ベールのようなまぶしさ

導入

ベールグレアとは、画像がぼやける（暗部のコントラストが低下する）迷光のことです。これは、レンズ部品の表面とレンズ鏡筒内部での反射によって発生します。レンズフレア（画像のぼやけ（暗部のディテールと色の喪失））や「ゴースト」画像の発生を強く予測する要因であり、視野内またはその近傍に明るい光源がある場合に画質を低下させる可能性があります。ベールグレアは、人間の目を含むあらゆる光学系で発生します。特に、120 dB以上のダイナミックレンジを持つハイダイナミックレンジ（HDR）センサーを使用する場合、カメラのダイナミックレンジを制限する主要な要因となります。

フレアの少ないレンズは、従来から優れた色再現性で知られています。特に暗部において、色の彩度が高くなります。低フレア性は、シャープネスと同様に、ライカやツァイスのクラシックレンズが名声を博してきた要因の一つと言えるでしょう。

ブリュッセルのサンカントネール公園（秋のAutoSensカンファレンスの開催地）の入り口近くにあるこの像は、太陽光から目を覆うことで、フレア光への対処法を知っている。

レンズフレアに対処する方法はいくつかあります。

• レンズ設計において、ベール状のグレアは、高品質のレンズコーティング（多層コーティングが最適）、レンズ鏡筒内のバッフル、そして綿密な設計によって制御されます。
• 現場では、レンズフードやレンズ表面を太陽光から遮るものがあれば何でも使って軽減できます。アンセル・アダムスは、ダットサン（日産）のCMで有名になった蛇腹式のレンズシェードを使っていました。（ここに背景情報があります。アダムスのフォードには「ゾーンV」のナンバープレートが付いていたのを覚えています。 ）彼は緊急時には帽子を使っていました。
• スタジオでは、光源に取り付けられた「バーンドア」と呼ばれる調整機構によって制御されます。

ベールグレアは、以下のImatestモジュールで測定できます。

• ステップチャートは、ブラックホールの隣接箇所にQ13またはQ14（線形）グレースケールチャートを使用します。このグレースケールチャートは、カメラの応答特性（処理済み画像の場合）を推定するために使用されます。ただし、常に生画像を使用する方が信頼性が高いです。
• Uniformity (およびUniformity Interactive ) は、Imatest 5.0+で ISO 18844 メソッド C を使用してベールグレアを測定します。画像にはグレースケールチャートを含めることはできません (線形化情報は別の測定から取得する必要があります)。2つのチャート画像を必要とするメソッド A と B は後日追加されます。
• 画像統計モジュールは、以下に示すように、空間的に依存するレンズフレアを調べるのに役立ちます。

太陽光によって発生した激しいレンズフレア（左端）と、太陽光を遮った状態で発生した中程度のフレア（左手前）を示す、お決まりの悪い写真。
キヤノン EOS-20D、24-70mm f/2.8L、24mm、f/8、フードなし。

コロラド州の悪名高い「2007年の冬」に撮影された写真。
（12月と1月の3週間で5フィートの積雪）

Imatestのベールグレア測定は、厳しい状況下でのレンズフレア発生率を的確に予測するために設計されています。数値が大きいほど、フレアが発生しやすいことを示します。しかし、この測定方法は完璧ではありません。ゴースト現象（左の画像の停止標識の背後に見られる現象）を予測することはできません。また、処理済みの画像には適しておらず、信頼できる測定値が得られるのはリニアRAW画像のみです。さらに、安価なカメラやカメラ付き携帯電話では、 RAW画像が利用できない場合が少なくありません。

測定自体は比較的簡単ですが、注意深く測定を行わないと、不正確な結果や誤解を招く結果が生じる可能性があります。最高の精度を得るためには、マニュアル設定または露出補正といった露出制御をある程度行うことをお勧めします。カメラ付き携帯電話などの簡易機器では、露出制御機能が利用できない場合があります。

ベールグレアは、画像フレームをはるかに超える均一な白色領域（ ISO 18844では画像幅の1.41倍）内に、完全に黒い領域を1つ以上撮影することで測定されます。これは、黒い領域（光を発しない）からセンサーに到達する光と、周囲の白色領域からセンサーに到達する光との比率として定義されます。

ベールグレア = V = L (黒色領域) / L (白色表面) 、ここでLはセンサーにおける照度です。

リニアイメージセンサー（ほとんどの非HDRセンサーを含む）の場合、この測定は簡単です。

• センサーの線形（RAW）出力にアクセスできる場合は、
• 白い領域が飽和していない場合（ISO 18844では、ビット深度=8のファイルの場合、255のうち225のレベルを推奨しています）、
• 黒領域の信号がノイズを十分に上回るほど大きい場合、
• 黒い領域が完全に黒い場合。

