RAW画像

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RAW画像(ローがぞう、: Raw image format)は、デジタルカメラなどにおける完成状態にされていない画像データのことである。英語Rawは「生」「未加工」を意味するものの、未加工ではない画像データをRAW画像と称していることもあり注意を要する。

かつてはいわゆるベタ画像のことを指すこともあったが、2000年代に入ってからはデジタルカメライメージスキャナ等における「未現像」データのことを指す場合が多い。

概要[編集]

デジタル一眼レフカメラミラーレス一眼カメラコンパクトデジタルカメラ、一部のスマートフォンなどのデジタルカメラで記録可能な画像形式。デジタルカメラでは一般的に「写真」としてJPEG画像を生成するが、RAW画像はJPEG画像を生成する元となる「生」の画像データである。ある程度の写真知識がある(プロフェッショナル、ハイアマチュアなど)ユーザーが、露出コントラストホワイトバランス、カラーバランス、明度彩度などの補正や加工、ノイズ歪曲など除去をパソコン上で思い通りに行ないたいという要望に応え、カメラメーカーが用意している機能のひとつ。加工と鑑賞にはRAW対応のソフトウェアが必要になる。近年はRAWに対応するソフトウェアが増えている。カメラメーカーによって記録データの内部形式がまちまちである事、およびデータ量が多くなることから、そのままでは印刷データや、不特定多数に向けた配布、鑑賞には適さない。

デジタルカメラ登場時には、本体の処理能力が劣っていたためカメラ独自のRAW形式で記録され、パソコン側でカメラ付属ソフトウェアを使いJPEGやTIFFなどの形式に変換していた。

解説[編集]

一般的な原色フィルターCCDの画素配置

多くのデジタルカメラで採用されている単板式カラーCCDCMOSイメージセンサでは各画素が単色の色情報しか持たない。このためデジタルカメラは撮影時に各画素に対してその周辺画素から足りない色情報を集め与えることで色情報を補完し、フルカラー画像を作り出す「デモザイク」(de-mosaic)処理を行っている。多くのデジタルカメラではデモザイクに並行して色や明るさのトーン等を自動レタッチする画像処理を行い、完成した画像をJPEGTIFFなどの汎用画像フォーマットで保存する。

しかし、デモザイクや自動レタッチ処理の精度は完成画像の画質に大きな影響を及ぼすほか、現像後(後述)はホワイトバランス色温度)などが固定されてしまうため容易に修正ができない。また、最終保存に使われるJPEGフォーマットは通常非可逆圧縮であり、水平方向の色情報の間引きも行っているため元データと比較すると原理的に画質劣化が避けられない。さらに、これらフォーマットの色深度は通常各色8ビット(合計24ビット)しかないため、通常12ビット~14ビットの精度があるイメージセンサから受け取った情報を大幅に切り捨てるほかなく、撮影後の露出(画像の明暗や輝度)調整が困難になる。

このような事情から、通常の画像フォーマットで保存されたデータでは大胆なレタッチをしようとすればするほど画質低下が際立ち、作品作りの自由度がそがれているとしてプロ写真家などからは大きな不満の声が上がっていた。このため、デジタル一眼レフカメラなど高機能カメラを中心に、デモザイク前の生データ、すなわちRAWデータをそのままファイル保存する機能を持つものが増え始め、2015年現在ではほぼ全てのレンズ交換式カメラやコンパクトデジタルカメラ、一部のスマートフォンにも搭載されている。RAWデータは一部のメーカーを除き、無圧縮か可逆圧縮であるためJPEGと比較すると非常に大きなファイルサイズになるが、各画素に1つの色情報しか持たない特性上、TIFF(各色8ビット)と比較するとその半分以下で済む。

RAW画像は専用に設計された現像ソフト(RAW現像ソフトウェア、: RAW converter)によって自由に調整・出力が可能で、この処理をフィルムになぞらえて「現像」と呼ぶ。RAW画像のデータフォーマットは各メーカー・各機種によって違うため、現像にはそれぞれの対応ソフトウェアを用意する必要がある。通常はカメラメーカーが自社製の現像ソフトウェアを添付したり、カメラ本体で再処理する機能(カメラ内現像)を用意しているほか、いくつかのソフトウェア・メーカーからも数多くの機種に対応した現像ソフトウェアが発売・頒布されている。またオープンソースソフトウェアの中にもRAW画像に対応するものがある。現像ソフトウェアの採用するアルゴリズムによって現像された画像の画質傾向が大きく変化する。

