『JPEGってＤレンジの非線形圧縮してますか？』のクチコミ掲示板

[Tomarctus]

デジカメからの出力JPEGはRGBそれぞれ８ビットの約1600万色ですね？　入力画像のダイナミックレンジがこの（RGBそれぞれ８ビット）の１６００万色内に収まっていれば、RGBの各CCDのダイナミックレンジが８ビットよりまずまず大きい場合も、ぐんと大きい場合でも（例えばそれぞれ１２ビット以上でも）、差が出ないのではないのでしょうか（もういくつねるとさんの疑問の答えになるかも、　でも正月過ぎちゃってもういくつねると何になるの？？）。
それで、質問です。入力画像のＤレンジが非常に広く、RGB成分がとても８ビットでは収まらない場合、Ｆ710のようにCCDがそれでもちゃんと対応できたとしたら。出力のJPEGを得るにはどう処理しているのですか？　線形で出せば、ＣＣＤでは対応しているのに、白とびなしでは暗い部分が全部真っ黒になり、暗い部分を出せばCCDでは飛んでいないのにJPEGでは白飛びになります。広いＤレンジの受像信号を白飛びも抑え、暗部も見えるように持ち上げ何とか１６６０万色に収めるようレンジ圧縮しているのですか（ガンマ曲線操作？？）。こうなるとISOが定義しづらい。また、RAWデータを使った場合は何ビットの画像ファイルに変換しておられますか。これを最終的にJPEGに変換するとなるとやっぱり、レンジ圧縮するのですか？　素人の質問ですみません。

書込番号：3789987

[ひろ君ひろ君]

していると言われてますが
本当のところはメーカーの人でないとわかりません

書込番号：3790106

[ブルーミングとスミア]

Tomarctusさん、こんばんは。

デジカメのCCDから読み込まれるRAWデータは、露光量に比例した値になっています。ISO感度が同じなら、シャッタースピードが2倍速くなると、RAWデータは半分になります。

ところが、JPEGなどの画像データではデータの値と光量が比例していません。8ビットということはRGB各色が0〜255の値で記録されているわけですが、例えばモニターにガンマ値2.2で表示する場合は、データの値を2.2乗した明るさで表示します。

1の2.2乗＝1
10の2.2乗≒158
100の2.2乗≒25119
255の2.2乗≒196965

つまりデータが1のときは、データが255（輝度が最大）のときの約20万分の1の明るさで表示されます。このようにすることで、少ない精度のデータでも広いレンジの表示ができるようになっています。

これは人間の目が、明るくなるほど感度が低くなる性質を生かした方法で、例えば明るさが同じく10増えた場合でも、10から20になれば良く分かりますが、10000から10010になっても分かりません。

CCDのRAWデータが12ビットだと、各色の明るさを0〜4095の精度で記録することができます。出力側の最小値が20万分の1なのに、記録する側が4000分の1では精度が足りないと思われるかもしれませんが、写真は被写体の明るさをそのまま記録しているわけではありません。

これは、フィルムを使った場合でも同じです。ネガフィルムでは感光した粒子の数だけ現像後に光を通さなくなりますが、この粒子の数は露光量に対して完全に比例するわけではありません。

露光量が適正な露出の100分の1くらいになると、感光した粒子の数は適正露出の100分の1よりさらに少なくなります。つまり写真のかなり暗い部分は、実際の光景よりさらに暗く写っています。

デジタルカメラでも同じような結果になるように、暗い部分はより暗い画像にしています。デジタルデータの値が小さい部分では、ノイズの影響が大きく現れるため、この処理は暗部のノイズを低減することにもなっています。

書込番号：3791037

[@ぶるーと]

CCDはアナログデバイスですから、当然そこから出力されてくるのはアナログ信号です。
これがA/Dコンバーターを通ることによってデジタル信号に変換されます。710の場合は14ビット、各色16,384階調で変換されるようです。
この、単にA/D変換されただけの情報が、CCD RAWと呼ばれているもので、RAWモードで撮影した場合は、この情報がそのままメディアに記録されることになります。
私はメーカーの人ではないので、ここからは推測ですが、RAWモードでなく通常モードで撮影した場合、まずRAWファイルを解析することで、S画素とR画素の混合比率が決まり、さらに我々がフォトショップでやっているような色補正やら色強調やらトーンカーブ補正やら、6Mモード以外ではリサイズの量が決まります。一体型さんの報告によれば、たぶんこの段階で高輝度部情報や低輝度部情報はある程度カットされるようです。
ちなみにここまではおそらくすべて14ビットで処理されています。
そしてRAWファイルから無圧縮の8ビットの画像が生成され、生成された端からJPEGに圧縮されて行く、といった流れなんじゃないかと推測します。
ある程度、高輝度部や低輝度部をカットした上で、見栄えをトーンカーブなどで整えつつ、階調方向の解像度？を全体で落とす。
私の感覚的に言うとこんな感じなんですが、分りにくいですねえ(^^;)

書込番号：3791104

[Tomarctus]

ブルーミングとスミアさん、ぶるーとさん早速のご返事有り難うございます。
　明るさに関しては非線形に量子化していることは分かりました。基本はγ値ですか（y=C×x^γ）。フィルムなどではγ値以外にOD（Optical Density）も使いますが（y=Clogx）、それは使わないのですね（人間は明るさも対数的に感じるので）。