まず、これらの問題のうち最後のもの、つまり完全に黒い物体、ブラックホール（光のトラップとも呼ばれる）をどのように作り出すかについて取り上げます。ご安心ください。惑星を中心部に吸い込むタイプのブラックホールよりも環境に優しいものです。

レンズの反射はフレア光の主な原因の一つです。無コーティングのガラス面（屈折率約1.5）は、入射光のR = 4% = 0.04を反射します。（ガラス板やレンズ部品には2つの面があることを覚えておいてください。） 光源とレンズ面の間にあるガラス面ごとに、一次反射光の割合R （入射光のR² ）がイメージセンサーに反射されます。これを二次反射と呼びます。ほとんどのレンズ面は湾曲しているため、この光は焦点が合わず、画像の一部がぼやける傾向があります。 Edmund Opticsによると、最高の反射防止コーティングは可視スペクトル（約400～700nm）でR ≅ 0.4% = 0.004です。R = 0.005は、妥当な入射角の範囲でより現実的かもしれません。各二次反射からセンサーに反射される光は、 R 2 = 0.000025 = 2.5*10 -5 = -92 dB (20*log 10 ( R 2 ))となります。二次反射の数N secは、レンズ内のコンポーネント数M （接着された要素のグループで、それぞれに2つの空気-ガラス面があります）とともに急速に増加します。1コンポーネントの場合は1、2コンポーネントの場合は6、3コンポーネントの場合は15、4コンポーネントの場合は28、5コンポーネントの場合は45などです。Mコンポーネントの場合、 M = 5 コンポーネントは、高品質のカメラ付き携帯電話では一般的です。M ≥ 12 コンポーネントは、 DSLR ズームレンズでは一般的です。迷光が画像全体を覆わないため、全体的なレンズフレアは、二次反射の数が示唆するほど深刻ではありません。明るい領域からの距離が離れるにつれて減少します。センサーのダイナミックレンジがはるかに高い場合でも、実用的なカメラのダイナミックレンジの測定値が 70～90dB 程度に制限される理由は容易に理解できます。 ISO 18844モデルはレンズ反射によって生じる空間依存のフレアを測定しないため、実際のシステム性能を評価する上での価値は限られている。

I. Imatest Stepchartによるグレアの軽減

この方法はもはや推奨されていません。ISO 18844または、
より高品質な測定には、コントラスト分解能2露光法を使用します。

ブラックホールは、Kodak Q-13やQ-14などの標準的なステップチャートの隣に設置され、カメラのトーンレスポンス（シーンの輝度に対するピクセルレベル）を測定できます。これは画像の線形化に役立ちますが、カメラが単純なガンマ（指数関数）レスポンス曲線（ピクセルレベル＝明るさ^{（エンコーディングガンマ）} ）を持つことはまれであるため、万能ではありません。カメラから処理されたファイルは、明るい領域で非線形レスポンスを示すことがよくあります。つまり、レスポンス曲線に（フィルムのような）「肩」があります。これは、デジタルカメラはハイライトが白飛びする傾向が強いため、画像的には良いことです。また、暗いシャドウ（ハイライトよりも測定が難しい）では、直線的なガンマレスポンスから逸脱することがよくあります。

Imatest Stepchartのベールグレア法は、ISO 18844 [1]のセクション 4.3.2 に記載されている測定タイプ C と非常によく似ており、以下に説明します。

Stepchartでは、ベールグレアを測定するためのガンマ（画像コントラスト）は、いくつかの方法のうちの1つによって計算され、図に示されている平均ガンマとはかなり異なる場合があります。

ベールグレア計算なし（デフォルト）
ベール状のまぶしさ、暗い部分からのガンマ値（旧画像）	Imatest 3.9 より前に使用されていました。微妙な反射光（Q=13/Q-14 チャートの半光沢表面の問題）があると、影のコントラストが低下し、精度が低下します。
ベール状のまぶしさ。明るい部分からのガンマ値。	影の部分にグレアが発生する場合は好ましいが、階調特性曲線に「肩」のような部分がある場合はあまり良くない。RAWファイルとの相性が良い。
ベール状のグレア; RAWファイルの場合はガンマ値を1に設定してください!!! (最適)	ガンマ値1で正確に変換されたベイヤーRAWファイルを使用するのが最適です。オフセットは測定結果を損なう可能性があるため注意してください。

さらに3つの設定により、ブラックホールを白い領域の隣に配置することが可能です。

ホワイトポイントは、ステップチャートのピクセルレベルが最小値から最大値までのピクセル範囲の0.1から0.6の間にある領域から推測されます。つまり、最も明るい領域（多くの場合非線形であり、トーンレスポンスカーブの「ショルダー」部分）は除外されます。ホワイトリファレンスは、この領域の中央にあるパッチから推測されます。たとえば、パッチ11だとします。Q-13/Q-14は0.1の濃度ステップを持つため、パッチ11は基準ホワイトであるパッチ1（明るさが1/10）よりも1.0濃度単位暗くなります。つまり、パッチ11の測定値からホワイトレベルを推測します。推測されるホワイトピクセルレベルは、（パッチ11のピクセルレベルの10倍）^ガンマになります。非線形性やハイライトのクリッピングは非常に一般的であるため、この手法は、ホワイト領域を直接測定する場合よりも正確なベールグレア測定結果をもたらします。以下に、修正されたベールグレア方程式を示します。

