く扱えることが1つの指針でした。

またモニター側の再生（再現）能力の問題もあります。
印刷の分野では、IJプリンターの発達で、民生でも8bit階調以上での表現が可能になりましたが、
液晶モニターで8bitオーバーの階調を再現するのは技術的なハードルが未だに高いのです。

プロ用機材のナナオEIZOの最上位機種で各チャンネル12bit階調を実現していますが、
実際にはモニタキャリブレーション後の誤差調整に使われ、厳密な8bit階調再現という範囲にとどまっています。

（続きます）

書込番号：12668405

[アキラ兄さん]

8bit階調＝256階調は前述しましたが、16bit階調ともなると65,536階調になります。
＃8bitの8bit倍ですから、256の256倍で65,536です。

RGB16bitならば、データ的には16bit×3チャンネルで196,608データ、
色数でいうと16bit×16bit×16bitで281,474,976,710,656色になります。
＃281兆4749億7671万656色（と一掴み）＾＾；

前述のように人間が認識する階調としてはオーバースペックで、12bitもあれば十分以上というのが本当です。
ですが、最新のPhotoshopでは32bit階調のデータすら取扱自体は可能ですから、用途はあるということでしょう。

8bit画像を16bitに変換して調整するということは、このくらい莫大な階調下で調整を行うということです。

なんでそんなことをする必要があるのか？、それ以前に変換に意味があるのか？について説明します。
＃ここでは判りやすいように8bit1チャンネル、つまりはグレースケール画像で話を進めます。

8bitのとある画像の明度を2倍の明るさにするとします。
明るくするというのには2通り合って、全体を明るい方にシフトさせる（明るい側は飛ぶ）のと、
明点は動かさず、暗点を明るい側に移動させ、中間部はそれに応じてずらす（明るい側は飛ばない）方法です。

8bitの画像ですから元々は256階調ありますが、いずれの調整でも残る階調は128階調です。

最初の方法では、元データを明るい方へ50％分シフトさせますから、
溢れた半分が失われてしまい、結果128階調になるのは判りますね？

後の方は明点は動かさずに圧縮するわけですから、アナログ的には元階調は残りそうですが、
器となる側に50%から100％までの256階調の半分の128の「マス目」しかありませんから、
圧縮された元画像の256階調は、中間のデータが間引かれて128階調に整理されてしまいます。

もし調整がこれで終了するならば「仕方がない」話ですが、さらに調整を重ねるとしたらどうでしょう？

一度128階調にまで減った画像を弄れば弄るほど、256マスの「マス目」の中に無理矢理詰め込まれていきます。

もしこれが16bitの65,536マスの「マス目」だったらどうでしょうか？

元々のデータは256階調しかないことには変わりありませんが、階調を減らして無理矢理詰め込む必要はありません。
無理矢理詰め込む作業は、1階調分を1/256以上に小さくする必要が生まれたときに初めて行われます。

一番最悪な調整は、256階調のデータを、255の階調に再調整する作業です。
255個のデータを256個のマス目に「均等に割り振る」面倒さというか、やっつけの結果になる様が見えるようです。

さらにその後256階調に戻すような調整が出れば、元通りに戻るわけもないのが理解できると思います。

つまり、8bit画像を16bi画像に変換してから調整するというのは、
調整する度に生まれる「半端」な数値を切り捨てたりせずに保持したまま、次の調整に生かす保全処理です。

もちろん最終的には8bit画像として保存するのなら、最後は256階調に無理矢理詰め込みますが、
途中で半端と見なされたデータがぽろぽろ欠落していくことを防ぐことが出来ます。

結果として、いくつかの種類が異なる調整を組み合わせたとしても、階調情報を最大限に活かせるわけです。

もう1つ例を出すと、8bit=256階調というのは約0.4%刻み（250階調）の調整が可能と捉えることが出来ます。
この時、0.2%の明度上げの調整を行うとしたらどうでしょう？

8bit階調のままでは当然行えませんので、16bit階調に変換して行うとします。
そして実質250階調（256階調）の半分の数値で調整をかけてずらしていくわけですから、階調数は倍になります。

つまり元は8bit階調だった物が、調整後は9bit階調（512階調）に階調が増えていることになります。
もちろん512階調をフルに使うかは別ですが、256階調からは溢れるだろう事は分かりますよね？

このように「元のデータが8bitならどう弄ってもそれ以上の階調が生まれない」などということは無いのです。

（続きます）

書込番号：12668634

[アキラ兄さん]

ではRAWデータのbit数についてですが、大きくは前述の16bitなどの余裕確保と同じですが、微妙に意味が違います。

画像でいうところの階調のbitの意味は、8bitであれば、0は「0％」で255は「100％」を表します。
16bitであれば、0は「0％」で65,535は「100％」となります。

ところがRAWデータのbit数は、もっと厳密に「マス目の数」としての意味が強いのです。

撮像素子から出力されたデータをbit数に応じて記録していく、という意味ではなんら変わりはありません。
しかしRAWデータは「実際には画像には使えないだろうな」という露出領域までデータとして記録しています。

この余裕記録部分を「ヘッドスペース」「フットスペース」と呼ぶのですが、
RAW現像時に、どの程度「ヘッドスペース」「フットスペース」の領域「まで」利用するのか決めるわけです。

つまり、12bitRAWのデータから12bit階調をフルに生かした画像を取り出すことはあり得ません。

現像ソフトで16bit書き出しがあるのは、それでも11bit階調よりは階調がある画像を劣化なく書き出すためです。
このことは程度が違うだけで14bitRAWデータでも同じことです。

イメージとしてはRAWデータから必要な階調量域をトリミングして、画像データとして現像している感じですね。

ですので、用途に応じて現像をし直す気があるのであれば、8bit画像に書き出すので充分ともいえます。
逆に、一度現像した画像を元に調整したり加工をするのであれば、16bit画像に書き出しておいた方が賢明です。

またもう1つ指摘するならば、
RAWデータの12bit/14bit階調というのは、撮像素子の階調をオーバーサンプリングする意味合いがあります。
つまり撮像素子自体が出力している信号より階調数が結構多めだということです。

そういう意味からも、12bitRAWデータからの出力が12bit画像データ並みの綺麗さということではなく、
12bitという階調「解像度」でスキャンしているデータと受け取ってください。

本文内容は以上です。

あとは余談レスです＾＾；

書込番号：12668739

[アキラ兄さん]

なぜこういう内容をこの板にアップするかについてです。

「自分のブログでやれ」というのは至極真っ当な意見だと思います。

ですが、僕が何らかの理由で死ねば、契約したサーバ上のデータは失われてしまいます。
また個人のブログ上の内容は、根本的な間違いでもケアレスミスでも、誰かが指摘して反映される物でもないです。

写真などについてでは無いですが、
探しに探してやっと見つけた解説のリンク先が、既に存在していないときの徒労感といったらありません。
検索でトップレベルでヒットするサイトでの説明中身に、分かりづらい間違いが存在する場合も同じです。

価格.comの掲示板であれば、一般のキーワード検索でもヒットしますし、
質問や訂正指摘などもレスを付けることで可能ですし、書き込んだ当人の存否を問わずログが残ります。

雑談スレの流れの中でだと、そのスレが閉じてしまうと後日該当レスを探し出すのも大変です。

当然快く思わない人も居るかとは思いますが、
現行機種板であったり、他の話題で賑わっている最中ということでもないということで、どうかご容赦の程を。

書込番号：12668795