Star Light Laboratory

デジタル天体写真で、冷却CCDの階調は、16ビットで、一眼デジカメは、
14ビットであることが、よくいわれていますが、この16ビットや14ビットの
ビット長をどこまで理解されているのでしょうか？
これは、2進数の議論で、デジタル写真の階調ですと、16ビットとは2の16乗で、
10進数では、65536になり、14ビットでは、2の14乗で、10進数では、16384に
なります。
モノクロで16ビットの場合、真っ黒（0、0x0000）から真っ白（65535、0xFFFF)を
65536階調に分割して、色を割り当てています。
また、1４ビットの場合、真っ黒（0、0x0000）から真っ白（16383、0x3FFF)を
16384階調に分割して、色を割り当てています。

16ビットと14ビットでは、2ビットしか変わらないのですが、2進数の世界での
話になるので、上位2ビット違いが、大きな差になります。
話を簡単にするためにビット長が4ビットの場合を考えます。4ビットなので、
最大で、1111(2進数）15（10進数）になります。
0から15の10進数と2進数の対応は、以下のようになります。

0 0000
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001
10 1010
11 1011
12 1100
13 1101
14 1110
15 1111

ここで、上位2ビットが、無い場合を考えると上記の対応から最大で、3(10進数)で、
0から3の4通りしかありませ。上位2ビットが、無いだけで、4倍の差が、出てしまいます。
16ビットと14ビットでもその差は、4倍になります。
これを色の変化の階調に置き換えると14ビットの1ビットは、16ビットの4ビット分に
なります。

16ビットと14ビットでは、4倍の階調幅の差がありますが、色や明るさの表現で、
16ビットの1ビットの階調、1/65536の変化を人は、視覚として認識できません。
また、14ビットであっても人は、1/16384の変化を視覚として認識できません。

デジカメの階調幅が、14ビットなのは、色や明るさの変化が、16384階調あれば
人の目で見て自然に見えることと、記録するデータ量が、16ビットに比べて小さく
なるからです。
画像処理に関しても、人が見て、色や明るさが変化するのを認識できるレベルまで
変化させなければならないわけですが、16ビットと14ビットでは、その変化量が、
大きいか小さいかだけになります。

ちょっと数学の世界の話になりましたが、デジタルの世界では、色や明るさの変化を
2進数によって表現するので、これをしっかりと理解していないといけないということです。