発色・階調を計測するには？

質問

よくレンズの特徴として語られる言葉に「発色」「階調」「コントラスト」というものがあります。
そして、一般的に科学というものは、物理量として測定できなければならないわけです。

光学的に、これらの言葉は何を指すもので、どのように計測しその単位は
何になるのでしょうか？
本を読んでみたのですが、よくわかりません。

よろしくお教えください

回答No.4

HAL2（@HALTWO）

「発色」

厳密には「色」そのものですが、「色合い」と言うように周囲の色との「合い」を含むものですので、単色では「発色」とは言いません。

単に「色」だけならば RGB 各 8bit (256 階調) の 24bit Color で 2 の 24 乗＝16,777,216 色ということになりますが、例えば R255 (Red の最も明るい色) だけを見たところで「発色が良い」とは言えないでしょう。

単色での色単位はたくさんあるのですが、CG (Computer Graphics) の普及から R0～R255 の 256 色 (G 及び B も同じ)、或いは Web 用語の #000000～#ffffff (Web では 256 階調ではなく 216 階調が用いられます)、或いは印刷業界で Standard となっている PANTONE 社の Color Matching System (色見本) などが良く用いられますね。

物理光学単位では「波長 Å」と「輝度 lx」ではないでしょうか。

しかし「発色」と言った場合、例えば R192 や R128 で埋め尽くされた背景の中に R255 がポツンと存在しても R255 が何処にあるのか判りませんので「発色が良い」とは言えませんが、RGB＝0 すなわち真っ暗闇の背景に R255 が煌めいていれば「極めて発色が良い」と感じることでしょう。

「発色」とは光学用語でも物理測定値用語でもありませんので計測単位はありませんが、Contrast と似たようなところがあるとも言えます。・・・・「真っ暗闇の中に真紅の輝点」というのは極めて High Contrast ですので・・・。

「階調」

「階」の「調子」という漢字が当てられているように真っ暗闇から最大輝度までを幾つの階段で区切ることができるかという意味です。

RGB 24bit の色は Red Green Blue 各々に 8bit (256 階調) の輝度差を表現できますので、階調数は 256 階調 (或いは段階) と数えます。

RAW Data は RGB 各 12bit ならば 4,096 階調、RGB 各 14bit ならば 16,384 階調存在します。

人間の眼 (視覚) は G (Green) の階調識別範囲が非常に広く、一方で R (Red) や B (Blue) の階調識別範囲は非常に狭くなっています。・・・虹の中央部 (緑) は良く見えるけれども赤や青の外側ははっきりしないのもそのせいです。・・・このため Photo Image Sensor は RGBG で Pixel 格子を形作るように Green の Sensor を 2 つ重ねて Green 部の階調表現幅を広げています。

「コントラスト」

2 点間に於ける輝度比のことで、単位は小数点 (0 から 1.0 まで) または % 或いは一方を 1 とする比で表します。

Lens の性能表に MTF (Modulation Transfer Function) Curve Graph というものがあるのを御存知でしょうか？

被写体の持つ Contrast をどの程度忠実に再現できるかを空間周波数特性として表現したものなのですが、この時、空間周波数とは 1mm 当たり何本の線を認識できるかという解像度になります。

MTF Curve は一般的に 10 本/mm と 30 本/mm をどの程度の Contrast 比で認識できるかの値を Lens 中心部から周辺部に向かって並べた曲線図なのですが、この時、10 本/mm の Contrast 比値が 1.0 に近いほど Contrast が良くてヌケの良い画像に、30 本/mm の Contrast 比値が 1.0 に近いほど高解像度の Lens であると言えます。・・・性能の良い Lens はこの Contrast Curve が Lens 中心部から Lens 周辺部まで殆ど変化することなく、Contrast 比値が限りなく 1.0 に近いものと言うことができますが、計測用 Lens ではないのですから様々な「味」のある Lens が存在します。

Contrast の善し悪しは階調の善し悪しと逆の意味になる場合がありますので、「Contrast が高い」と「階調が多い」とは両立しません。

例えば Red の輝度が 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 のように並んだ 10 個の輝点による線があるとします。