ベールグレア = V = (ピクセルレベル（黒い物体）/ピクセルレベル（白い表面、推測）) ^1/ガンマ

ターゲットの組み立て

測定のための一般的な枠組み

ステップチャートを用いた分析では、コダックQ-13またはQ-14ステップチャートとブラックホールボックスを、Q-13チャートの約2倍の幅のマットボードに取り付けます。マットボードの寸法は厳密である必要はありません。マットボードには、Q-13チャートを取り付ける位置のすぐ右側に、3/4インチ× 1インチの穴を開けます。ブラックホールボックスはその後ろに取り付けます。Q-13チャートは、開口部にわずかに重なるように取り付けます。マットボードは、安全に保管するために簡単に取り外せるように、ベルクロで大きな白い発泡スチロール板に取り付けます。

ブラックホールの位置の詳細

必要に応じて、ブラックホールを白いパッチの隣に配置することも可能です。この配置を可能にするための設定がいくつか追加されています。

ベールグレアの測定

• Imatestテストラボの説明にあるように、対象物を均一に照らし、対象物全体の照度変動が±20%以内になるようにしてください。カメラ周辺の周囲光はできるだけ低く保ち、「ブラックホール」に入る光を最小限に抑えてください。
• レンズフードやフィルター（多くの写真家がレンズ保護のために装着している一般的なUVフィルターなど）を使用しているかどうかを確認してください。どちらもベール状のグレアに影響を与えます。
• 暗い部分のノイズを最小限に抑えるため、カメラのISO感度を可能な限り低い値に設定してください。
• 露出（または露出補正）を調整して、ホワイトレベルが飽和値に近い値（8ビットファイルの場合はレベル225付近）になるようにします。つまり、露出オーバーの方向に調整します。
• RAW出力が強く推奨されますが、応答が単純な指数関数（ガンマ曲線）に比較的近い場合（つまり、特に「つま先」領域で複雑なトーン応答曲線を持たない場合）、JPEGでも全く問題ありません。残念ながら、この前提が完全に成り立たないカメラ付き携帯電話も存在します。以下に、推奨されるdcraw設定を示します。

dcraw は画像ファイル内のピクセル (黒レベル) オフセットを常に適切に除去するとは限らないため、RAW ファイルをDNG 形式に変換してからImatestに読み込むことをよくお勧めしています。

• ターゲットの中央部分を撮影し、Q-13チャートと「ブラックホール」の周囲に白い領域を残します。典型的なフレーミングは、上の図の「ターゲットの組み立て」の右側に示されています。フレームの左右にある白いターゲットの長さは、フレーム自体の長さとほぼ同じになるようにします。同様に、フレームの上と下にある白いターゲットの長さも、フレーム自体の長さとほぼ同じになるようにします。（画像フレームの外側からレンズに入る光は、レンズフレアの重要な原因となります。）
• Imatest を起動し、ステップチャートを選択します。画像ファイルを開きます。自動ゾーン検出のチェックが外れていて、画像サイズが前回の実行時と同じ場合、同じ ROI (関心領域) を繰り返すかどうかを尋ねられます。 「いいえ」と入力すると、ROI の選択を求められます。大まかな選択で構いません。別のウィンドウで選択範囲を絞り込むことができます。
• 大まかな選択を終えると、下図に示すステップチャート入力ダイアログボックスが表示されます。ベールグレアを測定するには、「自動ゾーン検出」のチェックを外し、パッチ数をステップチャートのパッチ数より1つ多い数（この場合は21）に設定し、ベールグレアを適切に設定する必要があります。上記の推奨事項に従ってデコードされたRAW画像の場合、ベールグレア、ガンマ=1を推奨します。

VG、左側の空洞とは、空洞がチャート画像の左側にある白い部分に隣接していることを意味します。 これは、画像が水平方向に反転（鏡像化）されたという意味ではありません。

• 「OK」をクリックします。微調整ボックスが表示されます。暗い部分が暗すぎる場合は、 「ズームアウト」のすぐ右にある「明るくする」を押して、はっきりと見えるようにします。「明るくする」ボタンは、画像が明るくなると「標準」に変わります。ウィンドウを最大化して「粗くする」ラジオボタン（中央左）をクリックすると、調整がうまくいく場合があります。

• 「はい、続行」をクリックしてステップチャートを実行し、ベールグレアを計算します。

結果

最初の図は、キヤノンEOS-20Dに24-70mm f/2.8Lレンズを装着し、焦点距離70mm、絞りf/8で撮影した結果を示しています。図の右中央には、ベール状のグレアが写っています。

