彩度レベルのずれや非標準ビット深度を持つ画像のカラー/トーン分析

Introduction

Imatest バージョン 24.1 以降、カラー/トーンおよびステップチャートの彩度レベル設定の機能が変更され、多様な画像データ範囲の分析をより適切にサポートできるようになりました。更新された彩度レベル設定は、分析中の計算のために画像データがどのようにスケーリング/正規化されるかに影響します。この変更により、画像データの処理をより正確に制御できるようになり、彩度レベルにオフセットがある画像や、標準以外のビット深度（10、12、または 14 ビットの画像データなど）を持つ画像を扱う際に特に役立ちます。

注：Imatestの旧バージョンでは、飽和レベル設定はプロットと限定的なダイナミックレンジ（DR）計算に使用されていました。バージョン24.1では、その機能が拡張されています。

彩度レベル設定手順

彩度レベル設定は、入力画像の最大ピクセルレベル（彩度レベルに対応）のImatestによる解釈を制御し、Imatestバージョン24.1以降では、特定の計算における画像データの正規化/スケーリング方法にも影響します。

ユーザーが、標準以外のビット深度または彩度レベルのオフセット（つまり、彩度レベルが画像のビット深度の最大値よりも低い場合）を持つ画像を解析する場合、彩度レベル設定を「手動で入力した彩度レベル」に設定し、画像の既知の彩度レベルを入力する必要があります。あるいは、画像内のパッチ領域のいずれかが飽和していることがわかっている場合は、Imatestがパッチ領域（ROI）から彩度レベルを自動的に検出するように、「検出された最大パッチレベル」を選択できます。

Imatestバージョン24.1で利用可能なオプションの全リストは、以下の表に記載されています。

飽和レベルオプション	説明
標準ファイル: 255 (または 65535…)	彩度レベルは、画像データのデータタイプとコンテナサイズに基づいて自動的に設定されます。これはデフォルト設定であり、従来の動作を反映しています。画像ファイルは、標準のビット深度（8、16、または32ビットデータなど）と標準の彩度レベルを持つものと想定されます。たとえば、標準の8ビット画像データの場合、彩度レベルは255に設定されます。16ビット画像の場合、彩度レベルは65535に、32ビット画像の場合、彩度レベルは4294967295に設定されます。
ITU-R勧告601（BT.601:235）	彩度レベルは235に設定されています。これは旧設定です。
検出された最大パッチレベル	彩度レベルは、画像内のパッチ領域から検出された最大値に設定されます。この設定は、画像データのビット深度が標準でない場合（例えば、12ビットデータ）、または彩度レベルにずれがある場合に有効です。ただし、画像が最も明るいパッチを飽和させるように露光されていることが前提となります。
手動で入力された飽和度	彩度レベルは、ユーザーが入力した値に設定されます。この設定は、画像データのビット深度が標準でない場合や、彩度レベルにオフセットがある場合に役立ちます。たとえば、12ビットデータを持つ画像の場合、彩度レベルとして4095を入力します（2^12 – 1 = 4095）。

注：モノクロ画像またはRAW画像には、モノクロ読み取りウィンドウから画像データをビットシフトするオプションがあります（マルチチャンネル画像では利用できません）。ビットシフトを実行すると、画像のデジタル値（DN）が変更されるため、特定の分析には適さない場合があります。ユーザーが画像を標準ビット深度にビットシフトするオプションを選択した場合は、彩度レベル設定のデフォルトオプションを使用する必要があります（つまり、元の画像データの彩度レベルを手動で入力しないでください）。

Background

画像のビット深度は、ピクセル値、つまりデジタル数値（DN）の許容範囲を定義するために使用されるビット数です。たとえば、8ビット画像は、0から255までのDNを格納するために8ビットの情報を使用します。モノクロ8ビット画像の場合、DNが0だと黒になり、DNが255だと白になります。

画像データは通常、符号なし整数（「UINT」）として格納され、8、16、32、または64ビットの情報量を持ちます。8ビットと16ビットが最も一般的です。これらは「標準ビット深度」と呼ばれ、ソフトウェアでデータを表現するための標準データ型（UINT8、UINT16、UINT32、UINT64など）が存在します。

標準ビット深度の例

ビット深度	最大許容値
8ビット
16ビット
32ビット

しかし、「非標準」のビット深度を持つ画像を持つことを厳密に禁止する規則はありません。つまり、画像データを標準とは異なるビット深度で保存することは可能です。

「非標準」ビット深度の例

ビット深度	最大許容値
10ビット
12ビット
14ビット
20ビット

画像処理において、特に「RAW」画像データやHDRセンサーから出力される画像データでは、標準以外のビット深度を持つ画像がますます一般的になっています。標準以外のビット深度を持つ画像は、多くの場合、標準ビット深度のファイル/コンテナに格納されます（例：12ビットデータが16ビットファイル/コンテナに格納される）。画像データには、彩度レベルが指定されたビット深度で許容される最大値よりも低い、彩度レベルのオフセットが含まれる場合もあります。

Imatestでは、特定の画像処理ステップや色調計算において、画像データを0から1の範囲の値に正規化またはスケーリングする必要があります。適切な正規化を行うには、彩度レベルだけでなく、暗部レベルのオフセット/ペデスタルも考慮する必要があります。

非標準ビット深度および飽和レベルオフセットを用いた分析例

下の画像は、車載画像処理アプリケーションで使用されるHDRセンサーの生出力から変換された20ビットTIFFファイルです。このページで表示すると、画像が完全に白く表示される場合があります。ダウンロードして、Imatestなどの外部ソフトウェアで正しく表示できます。この画像は非標準のビット深度（20ビット）を持ち、彩度レベルオフセット（つまり、彩度レベルが20ビットの最大値より129 DN低い）があり、さらに既知のダークレベルオフセット/ペデスタル（168 DN）が画像からまだ差し引かれていません。画像の下には、画像内の36パッチダイナミックレンジ（DR36）テストチャート上のパッチについて測定された濃度参照ファイルがあり、Imatestでの分析に使用する必要があります。

Imatestは、[詳細設定]ウィンドウで彩度レベルとピクセルオフセットを設定することで、画像に対して正確な色調分析を実行できます。

画像内で最も明るい部分は撮影時に意図的に飽和させているため、彩度レベルの設定には「検出された最大パッチレベル」オプションを使用できます。または、「手動で入力した彩度レベル」を選択し、1048446 (DN) という値を入力することもできます。このセンサーの暗レベルオフセット/ペデスタル値は既に分かっているため、ピクセルオフセットの設定も 168 (DN) に設定します。

画像は「Bayer RAW（デモザイキングなし）」として解析され、カラーフィルターアレイの配置を表す「GR/BG」ピクセルカラーマッピングが適用されます。

画像には著しい光学歪みと遠近歪みが見られます。領域選択は手動で調整する必要があります。

解析を進めた後、カラー/トーンのインタラクティブウィンドウで、画像の濃度参照ファイルを選択してください。画像の濃度参照ファイルは、上記のTIFFファイルの下にこのページに添付されています。

データと結果は、選択された彩度レベルとピクセルオフセット設定に従ってスケーリングされ、結果は彩度レベルを1048446 DN、暗レベルオフセットを168 DNとして正しく示します。

注：この画像は、迷光（フレア）がダイナミックレンジ（DR）測定にどのような影響を与えるかを示すために撮影されたものです。画像内のテストチャートは、最も強い迷光がチャートの分析領域外に位置するように意図的にずらして配置されています。しかしながら、画像には依然としてベール状のグレアが強く、暗い部分の信号強度を高め、測定結果に影響を与えています。