上記の通り、A/D変換直後の信号情報を保存するのがRAW画像の原則であるから、撮影時のカメラの画質パラメータ(スタンダード、ビビッドといったスタイル、及びホワイトバランス)は数値上の影響をいっさい及ぼさない。

2005年にはRAWフォーマットの互換性向上を目的としてアドビシステムズがDigital Negative(DNG)フォーマットを提唱したが、カメラメーカー側の採用は進んでいない。 一方、マイクロソフトは「Windows Vista」以上のバージョン用に主要カメラメーカーのRAW現像アルゴリズムを組み込むための、カメラコーデックパックを別途インストールすることによりOS標準で利用できるようになる。[1] また、マイクロソフトは2006年にJPEGの代替を目的としたHD Photoフォーマットを発表(後にJPEG XRとして規格化)しており、このフォーマットが普及すればJPEG保存における問題点の数多くが解決されるため、RAWとJPEGの間に横たわる隙間を埋めるフォーマットとしても注目されている。

また、OpenRAWプロジェクトは、互換性のないRAWフォーマット画像の標準化のため、カメラメーカーに自社フォーマットの仕様を完全公開するように働きかけている。

利点[編集]

ほぼ全てのデジタルカメラは、写真を撮影する前に設定したホワイトバランス彩度コントラスト、シャープネスなどを用いてJPEGファイルに変換される。RAW画像を撮影できるカメラは、それらの設定をRAW画像に出力するが、実際の計算はパソコンで行われる。このため、RAW画像はカメラで行われる処理に追加して、さらに処理を行うために使われることを意図されている。しかしながら、RAW画像はJPEGに対して以下のような多くの利点がある。

  • JPEGよりもより多くの階調を持つ - RAW画像は12または14ビット(4096-16384階調)の光の強度情報を各チャンネルごとに持つ。対してJPEGはガンマ補正された8ビットである(256階調)。
  • より高画質に出力できる - 現像時の全ての計算(ガンマ補正、デモザイク、ホワイトバランス、階調補正、コントラストなど)を元のデータから一度に行うため、出力の画素値が正確になり、粗階調化を引き起こしづらくなる。
  • カメラ内の不要な処理を迂回できる - シャープ化やノイズ除去などの画像処理を避けることができ、意図通りの出力を得ることができる。
  • 高画質で保存できる - JPEGは多くの場合非可逆圧縮で保存される。RAW画像はほとんどの場合、データを損なわず保存される。
  • 緻密な画像制御ができる - RAW現像ソフトウェアでは、カメラよりも多くのパラメーターを変更することができる。例えば、ホワイトバランスでは、カメラ内にプリセットされた「太陽光」や「曇天」だけではなく、どんな値にでも設定できる。また、カメラでは設定できないデモザイクアルゴリズムなどを選ぶことができる現像ソフトもある。
  • 任意の色空間で出力ができる - 多くのカメラではsRGBAdobeRGBしか選択できない。
  • 一枚の写真から複数の画像を出力できる - 現像時のパラメーターを変更して現像しても、元のRAW画像のデータは変化しないため、様々な変化をつけた画像を出力することができる。

欠点[編集]

  • ファイルサイズが大きい - RAW画像のファイルサイズはJPEGの2-6倍程度である。このため、メモリーカードに保存できる枚数が減る。また、連写が遅くなったり、短くなったりするカメラもある。
  • メーカーにより品質が低いものがある - ほとんどのRAW画像は画質を損なわないために非圧縮可逆圧縮で保存されている。しかし、一部のものは、量子化の際に非可逆圧縮が行われていたり[2]、フィルタがかかっている[3]。例えば、ソニーのRAW画像は、14ビット出力と明記されているものであっても、実際には11ビット(2048階調)の階調数であり、ほとんどの画素は7ビット(128階調)の差分で保存されているため、現像時の設定によって大きな粗階調化を引き起こす[2]
  • 多くのファイルは標準化されていない形式である - 標準化されたRAW画像フォーマット(ISO 12234-2, TIFF/EPDNG)はあまり使われていない。このため、将来的に保存されているデータが現像できなくなる可能性がある。また、JPEGやTIFFなどの標準化されたファイルとは違い、画像を表示できるソフトが非常に限られている。

カラープロファイル[編集]

RAW画像は撮像素子の出力をそのまま記録しているため、RAW画像の色空間は、カメラの撮像素子の分光感度曲線やレンズ特性[4]、撮影時の光源のスペクトルによって異なるものとなっている。色空間を表したものとしてカラープロファイルが存在し、RAW画像用のカラープロファイルとして、以下の形式が使われている。

