ノイズ測定プラグインの開発
The Development of the Noise Measurement Plug-in

滝澤成

温＊Takizawa, Naruo
We have developed a Photoshop plug-in software module for ISO 15739 "Photography - Electronic stillpicture cameras - Noise measurements" based upon our human visual model previously proposed. Thissoftware module is designed to allow users to choose an arbitrary gray test chart, observing parameters,
and color matrices and MTF used in the human visual model.
This paper describes the procedure of the measurement using the software module. We apply this for
two types of digital still cameras. As the result, noise characteristics are differentiated in terms ofobserving distance and lightness unlike conventional noise evaluations.

１

被写体に対する撮像系のノイズ評価と言える。

はじ め にこれに対し、我々は人間の視覚モデルをベースとした電子スチルカメラの高画質化にともない、一般ユーザー

２）
Visual Noise(VN)を提案した。
これは、視覚の空間への普及が急速に進んでいる。この電子スチルカメラの周波数特性を導入することにより、標準ディスプレイで画質評価において、我々は人間の視覚モデル１）をベース表示された画像に対し、観察されるノイズ量を評価するとしたノイズ測定ソフトウェアを開発した。

ものである。

本稿では、ノイズ測定の手順とソフトウェアの特徴に

文献１）のスキャナのノイズ測定を電子スチルカメラついて説明する。また、２機種の電子スチルカメラの測に応用し、VNの測定方法を決定した。まず観察するディ定結果を示す。

スプレイを、sRGB５）ディスプレイと仮定した。そして、画像サイズに応じた観察距離を設定し、画角を一定にし２ Visual Noiseの 測 定方 法た評価を加えた。この観察距離は、表示画像の高さの倍
２）電子スチルカメラのノイズ評価は、ISO 15739 において審議中である。この規格では、次式で定義される数とし、実際の観察条件に近似させた。また、VNの評価式を次のように定義した。

Signal to Noise Ratio (SNR)でノイズ評価を行う。

ここで、σ(L)はL*の標準偏差、σ(C1), σ(C2)は u*v*
ここで、Maximum levelは画像データの飽和レベルをまたはa*b*の標準偏差を表す。wL, wC1, wC2は、それぞ表し、incremental gainは、ISO 14524３）で定義されてれの標準偏差にかかる重み係数である。

いるカメラの入出力特性である。total noise は、ISO

さらに、電子スチルカメラでは、CCDの信号読み出12232４）で規格化されたカメラノイズの標準偏差σ(DL)でし方式や画像処理の影響により、縦・横方向でノイズ量ある。σ(DL)は、画像の輝度･色差信号の標準偏差σ(Y),に差が出ることがある。そこで、２方向に対してVNをσ(R-Y), σ(B-Y)より、式 で表される４）。

計算することにした。視覚の空間周波数応答は、水平・垂直方向の特性がほぼ等しいため６）, ７）、２方向に対して同一の特性を使用する。
以下にVisual Noiseの計算手順を示す。
RGB画像データをsRGBと仮定し、三刺激値XD ,YD, ZDを求める。

式 は、撮像系の入出力特性で重み付けをしているため、＊コーポレートラボラトリーG 中央研究所

sRGBの白色点を、3×3のマトリクスMadapt により反対色応答の色度座標へ変換する。

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研究結果が報告されており、未だ統一されていない。文献１）では式のMadaptとして、von Kriesの色順応モデ

ルの1つを利用しているが、この計算で使用するプライ
マリは数種類が報告されている８）。また、式 のMopposite９）、視覚の空間周波数特性６）,７）,10）,11）も同様に複数の研究結果
XS, YS, ZSを、3×3のマトリクスMoppositeにより反対色応答SW-K, SR-G, SY-Bへ変換する。

が報告されている。
そこで、本プラグインでは、これらの視覚モデルのパラメータを変更可能にした。ただし、式 の重み係数は、それぞれのパラメータに合わせて、最適化する必要がある。
３．２

