第4章「画像の性質を表す諸量」コントラストが高くピントが合っていて鮮明な画像、暗くて不鮮明な画像、など画像の性質を定量的に表す方法を説明する。 1 画像のヒストグラム   デジタル画像を構成する画素集合の、画素値に対する度数（頻度）分布を画像のヒストグラムとよぶ。これを用いると、どの範囲に画素値が多い／少ないを判断することができる。図４．１ 2 画像の統計量   代表的な統計量に画素値の最小値（minimum）、最大値（maximum）、平均値（mean, average）、分散（variance）、中央値（median）、最頻値（mode）がある。 3 画像の階調   階調性、階調数、階調再現性：階調（tone）という言葉は濃淡変化とほぼ同じ意味である。階調性が良いとは、明暗の広い範囲にわたって、濃淡変化が均一（直線的）であることを意味する。 4 画像のコントラスト・明るさ   コントラスト：表現可能な濃淡の最大範囲に対する、実際に表現されている濃淡範囲の比率。例えば、8ビットの濃淡画像で、画素値の最小値が57、最大値が174であれば、コントラストは(174-57)/255=0.459となる。   明るさ：画像全体の明るさは、画素値の平均値で表す。 5 画像のノイズ   画像に含まれるノイズに以下のようなものがある。   デジカメやスキャナーなど入力装置のセンサー特性に依存する暗電流によるノイズや電荷転送時のノイズ、標本化におけるサンプリング位置のずれ（ジッタ）など。   デジタル化における量子化ノイズ、エイリアス歪み、デジタル処理における計算誤差など。   ノイズの種類：不規則性（ランダム）ノイズ、周期性ノイズ、固定パターンノイズなど。図４．６   ノイズ量の尺度：信号対雑音比（SN比）。通常、下式によりデシベル（dB）単位で表す。 SN 画素値の分散 = 10log10 ノイズの分散 = 画素値の標準偏差 20log10 ノイズの標準偏差 6 7 画像のノイズの例圧縮で情報が失われたことにより、原画像との誤差がノイズになったもの Jpeg圧縮あり Jpeg圧縮なし ISO200 大光量小 ISO6400 カメラの光量を絞って撮影した場合、撮像素子にランダムノイズが発生する 8 白色ガウス雑音   画像に加えるノイズを模擬する場合に、しばしば、白色ガウス雑音を用いる。ここで、白色とは全ての周波数を均等に含むという意味であり、ガウスとはノイズ成分の振幅がガウス分布（正規分布）に従うという意味である。   通常、正規乱数を白色ガウス雑音として扱う。 9 ノイズ評価の例   OpenCVの画像保存関数cvSaveImage を用いてJPEG画像を保存するときの圧縮率とノイズの関係を評価した。 0.25 50 45 パラメータ値=50 0.2 40 0.15 35 0.1 30 SN比（dB）ファイルサイズパラメータ値=2 パラメータ値=100 0.05 25 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 圧縮率を制御するパラメータ 90 20 100 10 画像の鮮鋭度   画像の鮮鋭感を尺度化する一つの方法は、理想エッジに対する実画像のプロファイル（信号変化）を調べることである。 11 画像の振幅伝達関数（MTF）   より、厳密な方法として、さまざまな周波数の正弦波チャートの入出力プロファイルを調べることで、横軸を周波数、縦軸をコントラスト比とする振幅伝達関数（MTF: Modulation Transfer Function）を求める方法がある。 12 画像の解像力   解像力は画像上にどの程度の細かいものが再現されているかを示す尺度である。図４．９のような解像力チャートを撮影した出力画像で、線が分離して観察できる位置を評価する。 13 撮影パラメータ（１／２）   画角（視野角）：撮影できる範囲を角度で表したもの。   焦点距離：おおむねレンズと撮像素子の距離。焦点距離50mm のレンズを標準レンズ、それよりも短いものを広角レンズ、長いものを望遠レンズとよぶ。   絞り：レンズの有効口径を調節する絞りとよぶ。有効口径の大小により、光量と被写界深度を制御できる。   シャッタ速度：光を蓄積する時間を調節する。暗い場所での撮影は、シャッタ速度が遅くなり、画像にぶれが生じやすい。   IOS感度、ゲイン：もともとは、写真フィルムの感度を意味したが、デジタルカメラでは信号の増幅率を意味する。図４．１１１５ 14 15 撮影パラメータ（２／２）   ホワイトバランス：人間の視覚は光源色の影響をあまり受けない（色の恒常性）が、カメラには光源色が強く影響する。カメラ内部で光源色の影響を補正する処理をホワイトバランスとよぶ。   色温度：照明光源の色を、黒体輻射の絶対温度で表したもの。白熱燈が2,856K、太陽光が5,500K程度である。   フレームレート：動画像を撮影するための、時間軸方向に標本化する周波数をフレームレートとよぶ。図４．２０２２ 16 17