  • DNGカラープロファイル (*.dcp) - Adobe製ソフトウェアで使われている形式[5]。複数の標準光源 (A光源(2850Kタングステン電球)、D50常用光源、D65常用光源など) で調べた色空間データを含むことができる。多くの機種のDCPプロファイルがAdobe DNG Converterと共に無料頒布されている。Adobe以外のソフトウェアでは、オープンソースのRawTherapeeがDCPプロファイルに対応している[6]
  • ICCプロファイル (*.icc, *.icm) - カラープロファイルの標準形式。v2とv4が存在する。様々な機種のICCプロファイルがAdobe DNG Converterと共に無料頒布されている。

dcpからiccへの変換には、コマンドラインツールのdcp2iccが存在する。dcp2iccは、./dcp2icc <ファイル>.dcp <標準光源の色温度> と指定することで、DCPの中の一つのカラープロファイルからICCプロファイルを生成する。

カラープロファイルの作成には、実世界のスペクトル反射特性を反映したカラーチャート (X-RiteのColorChecker[7][8]など)とプロファイル作成ソフトウェア (AdobeのDNG Profile Editor、X-RiteのColorChecker Camera Calibration、DatacolorのSpyderCheckr、オープンソースのCoCaなど) が使われている。これらのソフトウェアを使うことでカラーチャートを撮影した画像からカラープロファイルを作成することができる。

レンズプロファイル[編集]

  • Adobe Lens Profile (*.lcp) - Adobe製ソフトウェアで使われている形式。オープンソースのRawTherapeeもLCP形式に対応している。

RAW現像プロセス[編集]

デモザイク前の補正[編集]

多くのソフトウェアは、デモザイク前に、レンズキャスト・ゴミ・周辺減光を除去するためのフラットフィールド補正 (レンズキャスト補正、シェーディング補正)を行うことが可能 (RawTherapee[9]、CaptureOne、Adobe DNG Flat Field plug-inなど)。一部のソフトウェアでは、暗電流ノイズを除去するためのダーク補正(Dark-frame subtraction) にも対応している(RawTherapee[9]など)。

また、現代的なRAW現像ソフトウェアでは、デモザイクの前に色収差補正を行うことができる (Photo Ninja[10]、RawTherapee[9]など)。

デモザイクの前のノイズ除去方式として、FBDD[11]などが存在する。

デモザイク前にHDR合成を行うことができるソフトウェアも存在する (HDRMerge[12]など)。

デモザイク[編集]

RAW画像はカメラによって異なるRGB配列の画素を持っている (BGGRベイヤー配列、RGGBベイヤー配列、GBRGベイヤー配列、GRBGベイヤー配列、FujifilmのX-Trans、シグマのFoveon、RGBW配列など)。またカメラによって、RAW画像は原色 (RGB) の画素ではなく、補色 (CMYG) の画素を持っていることもある (補色CCD)。

特殊な配列の画像はそのままでは画像処理しにくいため、解像度を保ち偽色を防ぎながら一般的なRGB配列に変換する必要がある。デモザイクには、モアレに強い方式 (AMaZE[13]など) や、ノイズに強い方式 (IGVやLMMSEなど) が存在する。また、機械学習を用いたデモザイク法も開発されており[14][15]、そのうちの一つdemosaicnetがオープンソースで公開されている。

使用するRAW現像ソフトウェアとカメラのRGB配列の組み合わせによって、使用できるデモザイクの方式が異なっている。

ノイズ削減 (NR)[編集]

ノイズには、ポアソン分布のフォトンショットノイズ (ショット雑音)と、ガウス分布の暗電流ノイズや読み出しノイズ、一様分布に近い量子化ノイズ (量子化誤差)が存在する[16]。ノイズの特性はカメラ及びISO感度ごとに異なるため、それぞれのノイズプロファイルの用意されているソフトウェアが存在する (Darktable[17]など)。

暗電流ノイズはダークフレーム減算によっても補正することができる。

ハイライト復元[編集]

ハイライト復元 (ハイライト再構築) を使うことで、クリップ(頭打ち)していないチャンネルの情報のみを使って、クリップ(頭打ち)したチャンネルの情報を越えて、輝度を復元できる[18]。また、クリップ(頭打ち)したチャンネルの色を復元することも可能 (RawTherapeeのColor Propagation[19]など)。

色空間の変換[編集]

