構図と現像を図で理解する写真の教科書

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トーンカーブとガンマ

ガンマとは、光の強さと符号値のあいだの非線形な対応づけである。sRGB の伝達関数は「ガンマ 2.2」と言われるが、実際には暗部に線形区間を持つ区分関数で、式に現れる指数は 1/2.4 である。この非線形性のため、符号値の 50% は光量の 50% ではない。さらにトーンカーブを RGB の各チャンネルに独立に掛けると RGB の比率が変わるため、明るさだけでなく色相まで動く。このページの内容は規格と測定に支えられているが、色相がどれだけずれるかの定量的な一般化までは出典が無い。「S字カーブを掛けるとコントラストが上がる」という広く言われる説明そのものも、実測ではなく曲線の傾きから導かれる幾何的な帰結として扱っている。

図で見る

ガンマ符号化（リニアな光量 → 符号値）トーンカーブの図。横軸が入力（リニアな光量）、縦軸が出力（符号値）で、いずれも0%から100%。左下が暗いほう、右上が明るいほう。縦軸は上に行くほど明るい。 左下から右上への対角線は「何も変えない」直線で、薄く重ねてある。 sRGB の伝達関数は、入力（リニアな光量）0%で出力（符号値）0%、入力（リニアな光量）1%で出力（符号値）6%、入力（リニアな光量）1%で出力（符号値）10%、入力（リニアな光量）2%で出力（符号値）15%、入力（リニアな光量）5%で出力（符号値）25%、入力（リニアな光量）10%で出力（符号値）35%、入力（リニアな光量）18%で出力（符号値）46%、入力（リニアな光量）25%で出力（符号値）54%、入力（リニアな光量）35%で出力（符号値）63%、入力（リニアな光量）50%で出力（符号値）74%、入力（リニアな光量）65%で出力（符号値）83%、入力（リニアな光量）80%で出力（符号値）91%、入力（リニアな光量）100%で出力（符号値）100%の13点を通る折れ線。 点は sRGB 規格の式そのものに数値を入れて計算した値で、実測値ではない（C≦0.0031308 で 12.92C、それを超えると 1.055·C^(1/2.4)−0.055）。薄い対角線は「何もしない」線。リニアで18%の中間グレーは、この曲線を通ると符号値で約46%になる。曲線の縦軸は符号値であって、モニタが実際に出す光の量ではない。0%25%50%75%100%0%25%50%75%100%入力（リニアな光量）出力（符号値）sRGB の伝達関数
ガンマ符号化（リニアな光量 → 符号値）点は sRGB 規格の式そのものに数値を入れて計算した値で、実測値ではない（C≦0.0031308 で 12.92C、それを超えると 1.055·C^(1/2.4)−0.055）。薄い対角線は「何もしない」線。リニアで18%の中間グレーは、この曲線を通ると符号値で約46%になる。曲線の縦軸は符号値であって、モニタが実際に出す光の量ではない。
S字カーブ（模式図）トーンカーブの図。横軸が入力、縦軸が出力で、いずれも0%から100%。左下が暗いほう、右上が明るいほう。縦軸は上に行くほど明るい。 左下から右上への対角線は「何も変えない」直線で、薄く重ねてある。 コントラストを上げるS字は、入力0%で出力0%、入力10%で出力6%、入力20%で出力14%、入力30%で出力24%、入力40%で出力36%、入力50%で出力50%、入力60%で出力64%、入力70%で出力76%、入力80%で出力86%、入力90%で出力94%、入力100%で出力100%の11点を通る折れ線。 この S 字の形は模式図であり、実測値でも特定のソフトの既定値でもない。曲線が対角線より下にある領域は暗く、上にある領域は明るくなり、そのあいだの傾きが1より大きい区間でコントラストが上がる、という関係だけを示している。どれだけ曲げるとどれだけ変わるかを読み取ることはできない。また、この曲線を RGB の各チャンネルに独立に掛けると色相がずれるが、そのずれ量はこの図には描かれていない。0%25%50%75%100%0%25%50%75%100%入力出力コントラストを上げるS字
S字カーブ（模式図）この S 字の形は模式図であり、実測値でも特定のソフトの既定値でもない。曲線が対角線より下にある領域は暗く、上にある領域は明るくなり、そのあいだの傾きが1より大きい区間でコントラストが上がる、という関係だけを示している。どれだけ曲げるとどれだけ変わるかを読み取ることはできない。また、この曲線を RGB の各チャンネルに独立に掛けると色相がずれるが、そのずれ量はこの図には描かれていない。

この操作が画像に何をするか

トーンカーブは、入力の値ごとに出力の値を決める1次元の対応表である。対角線が「何もしない」状態で、対角線より上に持ち上げた領域は明るく、下げた領域は暗くなる。効くのは持ち上げ幅そのものよりも傾きで、傾きが1より大きい区間は入力の差が拡大されてコントラストが上がり、1より小さい区間は差が圧縮されて平坦になる。S字カーブが「コントラストを上げる」と言われるのは、中間調の傾きを1より大きくする代わりに、両端の傾きを1より小さくして階調を譲っているからである。ただしこの操作は R・G・B それぞれに同じ関数を掛けるので、関数が非線形であれば RGB の比率が変わり、明るさだけでなく色相まで動く。グレーや低彩度の色ではほとんど影響がないが、高彩度の色では無視できない。

効く場面

つまずきやすい点

どこまで裏が取れているか

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