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2025 年 12 月 27 日

(写真）

これは、カメラのセンサーが捉えたクリスマス ツリーの写真です。

14 ビット ADC 値が 0 ～ 255 RGB にマッピングされたセンサー データ。

それは白黒ですらない、グレーとグレーです。これは、ADC の出力は理論的には 0 ～ 16382 の範囲ですが、実際のデータはその範囲全体をカバーしていないためです。

RAW画像のヒストグラム

ADC 値の実際の範囲は ~2110 ～ ~136000 です。これらの値を画像の白と黒として設定しましょう。

V_新しい = (V_古い – 黒)/(白 – 黒)

進捗

はるかに良くなりましたが、私が覚えている木よりもまだ単色です。カメラセンサーは実際には色を認識することができません。センサーは各ピクセルに当たる光の量を測定するだけです。

カラー カメラでは、センサーは交互のグリッドで覆われています。 カラーフィルター:

各ピクセルを、通過しているフィルターと同じ色に着色してみましょう。

ベイヤーマトリックスオーバーレイ

このバージョンはよりカラフルですが、各ピクセルには RGB カラーの 3 分の 1 しかありません。これを修正するために、各ピクセルの値をその近傍のピクセルと平均しました。

デモザイク結果

このプロセスを写真全体に適用すると、ライトに色が付けられます。

モザイク除去された木

ただし、画像はまだ非常に暗いです。これは、モニターには人間の目やカメラ センサーほどのダイナミック レンジがないためです。OLED を使用している場合でも、画面には周囲の光が反射し、黒さが制限されます。

これを引き起こす別のスニーカー要因もあります。

真の線形グラデーション

私たちの明るさの認識は非線形です。

輝度値が量子化されると、ほとんどの ADC ビンがほぼ同じ白の色合いで無駄になり、他のトーンはすべて一番下に詰め込まれます。これはメモリの非効率的な使用であるため、ほとんどの色空間では暗い色に追加のビンを割り当てます。

sRGB グラデーション

この結果、線形データを直接表示すると、実際よりもはるかに暗く表示されます。

どちらの問題も、各カラー チャネルに非線形曲線を適用して暗い領域を明るくすることで解決できます…しかし、これは完全にうまくいきません。

なんてこった

この緑色のかぶりの一部は、カメラのセンサーが本質的に緑色の光に敏感であることが原因ですが、一部は私のせいです。フィルター マトリックスには 2 倍の緑色のピクセルが存在します。私の素朴なデモザイク処理と組み合わせると、グリーン チャンネルがさらに強調される結果になりました。

どちらの場合も、適切なホワイトバランスで修正できます。各チャネルに定数を乗算してチャネルを均等化します。

ただし、画像が非線形になっているため、これを行うには 1 ステップ前に戻る必要があります。これは、問題がわかるようにすべての値を一時的に拡大した前の暗い画像です。

…他のチャンネルと一致させるために緑を削除した画像がこれです。

緑を追放する

…そしてカーブを再適用した後:

最後に：まともな写真。

これは本当に最低限のことです。カラー キャリブレーションはまったく行っていません。ホワイト バランスは完璧ではありません。クリーンアップする必要のあるノイズがたくさんあります。

さらに、各カラー チャネルにカーブを適用すると、誤ってハイライトの彩度が低下してしまいました。この効果はかなり良く見えますが、これは私たちが映画に期待するものですが、スターの黄ばみが消えてしまいます。色を維持したまま輝度を分離し、カーブさせることが可能です。これだけでは LED クリスマス ライトが過飽和になってしまいますが、両方の方法を組み合わせると素晴らしい結果が得られます。

比較のために、同じデータから私のカメラが生成した画像を次に示します。

「インカメラ」JPEG画像。

「未編集」の写真とは程遠い。被写体が実際にどのように見えるかをうまく表現する画像を作成するには、膨大な量の数学が費やされています。

編集ソフトウェアでコントラストやホワイトバランスを調整しても、カメラが内部で行っていること以外には何も起こりません。編集された画像は元の画像よりも「偽物」ではありません。これらは同じデータの異なるレンダリングです。

結局のところ、人間の知覚を再現するのは難しく、ディスプレイ技術や印刷画像の制限に制約されるとさらに難しくなります。自動アルゴリズムが間違った呼び出しを行った場合に画像を微調整しても問題はありません。