モニターへの表示(モニター色空間を持つ)や、共通の色空間(sRGBやAdobe RGBなど)での保存のために、画像の色変換が行われている。色変換では、変換元の色空間プロファイルと変換先の色空間プロファイルを、プロファイル接続空間(PCS)により接続する必要がある[20][21]。プロファイル接続空間には主に、ISO 3664 P2観視条件(ホワイトポイントD50、照度500lx、サラウンド反射率20%)の、CIE XYZ色空間とCIELAB色空間(LUT用)が使われている[20][21]

色空間の変換には、マトリクス、1D-LUT (一次元ルックアップテーブル)、3D-LUTの三種類の方式が存在し、それぞれ特性が異なっている。

マトリクス方式では、ホワイトポイントの変換方法として、単純なXYZスケーリング方式の他に、LMS色空間英語版を考慮した単純な変換方式と、それに加えて複雑な色順応も考慮した変換方式が存在する。LMS色空間を考慮した単純な変換方式には、古くから使われるBradford変換や、CIELABに最適化したCAT02変換が存在する。また、複雑な色順応を考慮した変換方式には、Bradford変換を利用したCIECAM97や、CAT02変換を利用したCIECAM02が存在する。

LUTでは、メモリ使用量の関係から実データよりも荒いテーブルが使われているため、様々な方法により補間が行われている。 LUTでは、PCSを仲介しないで直接変換することも行われている。

使用するRAW現像ソフトウェアと使用するカラープロファイルの対応具合によって、使用できる色変換方式が異なっている。

露光融合とHDR結合[編集]

一部のカメラは、二つの異なる露光量を含むRAW画像(Dual ISO RAW)の撮影が可能であり、それによって更に広いダイナミックレンジの撮影が可能となっている (Canon製カメラ+Magic lanternファームウェアなど)。また、一部のカメラは、RAW画像の露光ブラケット撮影英語版 (露光量を変えながらの連続撮影) に対応している。

複数の露光量のRAW画像を一枚へと合成するために、狭いダイナミックレンジで合成処理を行う露光融合英語版 という手法[22] (Enfuse、Darktable[23]、Photomatix Pro[24]などが対応) と、広いダイナミックレンジで合成処理を行うHDR結合 (HDR merge)という手法 (Lightroom[25]/Lightroom mobile[26]、Google Nik CollectionのHDR Efex Pro、Photomatix Pro[24]、Aurora HDR、Magic lantern用のcr2hdrなどが対応) がある。

HDR結合を行った場合は、LDR画像へと変換する際にトーンマッピングが必要となる。ただし、HDR結合した画像を3DCGの画像ベースライティング (IBL)で使用する場合は、画像を光源として扱うために太陽光の強さなどを保存する必要があり、HDR結合を行った後もトーンマッピングせずにHDR画像のまま出力する必要がある。HDR画像形式には、OpenEXR形式が望ましい[27]ものの、Radiance HDR形式も互換性目的で使われている[27]

主なRAW現像ソフトウェア[編集]

カメラメーカー純正ソフト[編集]

更新停止中[編集]

サードパーティー製汎用ソフト[編集]

モバイル向け[編集]

  • Snapseed (Google) - Android用。2.1でRAW画像の編集に対応した。
  • Adobe Lightroom mobile (Adobe) - iPhone、iPad及びAndroid用。RAW画像の撮影・現像に対応している[29]。2017年には、露光ブラケットおよびHDR結合によるRAW画像でのHDR撮影にも対応した[26]
  • RawDroid (RcketScientist) - Android用。
  • Raw Decoder (TS Systems) - Android用。

開発停止中[編集]

  • Pixmantec RawShooter(Pixmantec) - 2006年にアドビが買収し、Lightroomへ機能統合する計画を発表している。
  • ArcSoft Digital Darkroom(ArcSoft、日本語版発売元:ジャングル)
  • Apertureアップル)- OS X専用。開発終了[30]
  • iPhoto(アップル)- Mac OS X専用。Ver.5より対応。開発終了[30]
  • Picasa (Google) - 2016年、開発停止を発表[31]

オープンソースソフト[編集]

GUI[編集]

  • RawTherapee英語版(Gábor Horváth及び開発チーム) - オープンソース。無償で利用でき日本語にも対応している。Windows、macOS、Linuxに対応。ICCプロファイルだけでなく、DNGカラープロファイル (DCP) にも対応している。
  • LightZone (Light Crafts) - オープンソース。ゾーンシステムを現像・画像処理に応用。JavaベースであるためWindowsとmacOS以外にLinuxにも対応。
  • Darktable英語版 - オープンソース。Linux、macOSに対応。非公式のWindows版もある。カメラの対応状況はまちまちだが、プリセットの追加方法が用意されている[32]

コマンドライン[編集]