この線の階調は 5 段階で表現されていますので 5 階調と言えますが、中心部が明るい暈やけた線でしかありません。

一方 Red の輝度が 1 1 1 3 5 5 3 1 1 1 のように並んだ 10 個の輝点による線は、階調こそ 3 段階の 3 階調しかないものの、周辺部に対して中心部の輝きが非常に良く目立った線になります。

色数 (階調) を減らして輪郭部の Contrast を高めてやると画像がはっきりとするようになり、この手法は Adobe Photoshop では Unsharp Masking と呼ばれる Filter で操作できます。・・・RAW 現像機能を持たない安価な Digi'Came' の殆どは Unsharp Masking Algorithm が「画像 Engine」に組み込まれており、くっきりはっきりした画像にするようになっています。

「計測法」

正式な計測には下図左のような ISO 12233規格 解像度 Chart というものを用いて空間周波数を測定し、RGB Filter を通した輝度 Sensor 等で Contrast を計測するのですが、素人が個人で遊び半分に行う分には Adobe Photoshop のような Software で Computer Display 上の輝点 Color を表示させれば R192/G032/B128 のような RGB 値を測定できます。

また、下図右上のように LCD (液晶 Display) を接写してみることで Lens の像倍率を計算したり、下図右下のように方眼を描いた図形を表示させた LCD を撮って Photoshop などで Contrast を強調させることにより Lens の Vignetting 特性を調べることもできます。・・・高価な測定機材などなくても、要は性能比較や特徴を確かめることができさえすれば良いのですから、PC をどう利用するかの工夫次第ですね。

素敵な Camera Life を(^_^)/

お礼

ありがとうございました。

質問の仕方がまずかったようですので、再度質問しなおします。
ご迷惑をおかけしました。

回答No.3

i-q

>>光学的に、これらの言葉は何を指すもので、どのように計測しその単位は
>>何になるのでしょうか？
ないのでは、、
たぶん別のものに置き換えて、
ある条件でこの色が見えれば合格!!みたいな感じで、
やっているのでは??

あとニコンが
http://digicame-info.com/2013/09/post-513.html
レンズの味をシュミレーションでき、
数値ができる見たいですが、公開はしてません。。

お礼

ありがとうございました。

質問の仕方がまずかったようですので、再度質問しなおします。
ご迷惑をおかけしました。

回答No.2

John_Papa

こんにちは。

興味有るテーマなので、回答の端っこに参加させていただきます。

コントラスト（コントラスト比）は単位は無く、30000:1という表現。
諧調は、色や明るさの濃淡を表現する段階数で、各諧調を表す単位は無い。
発色は、漠然とした表現だが、彩度が高い事を発色が良いという場合が多い。
発色数となると単に色数（色相×彩度）と同じ意味。

光度（カンデラ）照度（ルクス・ルーメン）
色相（色の名称が単位かな？でも色相でない色名も多い）
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%89%B2%E7%9B%B8
彩度（単位なし、濃度と同意？）
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BD%A9%E5%BA%A6
この他に、物体表面の形状・反射率によっても色感は変わります。
そして、音にももちろんありますが、錯覚（錯視）による変色・変形もあって、感覚を物理量で表現するのはかなりの困難があると考えられます。

使われる原刺激の単位が私にはわかりませんが、ディスプレイや印刷などの色彩表現力でよく使われる
ＸＹＺ表色系の色度図というのがあります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%89%B2%E7%A9%BA%E9%96%93

私の専門とする分野、音には、音圧（単位は気圧と同じくパスカル）をdBSPL（通称dB、デシベル）という単位で測定し、波長に対する感度（ラウドネス特性／最初のフレッチャー＆マンソンは有名、現在では個人差がめちゃ大きい事が判明して標準化困難な状態）など聴覚との比較が研究されていますが、視覚・色感覚のモデリングはもっと困難なのでしょうね。

この回答じゃ、当然お役にたちませんよね。
ではでは、良回答が出ることを期待してます。

お礼

ありがとうございました。

質問の仕方がまずかったようですので、再度質問しなおします。
ご迷惑をおかけしました。

回答No.1

noname#198922

単位はルクス？無知なもので済みませんね！
フィルム種類と感度、露光量、露光時間。

お礼

ありがとうございました。

質問の仕方がまずかったようですので、再度質問しなおします。
ご迷惑をおかけしました。