・⊿uvとは

写真を現像するときなど、ホワイトバランスを調整する際に
色温度の他に色偏差という軸があります。

この色偏差が⊿uvと言われる指標に近いのですが
もう少し詳しく説明します。

「色温度」とは黒い物体に熱を加えていって発光する光の色のことです。
鉄も熱していくと赤黒く発光し、更に高い温度にすると黄色っぽくなるのが
イメージできると思います。

この色の移り変わりをx-y色空間上にプロットしたものを
黒体カーブと呼んだりします。

黒体カーブはx-y色空間上に図のようにプロットされます。
この曲線からどれだけ離れているかが⊿uvです。
「どれだけ離れているか」ということは
黒体カーブから垂線になっていなければならない。
しかし、図を見ると、黒体カーブの左端、
20000K付近は垂直になっていますが、
色温度の低い右側の方は垂直になっていません。
これは⊿uvはx-y平面で定められたものではないためです。

色空間には一般的なx-y平面の他にuv平面というものがあります。

uv平面とは色と色の距離関係を人間の視覚に近づくように定められたものです。

このuv平面で見ると、⊿uvはしっかりと
黒体カーブに対して垂直になっていることがわかります。

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・カメラ業界大幅縮小

スマホにデジカメ業界が食われていたのに続き、
新型コロナウィルスの影響でカメラ業界はこれまで以上に縮小しています。

コロナによる不況もさることながら、
旅行に行けない→カメラは必要ない
オリンピックなどのイベントが中止→プロの買い替え需要も無くなる

こういった状況の中で、
カメラ雑誌の、カメラマンが廃刊、
アサヒカメラも廃刊。
広告収入が大幅に減ったことが主原因らしい。

そして、オリンパスのカメラ事業売却。
おそらく多くのカメラエンジニアが
オリンパスを去り、中華系企業に行くのだろう。
ここ最近は中華系企業のエンジニア引き抜きが非常に活発です。
スマホメーカやDJIなど。
不況とはいえ、エンジニア軽視の日本企業のスタイルだと
日本の技術がどんどん失われる。

その他のメーカもどうなるかわかりません。
ペンタックスはなんだかんだで恵まれていたのかもしれない

・忠実色と記憶色

カメラメーカなどで画質設計をしていると
忠実色と記憶色というワードが出てくることがあります。

忠実色とは、被写体の色をできる限り正確に表す色再現です。
広告写真ではこの忠実色が重要視されます。
化粧品のカタログの色や、通販の服の色など。

撮影した場所で、実際の被写体と見比べて、
「なんか色が違う」という事がないような色とも言えます。

一方、記憶色とは、記憶の中で美化された色とも言えます。
沖縄のすごい綺麗な海の色、真っ赤な夕焼けの色、とか
家に帰ってから写真を見てみると
「もっと綺麗だったんだけどなー」と言うことがない色です。

忠実色の例

記憶色の例

記憶色のほうが海や空の青が強く、
緑も、みずみずしい色になっています。
一般的には、
カメラの設定で「ナチュラル」とかだと忠実色に近く
「ビビッド」だと記憶色に近い色再現になっています。

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・光源によってパープルフリンジの出方は違う

おさらい
パープルフリンジの原因

パープルフリンジは光の色による
屈折率の違いによって発生します。
つまり、光源の色によって
発生しやすかったりしにくかったりします。

かんたんな実験をしてみました。

小さな穴を通る光を
フリンジが出やすいレンズを使って撮影します。
この穴の縁にフリンジが出ます。
後ろに置く光源は今回は4種類。
白熱灯、白色LED、赤色LED、ストロボ。

各光源の分光は以下のようになっています

白熱灯

青いフリンジが大きく広がって、グラデーションっぽく消えていく

白色LED

フリンジの幅は白熱灯より少ないが、
強めに出ている

赤色LED

青い成分を含まないのでフリンジが発生しない。
(フチに見える赤い色づきは回折によるものと思われる)