フィルターなし：ベール状のまぶしさを23%低減

UVフィルター使用で、約2段分露出オーバー。 結果は過剰照射の影響を受けにくい。

これらのグラフは、JPEGとRAW（TIFF形式）の濃度応答における線形性の違いを示しています。EOS-20Dは、線形性（直線的なガンマ曲線）からわずかに逸脱しているだけです。

JPEG密度応答、 ハイライトに非線形性を示す

RAW/TIFF濃度応答、 ハイライト部分の直線性が良好

結果表：キヤノンEOS-20DのJPEGデータ
レンズ	要素	グループ	焦点距離	絞り値	ベールのような眩しさ	コメント
キヤノン 24-70mm f/2.8L USM（フードなし、単層UVフィルター付き）	16	13	70	8	0.453%	優れたシャープネスで知られるプレミアムズームレンズ。シングルコートUVフィルターの影響を大きく受けるが、露出オーバーには影響を受けにくい。RAW（CR2）画像から処理した場合、フィルター使用時のベールグレアは0.564%、フィルター不使用時は0.391%であった。結果は異なるが、傾向は類似している。
（フィルターなし）					0.348%
（フィルター使用、露出オーバー2段）					0.464%
キヤノン 90mm f/2.8 TS-E（フィルターなし）	6	5	90	8	0.291%	構成枚数と群数が比較的少ない、非常に高品質なティルトシフトレンズです。美しい階調と色彩表現力を持ち、フレアも少ないのが特徴です。
シグマ 18-125mm f/2.5-5.6 DC（フード、マルチコートUVフィルター付き）	15	14	77	8	0.293%	価格の割に非常に優れたレンズです。フレアも驚くほど少ないです。（購入を検討されている方へ：オートフォーカス性能はあまり良くありません。マニュアルフォーカスの方がはるかに優れています。）
キヤノン 28-80mm f/3.5-5/6 (フィルターなし)	10	9	80	8	0.634%	（1991年版）低価格を目的とした安価なキットレンズ。期待値は低かった。ホワイトバランスが妙に赤みがかった。
キヤノン 70-200mm f/4L USM（UVフィルター、フード付き）	16	13	70	8	0.396%	優れた軽量レンズです。ISバージョンは15群20枚のレンズ構成で、フレアが発生しやすくなります。
下部の表は、グループ（接続された要素の集合）の数と、ベール状のグレアに寄与する反射の数との関係を示しています。

結果のほとんどは予想通りだった。キヤノン90mmはフレアが最も少なく、安価なキヤノン28-80mmは最もフレアが少なかった。唯一意外だったのは、シグマ18-125mmの優れた性能だ。このレンズは性能と価格のバランスの良さで知られているが、オートフォーカス性能は平凡だ。私はマニュアルフォーカスで使用している。

制限事項

望遠レンズの場合、特にレンズフードなしで測定すると、ベールグレアが過小評価される可能性があります。これは、望遠レンズでは、前面レンズに到達する光のごく一部しか像として形成されないためです（標準レンズや広角レンズでは、その割合ははるかに大きくなります）。上に示したターゲットは、レンズに到達するすべての光をシミュレートするには十分な大きさではない可能性があります。レンズフードを使用すれば、この誤差は大幅に軽減されます。

低照度下でカメラの応答に非線形性がある場合、結果が不正確になる可能性があります（ただし、相対的な結果、つまり比較は有効です）。RAW画像を使用し、「線形」（つまり、単純なガンマカーブ）設定で変換するのが常に最も安全です。Imatestでは、 dcrawコンバーターを使用して、多くのRAWフォーマットを読み込むことができます。

III. Imatest UniformityまたはUniformity Interactiveを使用したISO 18844フレア（ベールグレア）測定

Imatest 5.0+ の均一性モジュールと均一性インタラクティブモジュールに、 ISO 18844 フレア測定機能が追加されました。現在実装されているのは、暗い領域が「ブラックホール」（光トラップ）である単一画像を使用するメソッド C のみです。

ISO 18844チャートの配置：画像の高さと幅の1/10の寸法を持つ単一の長方形（HとW）
または、対角線上に配置された円の集合。

Imatest社はこのテストターゲットのバックライト付きバージョンを提供しています。透過型チャートは暗い環境で使用し、チャートへの光の反射を最小限に抑えるように注意してください。