  • dcraw英語版 (Dave Coffin) - フリーのコマンドライン式ソフトウェア。これをベースにしたGIMP用プラグイン「UFRaw」がある。
  • ImageMagick - フリーのコマンドライン式ソフトウェア。RAW形式の読み込みにも対応している。

主なRAW画像プレビュー表示/管理ソフトウェア[編集]

  • Finder - macOS標準のファイラー。RAW画像のプレビューに対応している。
  • Microsoft RAW Image Thumbnailer and Viewer for Windows XP(マイクロソフト) - Windows XPでRAW形式をサポート。
  • Microsoftカメラコーデックパック - Windows用。
  • gnome-raw-thumbnailer - GNOME用。
  • XnView - RAW画像の表示に対応している。
  • digiKam - RAW画像の表示に対応している。
  • Adobe Bridge

主なRAW対応の画像保管サービス[編集]

  • Adobe Revel - アドビの月額払いで容量無制限な画像保管サービス。RAW画像に対応していた。2016年サービス終了。
  • Amazon Cloud Drive - Amazonのファイル保管サービス。RAW画像の容量無制限な保管に対応している[33]

脚注[編集]

  1. ^ http://www.microsoft.com/ja-jp/download/details.aspx?id=26829
  2. ^ a b RawDigger: detecting posterization in SONY cRAW/ARW2 files | RawDigger
  3. ^ Is the Nikon D70 NEF (RAW) format truly lossless?
  4. ^ カメラのキャリブレーションおよび DNG プロファイル X-Rite 2009年12月1日
  5. ^ Adobe Camera Raw Colour Management Graphic Quality Consultancy
  6. ^ RawTherapee 4.0.11 Photo Review 2013年6月
  7. ^ Ian Lyons. “Review of Pictographics InCamera Page 1”. Computer Darkroom. 2015年11月21日閲覧。
  8. ^ ColorChecker クラシックに関する情報 X-Rite 2009年11月16日
  9. ^ a b c RawTherapee 4.0.10 User Manual P.8 「Raw Pre-Demosaicing Features」 Emil Martinec et al.
  10. ^ Photo Ninja Showcase: Chromatic aberration correction PictureCode LLC
  11. ^ FBDD NOISE REDUCTION Jacek Góźdź
  12. ^ HDRMerge Javier Celaya
  13. ^ Bayer moire LibRaw LLC 2010年12月1日
  14. ^ Joint Demosaicing and Denoising via Learned Non-parametric Random Fields Microsoft
  15. ^ Deep Joint Demosaicking and Denoising MIT
  16. ^ 画像・映像理解のためのノイズ特性推定とその応用 小林理弘 2010年
  17. ^ 3.4.4.3. Denoise – profiled darktable
  18. ^ Highlight Recovery in Camera RAW Adobe Systems
  19. ^ RawTherapee 4.0.10 User Manual P.34 「Highlight Reconstruction」 Emil Martinec et al.
  20. ^ a b 『Color Gamut Mapping』 P.85-86 Ján Morovič 2008年7月28日 ISBN 978-0470030325
  21. ^ a b 『Colour Engineering: Achieving Device Independent Colour』 P.249-250 Phil Green、Lindsay MacDonald 2002年11月1日 ISBN 978-0471486886
  22. ^ Exposure Fusion: What is it? How does it Compare to HDR? How Do I Do It? Digital Photography School 2009年3月
  23. ^ compressing dynamic range with exposure fusion darktable team 2016年8月
  24. ^ a b Comparison Chart HDRsoft
  25. ^ HDR 写真の結合 Adobe Systems
  26. ^ a b 「Lightroom Mobile」がRAW HDR撮影機能に対応 iOS/Android版ともに提供開始 ITmedia 2017年3月7日
  27. ^ a b 『The HDRI Handbook 2.0: High Dynamic Range Imaging for Photographers and CG Artists』 P.73 Christian Bloch 2013年1月14日 ISBN 978-1937538163
  28. ^ Phase One Japan株式会社が発足。マミヤ光学事業を継承 Impress Corporation 2015年12月3日
  29. ^ RAW撮影と編集が可能に、アドビのAndroid向け「Lightroom」最新版 Impress 2016年2月23日
  30. ^ a b AppleがiPhotoとApertureの開発を中止!その超前向きな理由とは ASCII 2014年6月28日
  31. ^ Google will shut down Picasa this spring The Verge 2016年2月12日
  32. ^ camera support darktable Team
  33. ^ 無制限でRAWも保存できるオンラインストレージ デジカメWatch 2016年1月26日

関連項目[編集]