ストロボ

分光的には太陽光に近いが、青い成分も多く含むので
強めのフリンジが出ている。

今回は青系のフリンジが出やすいレンズを用いましたが、
紫のフリンジが出るレンズだとまた違う傾向になる可能性もある。

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・最近のレンズではパープルフリンジが目立たない

ここ最近はネット上でもパープルフリンジに関する話題が
あまり上がらなくなってきました。

これは、最近設計されているレンズは軸上色収差を
抑えるように設計されているからです。

おさらい
パープルフリンジの原因

レンズは光の波長(色)によって屈折率が違うので
結像面において青-紫の色づきが出ることがある。

一眼レフ用のレンズではレンズ枚数を増やしたり、
特殊分散ガラス・非球面レンズを使用することで
開放でも軸上色収差を抑えています。
なのでレンズが大きく、重くなりがち。
値段も高くなりがち。

ミラーレス用のレンズでは
画像処理で補正可能な倍率色収差や歪曲収差は補正せずに
軸上色収差を補正するような設計することで
パープルフリンジが目立たなくなっています。

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テレワーク

コロナの影響でテレワークになって3ヶ月位たちました。
家で仕事をすると、家のPCの前にずっといることになります。

そうするともはや仕事が終わる頃になると、かなり疲れて、
PCでの作業がしんどくなります。
つまり、ブログの記事を書く気力がなかなか起きない。
ブログの更新は家で一人でできることなのですが、
意外とコロナの影響を受けています。

コロナの流行が落ち着いても、おそらくコロナ前の世の中に戻ることはないと思っています。
毎朝定時にオフィスに出社して、という世の中は戻ってきません。
リモートがメインになり、どうしても必要な場合に出社する、という働き方が一気に進むと思います。

働き方だけでなく、スポーツ観戦やライブなども同様で
ARやVRを用いたリモートが中心になってきます。
5Gなどの技術を用いて10年後くらいに普及するような生活スタイルが
あと1-2年で定着してしまうと思います。

写真撮影のスタイルも今後は変わってきて、有名スポットに大勢集まるとかはなくなってきて
自分だけの撮影スポットを見つける、というのが主流になってくるのではないかと考えています。
もしくは、土日に集中することがなくなるとか。
そのときにどんな写真が撮れるか、今から考えておいても良いかもしれません。

・家で超マクロ撮影

新型コロナウィルスの影響で家にいる時間が多くなった最近。
個人で、公共交通機関を用いないで
マニアックな場所に撮影に行くならば大丈夫そうですが
今回は家での撮影。

等倍マクロを超える、超マクロ撮影を楽しんでみます。

ペンタックスQに等倍マクロレンズを付けている。

順に
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ペンタックスQ

足にはスライドプレート

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撮影した画像

撮影しててきれいな被写体を見つけるのが難しい。
また、ドローチューブが安物なので内面反射によって
画像がフレアっぽくなってしまうのがかなり気になります。

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・3DLUTとは

映像制作の世界でよく話題になるLUT。
ラットと発音することが多い。
LUT = Look Up Tableのことで、
もともとはプログラミングで使われていた手法です。

ものすごく簡単な例
以下のような入出力関数があったとします。

y = log2(3x^3 + 1000/x)
画像の各画素ごとにこの計算をする必要があるならば
800万画素の場合、毎フレーム上記の式の計算を800万回行う必要があります。

例えば画像データだと、xの取りうる値は0-255の整数なので、
あらかじめ計算した値を表に入れておけば、
参照するだけで済むので処理量を削減することができます。

ｘ-ｙのLUT(127まで)

プログラミング的な使い方は処理量の削減ですが、
画像処理的にはトーンカーブが一種のLUTです。

 
画像左：トーンカーブ適用前
画像右：中央にあるRGBのトーンカーブを適用

トーンカーブは入出力が1:1の1次元なので1DLUTです。
トーンカーブで変更できるのは輝度だけなので、色相や彩度は変更不可能。

これに対して、入力が(R,G,B)の3つ、
出力も(R,G,B)の3つなのが3DLUTです。
これであれば、青空を暗めの赤にするなど自由自在。

実際に画像処理をする際には、3次元だと
人間の感覚的に扱うのが難しいので、彩度、色相、輝度
の3つそれぞれで扱うことが多いです。
AdobeCameraRAWやLightroomだとこの部分で操作