プラグインの操作

評価対象の電子スチルカメラで、Fig.１に示すようなSW-K, SR-G, SY-Bを離散フーリエ変換し、空間周波数応答を求める。

一様なエリアを持ったグレーチャートを撮影する。
Photoshopでこの画像を開き、メニューの[フィルタ]か空間周波数応答に対し、視覚の空間周波数特性により重み付けをする。

ら本プラグインを選択する。Fig.２のダイアログボック
スが表示され、ここで測定条件を設定する。

離散逆フーリエ変換により、実空間領域の反対色応答へ変換する。

[Viewing Distance]の[Variable Distance]を選択すると、観察距離は表示画像の高さの倍数に設定される。これ反対色応答を、Moppositeの逆行列により三刺激値へ変換する。

は、画角を一定にした評価となる。また、[Fixed Distance]を選択すると、観察距離を一定にした評価となる。デフォ
ルト設定は、Variable Distance=5である12）。
[Test Chart]では、測定するチャートの種類を選択する。
ISO Camera Noise Test Chartは、ISO 15739のテストチャートである。これ以外のチャートを使用する際は、[Others...]を選択し、そのチャートのパッチ位置情報を記

反対色応答の色度座標を、Madaptの逆行列によりsRGBの白色点へ変換する。

述したテキストファイルを読み込む。
[Sampling Number]では、測定するデータ数を選択する。Sampling Number = Nに対し、N×N画素の画像領域で縦・横方向にNライン分のVNが計算される。そして、その平均値が出力される。デフォルト値は64である。
[Parameters]では、視覚モデルのパラメータを選択する。
文献1)のパラメータを、デフォルト値としている。パラメー

XD袷, YD袷, ZD袷から、L*u*v*またはL*a*b*を計算する。

タを変更する際は、[Others...]を選択し、視覚モデルのパL*u*v*またはL*a*b*の標準偏差σ（L）, σ（C1）,ラメータを記述したテキストファイルを読み込む。

σ（C2）を計算し、式〜３へ代入する。

[OK]をクリックすると計算が開始され、測定データがテを画像の縦・横方向に対して計算する。

キストファイルで出力される。

ノイ ズ 測定 プ ラグ イ ン

３．１

プラグインの特徴

このプラグインの特徴は、以下の４点である。
・Photoshopのプラグイン形式
・画角を一定にした測定が可能
・任意のテストチャートに対応
・視覚モデルに関するパラメータが変更可能
テストチャートは、ISO 15739の中で規格化が進んでおり、基本的にはこのチャートで測定を行うことになる。
ただし、同チャートを入手できない場合を考慮して、任意のチャートに対応できる仕様にした。
また、視覚モデルに関するパラメータは、さまざまな

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Fig.１ Example for test chart(approximately proportional to L*).

Fig.２ The dialogue box of the plug-in

Fig.３ The results of visual noise for different viewing
distance in horizontal direction of DSC1.

４ Visual Noiseの 測 定例
４．１

使用カメラと撮影条件

以下のカメラと条件により撮影を行った。
・電子スチルカメラ： ２機種
DSC1-1600×1200画素、1/2inchCCD、原色フィルタ
DSC2-1152×872画素、1/3inchCCD、原色フィルタ
・照明ブース： Macbeth SpectraLight II・照明： D65
・テストチャート： 24レベルのグレーチャート（Fig.１）４．２

観察距離による比較

DSC1により、異なる観察距離におけるVNを比較する。測定条件は、ディスプレイ解像度を72dpi、観察距離を85, 154, 212cmとする。これは、35, 100, 200万画

Fig.４ The results of visual noise in horizontal direction of
DSC１ and DSC２.

素の表示画像に対し、画像高の5倍の距離に相当する。
また、視覚モデルのパラメータは、デフォルト値を用いる。
Fig.３に画像の横方向のVNを示す。横軸がL*、縦軸がVNである。この図より、画角を一定にした評価では、多画素のカメラほど知覚されるノイズ量が少ないことがわかる。また、明度に対しノイズ量が変化する様子が確認できる。
４．３

異なるカメラでの比較

次に、DSC1,2のVNを比較する。ディスプレイ解像度を72dpi、 観察距離を４．２の画素数に対応させて212,154cmとする。視覚モデルは、デフォルト値を用いる。
Fig.４に画像の横方向のVNを示す。この図よりカメラの機種ごとに、明度に対するノイズの特性が異なることがわかる。また、４．２では同一のカメラで比較した
ため、VNは観察距離のみに依存して変化した。しかし、Fig.５ The results of SFR in horizontal direction of DSC1and DSC２.