それはそれとして、JPEGを出力するには空間分布の情報処理も併せてやっていますね。F710を使用して思うことは、白バックの黒細線は必ずと言っていいほどオーバーシュートがかかっています。つまり黒細線の際（きわ）は実際以上に白くなっています（白い縁取りがある感じ――私の公開アルバム５）。逆に黒バックの白細線はきれいです（−−　同８のシャボテンの白ヒゲ）。空間周波数の制御はどうしているのですか？　CDの音楽再生時のDA変換のようにデジタルフィルタを使うのでしょうか？　これを上手く使い、パソコンに取り込んでからでよいでしょうが何分の１かのドット周期にすれば解像度は変わりませんが、画素数は数千万にもなりドット間のつながりが滑らかになり、Ａ０プリントでもきれいになるのですがこういうことはまだやらないのですか？　ぷるーとさん（かなりこの分野に詳しいと見ました）よろしくお願いします。

書込番号：3794673

[@ぶるーと]

すいません、私基本的に文系頭しか持ち合わせてなく、ぜんぜん詳しくないです(^^;)
私のデジカメに関する知識は、ほとんどこの掲示板から学んだものばかりだったりします（汗）
その上で、Tomarctusさんが言う、「空間分布の情報処理」と言うのが、いわゆるシャープネスだとか輪郭強調だとか言うものだとすれば、これは撮影時にシャープネスをソフトに設定すれば緩和されます。
「空間周波数の制御」と言うのが、いわゆるCDのD/A変換におけるオーバーサンプリングのようなものを指すのであれば、ハニカムは300万画素の情報から600万ピクセルの画像を作ったりしていて、これは少なくとも正方配列の300万画素のものより大伸ばしに強いと思います。また、フォトショップを使って例えば、横1280縦960ピクセルの画像を、横2560縦1920ピクセルの画像に四倍拡大した場合、普通に考えればドットが四角く目立ってきそうなものですが、これが意外に目立たないですから、なんらかの補間処理がされているのは間違いないと思われます。
まあ限度はあると思いますが、このようなやり方で比較的なめらかな大伸ばしプリントを作ることは、不可能ではないでしょう。
でもこれだと、Tomarctusさんの納得のいく答えじゃないと思いますが、私の頭だとこれが限界です(^^;)

書込番号：3796129

[@ぶるーと]

前の書き込みの補足です。
百聞は一見に如かずなので、フォトショップで拡大した画像をアップしました。効果が分かりやすいように8倍拡大しています。

http://collection.photosquare.jp/open.php?ad=59753&page=2&pic_no=2
これは元画像。

http://collection.photosquare.jp/open.php?ad=59753&page=2&pic_no=1
こちらがニアレストネイバー法で再サンプリングしたもの。

http://collection.photosquare.jp/open.php?ad=59753&page=2&pic_no=0
これがバイキュービック法で再サンプリングしたもの。

フォトショップでは画像解像度を変更する際、画像の再サンプル法を選択できるようになっていて、デフォルトではバイキュービック法というのが使われるようになっており、これがTomarctusさんの考えているのに近いことをやっているような気がします。
上のニアレストネイバー法は、特別何もせず、ただ拡大しただけの感じ。

少しはお役に立てるかも知れません。

書込番号：3799606

[@ぶるーと]

すいません、上で8倍拡大と書きましたが、横4倍縦4倍で、16倍拡大してることになります。
計算間違えました^^;)

書込番号：3802100

[Tomarctus]

ぷるーとさんどうも有り難うございました。大分分かってきました。CCDのハニカムずらし配置は縦、横には実際２倍の空間周波数成分が存在するわけで、オーバーサンプリングにはならないと思います。斜め４５度方向はその（１／√2）の周波数成分までですが。それと、広いダイナミックレンジをダイナミックレンジの圧縮をして（暗い側もしくは明るい側をカットせずに）なんとかRGB８ビット内に収めてしまえば、情報の損失は少ないかも知れないがコントラストが無くなってしまいませんか？　F710のJPEG画像の何となく甘い描写はこのせいでは？RAWではこの甘さがとれませんか？

書込番号：3805617

[@ぶるーと]

ハニカムに関しては、Tomarctusさんのおっしゃる通りだと思います。
正方画素CCDとハニカムを比べると、縦横方向より斜め方向に解像度の高い正方CCDに対して、ハニカムは縦横方向の方が解像度が高いですから、全体の解像感も正方画素CCDのものとは違ってくると思われ、私の使っている700も同様なのですが、710の何となく柔らかめの描写も、この辺に原因があるのではないかと、個人的には思っています。
Tomarctusさんのお考えの通り、JPEG8ビットに広いダイナミックレンジを閉じこめると、いわゆる「眠い画調」となり、パッと見に見栄えがしないというか、一般受けしない画調になってしまうため、700も710も意図的にレンジを狭くしたり、コントラストを強調した画像を作り出しているようで、その意味ではかなりクッキリした画質になってますから、それが原因で描写が甘く見える、というのはちょっと違うような気がします。
実生活の方が、ちょっとゴタゴタしていたため、お返事が遅くなってすいません。

書込番号：3813132