RGBそれぞれの値を数値で変化させるわけではなく、
色の種類ごとに色相・彩度・輝度を変化させます。

例えば下の写真

この日の東京タワーのライトアップは白と黄緑でした。

写真で撮ると白のLEDが青紫っぽく、
緑のLEDが黄色っぽく写ってしまっています。

そこでパラメータを以下のように変更しました。

黄色と緑の色相をより緑っぽく、
青と紫の彩度を下げています。

左側：変更前　右側：変更後
 

この例では微細な変化ですが、
大きく変化させることで
写真や映像の印象を一気に変えることもできます。

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・望遠鏡の倍率と焦点距離

だいぶ前に、
ペンタックスQを色々いじっていたときに遊んでいたコボーグ。

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カメラレンズと同じようなスペックで言うと
2群2枚の200mm F5.6のレンズです。

口径36mmのアポクロマート設計。

カメラに付けるときには、接眼レンズを用いず
望遠鏡の鏡筒を直接マウントにつけます。

このような付け方を直焦点といいます。

望遠鏡で天体を見るときには接眼レンズを使用します。

人間の目もレンズなので、それを含めて網膜に像を結像させる。

接眼レンズの焦点距離は5mm-40mm位です。
望遠鏡の倍率は　
対物レンズの焦点距離/接眼レンズの焦点距離
で求められます。

200mmのコボーグに5mmの接眼レンズを付けると倍率は40倍。
目での見かけの大きさは、対象の天体に1/40近づいたときと同じように見えます。
地球と月の距離は大体38万Kmなので、
このシステムで月を見ると、月から9500kmの距離で見たのと同じ大きさになります。

接眼レンズを付けた状態で、スマホのカメラで像を撮影することができます。

月をiPhoneで撮影。

iPhoneのレンズの35mm換算焦点距離は28mm
なので、40倍すると、1120mm相当です。
この撮影方法はiPhoneのピントを無限遠に合わせるのでコリメート法といわれる。

ちなみにペンタックスQで200mm直焦点で撮影すると換算焦点距離は920mm。

40倍のコリメート法より月が少し小さく映っている。

・フォビオンセンサでの色の捉え方

シグマの一眼などに使われているフォビオンセンサは
縦分離で色情報を得る特殊なセンサです。

上の図で、左側が多くのカメラで使われている
ベイヤ配列のセンサです。

各画素にRGBそれぞれのカラーフィルタがあり
それにより色情報を得ています。
RGBの三原色からフルカラーを得るために
補間という方法が使われます。

フォビオンセンサは図でいうとZ方向に色を分離するので
縦分離型と呼ばれることがあります。

縦分離とはどういうことかというと、
光の波長ごとの特性を利用して色を分離する仕組みです。

波長の長い光ほど、
撮像素子面(シリコン)の奥の方まで入っていきます。
これは、太陽が頭上にある昼間は
通過する空気層が薄いので青い光まで地上に届く、
夕方になると、通過する空気層が多くなるので赤い光だけ届く、
という自然現象と同じです。

センサの各層で捉える光は下の図のようになります。

センサの各層を
Top,Middle,Bottomとします。
Top層はRGBすべての光が入ってきます。
Middle層はRGの光のみ。
Bottom層はRの光のみ入ってきます。

Rの信号を得るにはBottom層の情報を用いれば良い。
Gの信号を得るためには、(M - B)で得られます。
Bの信号は(T - M)で得ることができます。

このようにして補間をすることなく各画素で
RGBのフルカラーの情報を得ることができます。
ただし、その構造上、
色分離が悪かったり、高感度に弱いなどの弱点もあります。
また、カメラで使われる画像処理エンジン
(最近はDSP = DigitalSignal Processor)は汎用のものは
ベイヤー配列の補間を行う専用回路が組み込まれています。
そのため、高速に補間が行えるのですが
フォビオンのようなセンサの出力は扱いづらい。
場合によっては一度、画像をベイヤ配列に並べ替えて
そこから画像を作っていく必要も出てきます。

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