２機種のカメラで比較すると、多画素カメラのVNが小さくなるとは限らないことがわかる。

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４．４

考

●参考文献

察

ここでは、DSC1,2のノイズ特性の差異を、画像処理の観点から比較する。ノイズに影響を与える画像処理として、以下の３項目が考えられる。そこで、これらの項目について両者を比較する。

１） K.Aoyama, H.Enomoto and Po-Chieh Hung, Proceedings
IS&T's 49th Annual Conference, 322 (1996).
２）ISO 15739 WD 5.2: 1998, "Photography - Electronic still picture cameras - Noise measurements"３）ISO 14524 DIS: 1999, "Photography - Electronic still picture

・露出制御

cameras - Methods for measuring opto-electronic conversion
functions(OECFs)"

・エッジ強調４）ISO 12232: 1998, "Photography - Electronic still picture cam-・画像圧縮
露出制御は各メーカーまたは各機種ごとに異なる。これは、Fig.４から読み取れる。DSC1は、 L*の最大が85

eras - Determination of ISO speed"５）IEC 61966-2-1: 1999, "Multimedia systems and equipment Colour measurement and management - Part 2-1: Colour程度であるのに対し、DSC2は100近くにある。DSC2は、

management - Default RGB colour space - sRGB"

CCDの飽和レベルまで露光量を稼いでいるため、低輝６）坂田晴夫，磯野春雄，テレビジョン学会誌，31，29 (1977).

度部で発生するノイズに対し有利と考えられる。
13）

次 に 、 エ ッ ジ 強 調 の 比 較 を ISO 12233 の Spatial
Frequency Response（SFR）測定プラグインを用いて行う。ナイフエッジチャートを撮影した画像から、輝度信
号YのSFRを測定する。Yの計算は、ISO 15739と同様に式２）で行う。

７）畑田豊彦，O plus E，61, 95 (1984).
８）池田光男，"色彩工学の基礎"，朝倉書店，東京，1980，p. 216.
９）納谷嘉信，"産業色彩学"，朝倉書店，東京，1980，p.35.
10）A.S.Patel, Journal of the Optical Society of America, 56, 689(1966).
11）関口修利，第10回色彩工学コンファレンス予稿集，89 (1993).
12）中山剛，藤尾孝，"テレビジョン画像工学ハンドブック，1編 光･色･視覚・画像"，テレビジョン学会編，オーム社，東京，1980，
p. 77.
13）ISO 12233 FDIS: 1999, "Photography - Electronic still picture
cameras - Resolution measurements"

Fig.５に横方向のSFRを示す。横軸が正規化した空間周波数（ナイキスト周波数=0.5）、縦軸がSFRである。
SFRの最大値で比較すると、DSC1は約1.3倍高くなっている。これより、DSC1は、DSC2よりもノイズを増幅している可能性があると考えられる。
また、画像圧縮の影響について、両者の圧縮率を比較する。 圧縮率は、 DSC1が1.14bit/pixel、 DSC2は2.76bit/pixelである。DSC1は2倍以上圧縮率が高いため、ブロック歪などの影響は、DSC1のほうが大きくなる可能性がある。
以上の結果より、ノイズ特性における画像処理の影響は、DSC1が大きくなる可能性が高いことがわかった。

５

まと め

電子スチルカメラのノイズ評価において、人間の視覚モデルを用いたノイズ測定ソフトウェアを開発した。このソフトは汎用的な画像編集ソフトで使用できるため、簡単な操作で測定値を得ることができる。
本ソフトを用いた２機種のカメラの比較より、明度と観察距離で変化するノイズの特性が明らかとなった。また、カメラ内部の画像処理を比較し、ノイズ特性が異なる原因を調べた。

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