感染ルンです。。。

えー、デジカメ高感度撮影時に出現するノイズを何とかしようというテクニックの続き。

んじゃ早速。結論は、「コンポジット」という技です。

出典は多くの天体写真好き様方のサイトより、銀治的にまとめてみたいと考えています。

蛇足ネタですが、「コンポジット」（英語表記だと「Composite」ね）とは「合成」という意味なので、結構使われている表現の「コンポジット合成」とかって言い方は「女の女医さん」だと思うのですがね（笑）

さて、その「コンポジット」という手法でノイズを軽減させる理屈を軽く説明すると、デジカメで撮影した複数枚の同一カットを「コンポジット」すなわち重ね合わせることで、ランダムノイズをお互いに打ち消すことで取り除く、というか軽減させちゃいましょう。ということです。

ランダムノイズは昨日の通りですから、画面の様々な場所に出現します。したがって「コンポジット」とは、「本来の色＋色が付いたランダムノイズ」を重ね合わせることで「複数の色の付いたランダムノイズ」を「本来の色」へなじませる、という風に考えれば良いかと思います。ただしただただ重ねただけでは濃度が上がってしまいますから、2枚目以降については不透明度を下げてあげます。

それでは実験を画像と共にごらんください。今回はPhotoshopを使っています。

1. Photoshopで適当なサイズの新規ファイルを作り、
RGB各色119のグレーに塗りつぶし背景のレイヤーを作成。



2. 次に背景レイヤーの複製を作り、フィルタから
「ノイズを加える」で「5%の量カラーノイズをガウス分布」
でランダムノイズを付加。


3. 同様に、背景レイヤーの複製を作り同量ノイズを加えた。
これを7回繰り返す。



5. ノイズをガウス分布することを各レイヤーごとに
行ったので、RGB119の基本色ベースの上に分布が違う
ノイズが乗った8つのレイヤーができた。
ここまでが実験用のデータ作り。



6. ここからがコンポジットの実践同様となる。
今回のシミュレーションは8枚のデータを重ねる、
すなわち「コンポジット」するということなので、
「5%ノイズ」をベースにその上のレイヤーから
描画モードを「通常」、不透明度を下のレイヤーから
「50%」「33%」「25%」「20%」「17%」「14%」「12%」と変更。



7. これが5%ランダムノイズが乗った画像を
8枚コンポジットすることでノイズ感を軽減させた状態。



8. 全9枚を並べてみましょう。さすがに理想の
「RGB 119」というノイズレスな状態にはなりませんが、
「12%」までコンポジットした状態とオリジナルの
「5%ノイズ」では、明らかな違いが出ている。

いかがでしょうか？

この実験のように、ランダムノイズは複数枚の同じ状況のデータを使い不透明度変更させていくことによって、ノイズそのものを平均化することで打ち消すことが可能なのです。計算上では「N枚のデータをコンポジットすることで、ノイズは1/√Nに平均化」することができます。今回の実験は8枚使ったので、図7で示したノイズ感は図2の画像に対して1/√8、すなわち元に対して約1/2.8のノイズ量に平均化したということになります。

積み重ねて平均化するのでこれをコンポジットの中で「加算平均」と呼びます。

もうひとつ重要な「不透明度の量の決め方」ですが、「100% / 枚数」で算出します。2枚目なら50%、3枚目なら33%という具合になります。

ここまでがコンポジットの基本です。

もうひとつコンポジットの「やり方」についても語りましょう。

先の実験でのやり方を「積み上げ式」とするならば、「トーナメント式」でコンポジットすることも可能です。ただし、シード権は使えないので、必ず2の二乗、すなわち4、8、16枚等の枚数が必要になります。その代わりといっちゃーなんですが、PC能力の負荷は低くなります。

1. 2枚の画像を用意して背景の上へコピーする。
コピー＆ペーストでもいいですし、
移動ツールで重ねたい画像をシフトキーを押したまま
ドラッグ＆ドロップしても良い。



2. 上のレイヤーの不透明度を50%にした後、
画像を統合してひとまず別名で保存。
ただし不可逆圧縮のJPEGは推奨しないので、TIFFかPSDを使用。


3. 今回は8枚なので「2」の処理を3回繰り返し、
1度コンポジットした画像を2組再度開いては同じ処理をする。



4. 左が「積み重ね式」、中が元になった「5%ノイズ」、
右が「トーナメント式」のコンポジット。

いかがでしょうか？

僕の目には「積み重ね式」も「トーナメント式」も同じぐらいのノイズ軽減ができているように見えます。どちらが推奨方式というわけではなく、パソコン能力と撮影できた枚数によってやり方を選べば良いと思います。

すなわち、「コンポジットによるノイズ軽減処理をする」と決めて撮影に入った場合、必ず4枚なり8枚なり撮影して「トーナメント式」を採用するか、使えるカットが3枚とか6枚とかランダムだったなら「積み重ね式」でやるとか、臨機応変で良いのかと。

あ、重要なことを忘れていました。この「コンポジットによるノイズ軽減処理」は、当然のことながら基本的に止まっている被写体が対象になります。動きのある被写体だったりすると、長時間露光をしたように像がずれて重なります。ま、それも味になる（例えば水の流れとか）ケースもあるとは思いますが。

さて、今回は先の通りPhotoshopのレイヤー機能を使いました。もちろんエレメンツでも可能です。ただし、エレメンツは16bitカラーチャンネルは使えません。

ま、ここまでくれば「もっと簡単にやってくれるアプリケーションってないの？」とかの質問が来そうなので、次回はアプリケーションについて書きたいと思います。その次に実践編の予定ってことで。

コンポジットに挑戦したと言う人は、コメントで一報ください。
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