写真の有効解像度を知る方法

画像のピクセル寸法のことではなく、内容の解像度を知る方法はありますでしょうか。

たとえば、500x500ピクセルの画像(写真)を300x300ピクセルに縮小した後に、また500x500へ拡大すると、情報量が失われてしまいますよね？

同様に、10メガピクセルのカメラで撮影しても、ピンボケ・手ぶれなどは情報量としては少なく、10メガピクセルは無駄なはずですので、適切なピクセル寸法に縮小して保管したいと考えています。

カメラ・レンズを測定する仕組みとして、縞模様などを写し、解像度を測定する仕組みがあるらしいので、その原理で通常のデジタル写真の有効解像度を知り、適切なピクセル寸法に縮小することは可能でしょうか？

No.5 回答者： joshua01 回答日時： 2008/05/30 20:20

こんにちは。

視点はおもしろく、しかし、なかなか難問でありますね。
次のような回答ではいかがでしょう。
　ポイントとしては、「ブレやピンボケは画素間の明度の差で判断して分類する。また、分類に応じて実際にどの程度の画素を省略するかは多くの人に見せて統計化する。これの上手な方法を見いだすと役に立つはずだ。・・・・ところが何と・・・・」

　ご質問は、「例えば、1000万画素のカメラで撮影しても、実際にピンぼけやブレがあった場合には、保存画素数を500万画素に削減しても良いではないか」とのアイディアと理解しており、基本的にはごもっともだと思います。
そうであれば・・・

(1)まず、ボケの分類（程度の判断）ですね。
　まず、最も基本的な方法は、「コントラスト抽出」です。各画素について隣り同士の色や明るさの違いをすべて引き算します。ピントが合っている場合には、隣合った画素同士でも比較的明るさ等の差が大きく、ぼけていれば差が小さいので、これでボケの深刻さを判断できるでしょう。
　一方で、すべての引き算をするのも大変ですし、分類や判断も人間の感覚と照らし合わせる必要があるので、どのように省略するかが工夫のしどころですね。
・　すべての点で引き算をする（1000万画素×上下左右の４つの引き算）をするのは大変（処理負担が大きい）ですね。重複する引き算の組み合わせは当然省略しますが、あまり細かくやることに意味もないので、引き算をする基準点は、数百～数万画素くらいに減らす。
・　いちばんピントの合っているところだけが問題なので、分類判定に当たってはコントラストの差が最も大きい点だけに着目して判断しても良いかも。
・　左右にはぼけているが上下にはぼけていない場合は、「ブレ」なので、上下の差の傾向と、左右の差の傾向などを個別に分析しても良いかも。
・　撮影した物体の特徴や使ったレンズの特性によっては、隣の画素との引き算をせずに、3個分先とか、10個置いた先を判断基準に置かないといけないかも知れない。（模様が大きい場合や模様自体に輪郭のぼけた要素がある場合等。）
　なお、ボケの程度については、ピントが合っている写真でさえもぼけている部分がある（人間には合っているが、背景はぼけている）ので、これ考慮することにすれば、画面を例えば100～1000くらいに分割して個別に判断し、次に言うようにボケている比率の高い部分だけを大きく省略するなどの判断も有意義でしょう。

(2)次に、どの画素を、どのくらいの頻度で抜く（省略する）かです。
　基本的には、1個おきくらいに抜くと、1000万画素の下は250万画素にすることになるでしょうが、まあ、これは画面を見た多くの人の印象を調査する必要があるでしょう。
　特に、再生時に補間（周辺の模様から画素を推定して埋め合わせる）を行うこととして、その手法が人間の視覚特性などに対して適切なら、相当に画素を抜いてもかなり良い印象の画像を再生できます。（斜めの線に発生する“階段”を埋めて細かくできるなど）
　また、ピンぼけでなくて、例えば横にブレている画像の場合、左右方向には大きく省略し、上下方向にはあまり省略しないことが有効でしょう。