現在のISO 18844規格には、かなり深刻な問題が1つあります。4.3.1節では、ほとんどの民生用カメラで使用されているsRGBカラースペースの式を使用して画像を線形化する（出力輝度値Y' sYCCを求める）式が示されています。問題は、ほとんどのカメラがsRGB（またはその他のカラースペース）規格に従って画像をエンコードしていないこと です。実際、sRGB規格に近づくことすらほとんどありません。ほとんどのカメラは、トーンレスポンスカーブ（ハイライトの彩度を柔らかくするための「ショルダー」付き）を適用しており、これらのカーブは、測定が難しい暗い領域（ベールグレア/フレア測定に重要）のレスポンスにも影響を与える可能性があります。
ISO 18844規格のフレア画像サンプル（シミュレーション）。クリックしてダウンロード

• 最初のステップである露出とRAW設定によるターゲットの照明は、ステップチャートの場合と同じです。
• ターゲットの中央部分を撮影し、上の図のHとVがフレームに収まるように構図を決め、必要に応じてアスペクト比を調整してください。
• Imatestを実行し、 「均一性」または「インタラクティブ均一性」を選択します。画像ファイルを開きます。画像のサイズが前回の実行時と同じ場合は、同じROI（関心領域）を繰り返すかどうかを尋ねられます。ほとんどの場合、画像全体を選択します。
• 選択後、 「はい」 （エクスプレスモードではない）をクリックすると、均一性設定ウィンドウが表示されます（一部を以下に示します）。ISO 18844 計算を行わないか、線形化に 2 つの方法を使用する計算を選択できます。ガンマ値を入力する（左下に表示）か、カラースペース線形化を使用する（規格で要求されているが、正しくないことがほとんど）かのいずれかです。ガンマ値は別の画像で測定する必要があります。

均一性設定ウィンドウ（一部）

• 「ブラックホール」検出方法を選択してください：「自動」または「手動しきい値から」
  • 自動（推奨）：画像に適応型しきい値処理を適用し、どのピクセルがブラックホール領域を構成するかを判断します。手動で設定したグローバルしきい値よりも、周辺光量落ちの影響を受けにくくなります。
  • 手動しきい値：このオプションを選択すると、右側のフィールドが有効になり、ユーザーは0から1までの数値を入力できます。このしきい値より小さい線形化されたピクセル値（データタイプの範囲に合わせて正規化され、0から1の範囲になる値）は、ブラックホール領域として表示されます。
  • 図を生成するには、「フレアプロット」を選択してください。

結果

結果はISO 18844フレアプロット、およびCSVとJSONの出力ファイルに格納されています。

ISO 18844 均一性試験結果（シミュレーションチャート使用）（対角線領域はすべて含まれていない）

ブラックホール検出の問題点

Imatestは、上記で説明したしきい値設定オプション（自動または手動）以外にもいくつかの基準を使用して、ISO18844フレア結果を生成するための有効な領域を判断します。画像をテストしていて、ソフトウェアが画像内のブラックホール領域で動作していないように見える場合（つまり、出力プロットでグレー表示され、測定値が表示されない場合）、いくつかの理由が考えられます。

ブラックホール領域が小さすぎます：誤った結果を防ぐため、閾値テストに合格した領域は、有用な連続領域として十分な大きさである必要があります。これは、検出された領域の側面から縮小していく処理を伴うため、画像内のブラックホールが小さすぎる場合（低解像度カメラで対象物から遠く離れた場所で撮影した場合などに起こり得ます）、結果に表示されない可能性があります。

ブラックホールの周囲に十分な明領域データがありません。ISO 18844 のメソッド C では、ブラックホール領域のピクセル値を、その周辺にある明領域のピクセル値と比較する必要があります。さらに、ブラックホールの四方（上、左など）の領域から明領域値を平均します。ブラックホール領域の四方すべてに適切なマージン内に有効な明領域データがない場合、測定は行われません。これは、ブラックホールが画像/切り抜き領域の端に近すぎる場合、または別のブラックホールに近すぎる場合に発生する可能性があります。

IV IEEE 2020 フレア方式 A

Imatest バージョン 25.2以降、Imatest はIEEE 2020フレア法 Aをサポートするようになりました。この方法は、ISO 18844 ベールグレア測定を拡張し、より広い視野にわたるフレア測定のための追加の校正ドットを組み込んでいます。この方法は、フラットフィールド解析モジュールで ISO 18844 フレア法 C の計算を使用することで、Imatest に直接適用できます。チャートはImatest ストアで購入できます。

Vコントラスト分解能2露光法

2021.2 では、コントラスト解像度チャートの 2 つの画像 (マスクなしで取得した画像とマスクありで取得した画像) から作成される、新しい複合ダイナミック レンジと画像フレア (ベール グレア) 測定のサポートを追加しました。この方法では、ベール グレアに加えて、通常のフレア (マスクなし) と低ベール グレア (マスクあり) の2 つのダイナミック レンジを測定し、ダイナミック レンジを制限する特定の要因に関する追加情報を提供します。マスクは、明るいパッチ (1-12) の 86% を覆うことでベール グレアを大幅に低減します。  明るい部分と暗い部分の内側の小さな領域だけが残ります。また、チャートの残りの部分のほとんども覆います。暗い部分13～20はマスクされていません。チャートを保持するフレームにぴったりと収まるマスクの画像が右下に示されています。円形の開口部（位置合わせマーク用）は、フレアを最小限に抑え、（ほとんどの場合）自動領域検出を可能にするために、光学濃度1.2のニュートラルデンシティゲルフィルターで覆われています。

