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ビット数とダイナミックレンジ

デジタル画像を運用する時によく出てくるビット数とダイナミックレンジという言葉。 このページでは、その基本的な意味を簡単にまとめています。

ビット数

私達が使っているフィルムは、アナログのメディアです。ですので、フィルム上の階調は連続しており、グラ デーションに段差があるわけではありません。でも最近行われるようになった画像処理を行うためには、スキャナ でデジタル化しなければなりません。コンピュータはデジタル機器ですので、アナログが持つ連続階調を読むことがで きません。そこで考え出されたのが、連続階調をいくつかの段差に分けて読み取る方式です。

階調の解像度は、段差の数「ビット数(Bit Depth)」で表されます。黒から白へのダイナミックレンジをいくつかの 段差に分けるわけです。ちなみにビットという言葉は、コンピューター用語の「Binary Digit」から来ています。

私達の手には10本の指があります。ものを数えるときには、この10本をベースにして数えることができます。 しかしコンピュータは、トランジスタを組み合わせて作っているので、ONとOffの二通りしか判別できません。 ですので2をベースとしてしか考えることができないのです。したがってビット数は、すべて2の乗数として表されます。

下の図は2の4乗→4ビットのグラデーションを示した図です。4ビットですと階調のステップ数は、2を4乗した16段階ある ことになります。下の図でも黒から白が16つのステップに分かれて表されています。

4ビットのステップ

一般的に使用される画像ソフトでは、8ビットで画像を処理できますので、256のステップ数があることになります。 16ビット処理がうたわれているソフトでは、65536段階のステップ数があることになります。

ダイナミックレンジとビット数

ビット数とダイナミックレンジが同意に扱われていることも多い最近ですが、この二つは同じ意味ではありません。 大きなビット数がより大きなダイナミックレンジを持っているわけではないのです。

ダイナミックレンジは、黒から白への幅のことですから、どんなビット数でも表すことができます。ビット数が1でも 黒と白の2ステップで、2ビットでも4ステップで黒から白のグラデーションを示すことができます。得られたダイナミッ クレンジに対して、ビット数を変えれば、どんなステップで表現することが可能だということです。 ですから、ビット数が大きいからダイナミックレンジが広いという記述は、誤解を招く可能性があります。

ビット数とチャンネル

ビット数を考えるときに混乱を招くことがあります。私達が一般に話す「Photoshop7のレイヤーは8ビット処理だ」という時は 、シングルカラーにおいての話です。しかし「このテレビは24ビットフルカラーだ」という時は、RGB3チャンネルを複合し たときのビット数です。「このテレビは、24ビット表示だからすごいのですよ」と言われると、なんとなく高機能画像処理ソフト が扱える16ビットよりも階調数が多いんだと思ってしまいますが、これは誤解しているわけです。 この辺りは、誤解を招く宣伝方法にも問題があるのかもしれません。

参考までに、天体写真で使われている冷却CCDは単色16ビットです。ですからRGBカラーに換算すると48ビットもあります。 しかしモニタやプリンタは、単色8ビットですからどこかで必ず丸められます。人間の眼で判別できるのが8ビット までと言われていますから、これは仕方がないのかもしれませんね。

ビットとバイト

コンピュータ用語で「バイト」という言葉があります。この「バイト」は8ビットを一括りとした用語で、コンピュータ の中での処理はすべてバイト単位で行われます(最近のパソコンはよく知りませんが)。ですので、8ビットの画像を処理すると きには、1バイトにちょうど収まるのでパソコン内の処理は問題ありませんが、デジタル一眼のRAWイメージような12ビット信号 の場合は、1バイトと2バイトの中間となってしまいます。この場合は、コンピュータ内で16ビットに足りない部分は空の信 号を入れて、擬似的に2バイトにして処理を行っています。

写真には何ビットが必要か

ビット数がグラデーションを分ける訳ですから、あまり少ないビット数では段差がはっきりわかってしまいます。 特に写真は滑らかなグラデーションが必要ですから、ビット数は重要です。しかしやみくもに大きなビット数を 使っても、ファイルは重くなりますしハンドリングが悪くなります。

下のバーは、黒から白へのグラデーションをビット数でステップ分けしたものです。これを見てステップの継ぎ目がわ かるのはどれでしょう。私が見た場合6ビットは、明らかに段差がわかります。しかし7ビットになると微妙です。8ビットと なるとほとんどわかりません。この辺りから写真のプリントには、7ビットから8ビットは必要ということが言えるでは ないでしょうか。

8ビットのプリントを仕上げるための画像処理という点を考えると、できれば画像処理ソフトは8ビット以上で処理できること が理想です。16ビットまではいりませんが、12ビットくらいは欲しいところです。人気のあるPhotoshopCSでは、 階調情報は15ビットで処理されていますから、一般的にはこれで十分でしょう。

8ビットのステップ
8ビットのステップ 7ビットのステップ
7ビットのステップ 6ビットのステップ
6ビットのステップ