　と、まあしつこく書いてはみたものの・・・
　実はこれらの考え方の多くは普通のデジカメの画像（JPEG方式）の画像記録で既に導入されています（苦笑）。

　JPEG（動画のMPEGも）では、撮影直後に画像のコントラスト分布等を分析して情報を記録情報を省略（圧縮）するとともに、再生時に補間する際に必要な情報を同時に追記しています。（再生時に補間するため、見かけの画素数は変わらないが、非圧縮のLAW方式と呼ばれる記録方法に比べて画質はわずかながら低下している）
　したがって、カメラの個々の製品にもよりますが、同じ物を撮影した場合でも、ピントが合った写真とボケた写真とではJPEG画像としての情報容量が違っており、実際に撮影して容量を確認してみるとわかります・・・。
（さらに、JPEGの写真を、画像変換ソフト等で画素数を減らす変換をして、またJPEG方式で保存してみると、細かい模様の多い（ピントの合った）写真は大幅に情報容量が減少するが、ピンぼけの写真はさほど大きくは減少しない・・・）

　ちょっとがっかりでしょうか。
　しかし、逆に考えれば質問者さんの疑問はプロでも取り組んだ「正しい視点」であり、さらに、プロが見落としている省略可能な要素などを見つけてより圧縮度の高い方式の提案につながる可能性もあるので、可能ならJPEG等の「画像圧縮」方式について少し勉強してみていただき、新たな提案につなげてみていただければ有意義だと思います。

さて、すっかり長くなってしまいましたがいかがでしょうか。
お役に立てば幸いです。

No.4 回答者： valvalval 回答日時： 2008/05/30 09:02

ANo.3で「画像の圧縮のしやすさ」が指摘されていますが、

プロ向けの圧縮ソフトは、高度なパラメータ設定を個別に手動チューニングすることによって品質を落とさすに小サイズを実現させています。
（小さな一部分の色を変色しないようにキープして圧縮するとか）
DVDやBDの映像ソフトも同様に、どこの会社がエンコードを担当したかが話題にされることがあります。
（HD DVDの「キングコング」は他の映画よりも多くの技術者を動員して高画質を実現したと云われています。）

そういう訳で、圧縮しやすい→更に圧縮しても大丈夫とは言えないのです。
同一設定で最適サイズに圧縮されている状態ですので、全体的に少し圧縮率を下げてみるのが現実的かと思います。

No.3 回答者： SortaNerd 回答日時： 2008/05/30 01:06

言いたいことは分かります。

しかしそれを実現するのは難しいと思います。
たとえ元300pxの画像であっても500pxにした時点でコンピュータには500pxの画像としか判断できません。
やるとしたら画像の中身まで読みとって、ボケ具合などから情報量を算出する処理をしなければいけませんが、複雑な処理になりそうです。
またそもそもボケ具合というのも主観的なものだと思います。

あえて言えば、コンピュータにも判断できる情報量の指標として「画像の圧縮のしやすさ」を取ることが考えられます。
つまり、固定の圧縮設定でとりあえず圧縮してみて、得られたファイルサイズが小さいほど情報量は少ないという判断です。
実用になるかは分かりません。

No.2 回答者： valvalval 回答日時： 2008/05/29 10:14

個人的には縮小するよりも、圧縮率を若干落として保存した方がイイと思います。

この回答への補足

主な目的はファイルサイズの節約ですので、圧縮レベルを上げる方法も思い浮かんだのですが、いずれにしてもどこまで圧縮／縮小できる画像なのかを判断するために、写っている内容（情報量）を数値化したいのです。
大量の写真のために、一枚ずつ圧縮して劣化するかしないか確かめるのは現実的ではなく、ソフトウェアによる計算で求める必要があると思っています。

また、有効解像度が分かると、同じ構図のカットのうち一番くっきり写っているものを採用するときにも活用できるのではと期待しています。

そういえばデジカメのピント合わせの仕組みも、そういう技術ですよね。

補足日時：2008/05/29 10:56

No.1 回答者： fifaile 回答日時： 2008/05/28 21:00

＞情報量が失われてしまいますよね？

その通りです。

＞常のデジタル写真の有効解像度を知り
それならば同じ写真を違う画質(ファイン、エコノミー等)で撮影し、
自分で適切と思うところのサイズで使用すればいいと思います。

この回答への補足

＞それならば同じ写真を違う画質(ファイン、エコノミー等)で撮影し、
すみません、そういう意味ではなく、
撮影済みの画像について、
くっきり写っている写真はそれ以上縮小できませんが、
ぼやけて写っている写真は縮小しても情報劣化がほとんどないはずで、写っている情報量（有効解像度）がわかれば
その写真をどこまで縮小できるかが分かるはずだと思うのですが・・・

補足日時：2008/05/29 10:51