コントラスト解像度の概念図

コントラスト解像度フレアマスク

方法

コントラスト解像度チャートの画像を2枚取得し、  同じ被写体を同じように撮影し、同じ構図で撮影した。片方はマスクなし、もう片方はマスクあり。

露出— リニアセンサーの場合、パッチ1の最も明るい内側の正方形が飽和状態になり、暗い内側の正方形は飽和状態にならないように露出を設定する必要があります（可能であれば）。  HDR（非線形）センサーに関する推奨事項は、経験を積んだ後に追記する予定です。露出はマニュアルで制御することを強くお勧めします。自動露出は、ほとんどの自動露出アルゴリズムがマスク画像内の最も明るい部分を過剰露出させてしまう傾向があるため、避けるべきです。

フレーミング—グレースケール/ダイナミックレンジテストチャートでフレーム全体を埋めることは、一般的にはお勧めしません。（フレーム全体を埋めるのは、SFRplus や eSFR ISO のような多目的チャートの場合のみ適切です。）中～高解像度カメラ（5MP 以上）の場合、チャートの縦方向の寸法が画像の約半分を占めるようにするのが良いでしょう。 ベールグレアは最も明るい部分と測定パッチの間隔に依存するため、測定の一貫性を確保するために、どのテストシーケンスでもフレーミングは一貫している必要があります。

Imatestはマスクを自動的に検出し、それに応じて計算を調整します。

マスクなしの画像では、明るいパッチ (1-12) の左側から計算される信号レベルは、マスクありの画像では、2 つの小さい (明るい方と暗い方) 内側の正方形の平均に置き換えられます。ノイズは、2 つの正方形 (明るい方の正方形。ただし、最上段は飽和する可能性があります) のいずれかから計算されます。最も暗い領域を除いて、ほとんどの結果はマスクありとマスクなしの場合で同じです。マスクによってベールグレアが大幅に減少するため、暗い最下段 (パッチ 18-20) の log ピクセル レベルの平均値が減少します。ベールグレアは、マスクなしとマスクありで測定した最下段の log ピクセル レベルの差です。

結果

本稿では、パナソニック Lumix LX-100 で撮影した画像を用いて、2 枚露光法を説明する。LUMIX LX-100 は、1 インチ (リニア; 非 HDR) センサーと高品質なライカブランドのズームレンズを搭載した、比較的コンパクトな高品質コンシューマーカメラであり、RAW ファイルを保存できる (本測定の成功に不可欠)。露出制御はマニュアルで、1/60 秒、f/8 とした。3 種類のファイルを分析した。

• 生のファイルは、LibRaw（dcrawの後継）を使用して48ビットカラーTIFFファイル（ビット深度=16）に変換されました。  シャープネス処理やノイズリダクションは行っていない。2つのガンマ設定を分析した。
  1. エンコーディングガンマ=1/2.2でAdobe RGBカラースペースに変換されたファイル、
  2. ガンマ値＝1で変換されたファイル（元の画像から変更なし）。
• カメラ内部で生成されたJPEG（24ビットsRGBカラー）。ノイズリダクションとシャープネス（バイラテラルフィルタリング）が適用され、トーンレスポンスカーブは直線的なガンマカーブ（ピクセルレベルが明るさに比例する（エンコーディングガンマ） ）とはかなり異なります。

RAW画像を48ビットカラーAdobe RGBに変換（ビット深度＝16、エンコードガンマ＝1/2.2）

この変換が最良の結果をもたらしました。 gamma = 1 (下記参照) を使用すると、測定値はビット深度 = 16 に制限され、最大ピクセルレベルは 2 ¹⁶ -1 = 65535 となり、log ₁₀ (65535) = 4.816 = 96.3 dB となります。 「ガンマ、トーン応答曲線、および関連概念- ガンマエンコーディングの利点」で指摘しているように、ガンマエンコーディング (通常はγ = 1/2.2 = 0.454) は実効ダイナミックレンジを大幅に増加させ、これらの測定値を大幅に改善します。

この変換では、入力画像をほぼ純粋なガンマ値1/2.2の曲線でエンコードします。ベールグレアやノイズがなければ、応答曲線（下のグラフの太い灰色の 線）は、最も明るい部分から最も暗い部分まで、傾き1/2.2の直線になります。暗い領域でこの曲線が平坦化している場合は、ベールグレア（および場合によってはノイズフロア）が存在することを示しています。

主要な結果は、各画像の上部グラフの右側に示されています（下の画像ではフォントがやや小さくなっています）。Y(patch 1, mean(18-20)) は、パッチ 1 の log ₁₀ (輝度) レベルと、下段の暗いパッチの平均値です。この値は、上部のグラフの log ₁₀信号レベル曲線が平坦化していることからわかるように、フレア光の影響を強く受けています。

マスクなしのAdobe RGB（48ビット）結果。
パッチ1 = 0; 平均Y(パッチ18-20) (最下段) = -2.04 (log ₁₀単位) マスクを使用したAdobe RGB (48 ビット) の結果。
パッチ1 = -0.027、平均Y（パッチ18-20）（最下段）= -3.53（ _log10単位）

ベールグレアの定量化

灰色領域の密度はパッチごとに 5 dB = 0.25 OD 増加するため、最下段 (パッチ 19 に相当) の平均密度は 18×5 = 90 dB = 4.5 OD となり、パッチ1 (左上の最も明るいパッチ) に対するパッチ 19 の照明 = 0.0000316 (線形単位) に相当します。 γ−enc = 2.2 の色空間の場合、これはP _log ( 19 ) = log ₁₀ (ピクセル レベル( 19 ) ⁄ p _max ) = 4.5/ γ−enc = −2.04となり、これはよく観測される値よりも高くなります。 P _log ( 19 )がどちらかの画像で低い場合 (上記の画像では -2.04 と -3.56 です)、カメラは単一の画像からベールグレアを計算するのに十分な線形性を持っていないと想定し、以下の2 画像法を使用する必要があります。

パッチn上の正規化された照明I _nの測定された log ピクセル レベルは、エンコーディング gamma γ-enc の影響を受けます。

ピクセルレベル(n) ⁄ p _max = I _n ^γ-enc for patch n 、ここでp _max = ビット精度における最大ピクセルレベル (8 ビットファイルの場合は 255、16 ビットファイルの場合は 65535 など)

Adobe RGBカラースペース（ここで使用）の場合、 γ-enc = 1/2.2 = 0.4545です。sRGBは近いですが、正確ではありません（線形領域が小さいため）。カメラ内JPEGファイルではあらゆる種類のトーンレスポンスカーブが適用されるため、 γ-encの決定が困難になることに注意してください。γ -encを信頼できる既知の値にするには、RAW画像から始め、ショルダーやトーンマッピングなどの追加処理を行わない単純なガンマカーブを使用するRAW変換プログラム（Imatestで使用されているLibRawなど）を使用する必要があります。プロットに表示されるログピクセルレベルは

P _log (n) = log ₁₀ ( pixel level(n) ⁄ p _max ) = γ-enc × log ₁₀ ( I _n ) ; I _n = ( pixel level(n) ⁄ p _max ) ^{1/ γ-enc} = 10^( P _log (n) ⁄ γ-enc )

パッチ 1 (左上の最も明るいパッチ) については、 Iはすべてチャートからのもの ( I _1-total = I _1-chart ) と仮定できますが、パッチ 18-20 の平均 (つまりパッチ 19) については、チャートの平均密度が 4.5 であり、パッチ 1 に対して 0.0000316 (線形単位) のレベルオフ ( I _19-chart = 0.0000316 I _1-chart ) に相当するため、 I _19−totalはチャートからの照明とベールグレアからの照明の合計であると仮定します。

I _19-total = I _19-VG + I _19-chart = I _19-VG + 0.0000316 I _1-chart ; I _19-VG = I _19-total - 0.0000316 I _1-total

絶対値は必要ありません。パッチ1の照明に対する相対値（正規化）として、パッチ18～20の平均で測定されたベールグレアが必要です。簡潔にするために、これをVG ₁₉と呼びます。

VG ₁₉ = I _19-VG / I _1-total = I _19-total / I _1-total - 0.0000316  

VG _{19 は}、上記の式からP _log (1)とP _log (19)から始めて、 I _1-totalとI _{19-total を}中間計算として使用して、いくつかのステップで計算されます。γ -encが既知で一貫している線形センサーの場合、これは妥当な数値であるはずですが、実際には信頼できることがわかりました。上記のマスクされた画像では、良好な線形性とγ-enc = 1/2.2 を仮定すると、パッチ 19 のI _19-totalは予想よりもはるかに低くなっています。このため、2 つの画像を使用した測定の方が信頼性が高くなります。

2 枚の画像の計算—カメラの線形性は期待どおりではない可能性があるため (上記の例で確認したように)、ベールグレアのより良い推定値は2 つの画像のVG ₁₉の差であり、パッチ 19 からの期待値 0.0000316 は無視します。 VG ₁₉ = I _19-total / I _1-total 。

VG ₁₉ （画像2枚）＝ VG ₁₉ （マスクなし） －VG ₁₉ （マスクあり）

= I _19-VG (マスクなし) / I _1-total (マスクなし) − I _19-VG (マスクあり) / I _1-total (マスクあり) 

手動露出制御（良好な結果を得るために必要）の場合、 I _1-total （マスクなし）≅ I _1-total （マスクあり）となりますが、個々の画像で測定するのが最も簡単です。

マスクなしの画像の場合、

結果の差（-2.04-(-3.53) = 1.49 log ₁₀ピクセル単位）は、ベールグレアの指標ですが、これが主な測定値です。画像はガンマ = 1/2.2 (0.4545) (測定値 0.458 に近い値) でエンコードされているため、実際のフレアの差は 1.49×2.2 = 3.28 密度単位です。最下段のパッチの相対平均レベルは log10 ^-3.53 = 1/3388 であることに注意してください。

RAW画像を48ビットカラーに変換（ビット深度＝16、線形エンコーディング：ガンマ＝1）

ガンマ = 1 の結果は、ガンマ = 1/2.2 の結果と似ているように見えます (傾きが大きい点を除いて: 測定されたガンマ = 0.847) が、数値は異なっていました。平均 Y (パッチ 18-20) = マスクなしの場合 -3.86、マスクありの場合 -5.32。 2 つの結果の差は 1.46 密度単位で、ガンマ = 1/2.2 の差と似ていますが、これは予想よりも小さいです。ガンマ = 1/2.2 の結果に基づくと、約 1.46×2.2 = 3.2 の差が予想されます。

発生していると思われる現象は、log ₁₀ (ピクセルレベル) が -5 を下回っていることです。これは、線形単位では 10 ^-5 = 1/100,000 です。これは、最大ピクセル値が 65535 である 16 ビット深度画像の想定範囲を超えており、つまり、線形 16 ビット深度ファイルの限界に達しています。右側のヒストグラムは、マスクされた画像の暗い部分のピクセルレベルを示しています。多くのピクセル、特に緑色チャネルのピクセルはゼロです。これは、最大レベル (x 軸の値) が 65535 である 16 ビットファイルの場合であることに注意してください。

JPEG（24ビットカラー、ビット深度＝8、エンコードガンマ約1/2.2）

JPEGファイルはカメラ内部で処理されます。処理には、ノイズリダクション（これにより、48ビットAdobe RGB変換よりも広いノイズベースのダイナミックレンジが得られます）、シャープネス調整、ガンマエンコーディングに加えてトーンレスポンスカーブの適用が含まれます。トーンレスポンスカーブは直線ではなく、明るいレベルで強い「肩」があり、画像がより「フィルムライク」に見え、飽和した（白飛びした）ハイライトを最小限に抑えるのに役立ちます。

マスクなしおよびマスクありのJPEG画像の両方について、応答曲線は入力密度=3付近で平坦になり、log ₁₀ (レベル)は約-2.3(10 ^-2.3 = 1/200)になります。平均Y(パッチ18-20)は、マスクなしで-2.19、マスクありで-2.24です。残念ながら、8ビットJPEG画像では2画像ベールグレア測定が失敗します。:-(  16ビットAdobe画像(エンコーディングガンマ=2.2)が最適です。

マスクなしのJPEG（24ビット）結果。
パッチ1 = 0; 平均Y(パッチ18-20) (最下段) = -2.19 (log ₁₀単位) (マスクなし)
マスクを使用した場合、-2.24となります。8ビット画像の制限により、測定は失敗しました。

ベールグレアのより深い考察：なぜ最下段の方向が反転するのか

上記の画像の一番下の行 (パッチ 18-20) には奇妙な異常が見られます。対数密度は減少するはずなのに増加し始めています。深い影を観察するために、マスクされたチャートの露出過多のキャプチャを画像統計( 1 秒 vs.  1/60秒の標準露出（60倍の露出）で撮影し、その後、明度調整（HSL）を使用して表示し、暗い部分のディテールを可視化しました。最も明るい7つのパッチは完全に飽和しています。

ダイナミックレンジに関する記事で説明され、 ISO 18844で測定された短距離フレアは、はっきりと確認できます。

一番下の段では、驚くべきものの全く予想外ではない現象が起きています。パッチ18から20（暗い部分からさらに暗い部分へ）へと移動するにつれて、ぼやけていく汚れが見られます。これらの汚れは、最初の段の明るいパッチを放射状に対称に複製したもので、非常にぼやけています。赤い矢印は、汚れの発生源から汚れ自体に向かって伸びています。この現象は珍しいものですが、他のカメラでも一度確認されています。

30倍露出オーバーでマスクなし、かつHSLで明るさ調整した画像と比較してみると興味深い。多くのベール状のグレアが見られる。

ベールグレア入門｜レンズ反射｜ 「ブラックホール」ライトトラップ｜ I. ステップチャート測定
II. ISO 9358 | III. ISO 18844 |ガンマに関する推奨事項| IV. コントラスト分解能2露光法
ベールグレアの定量化｜ 2枚の画像を用いた計算