ヒストグラムを学ぼう- 基礎編①

ヒストグラムを学ぼう-基礎編①-Main

今回は、多くの方にとって「その存在は知っていて、何となく理解しているつもり」という位置づけの「ヒストグラム」に関して説明していきたいと思います。

カメラのライブビューで撮影時や、撮影後に表示することができる、上記のようなグラフのことですね。

今回はこのヒストグラムに関する、基礎的内容を解説します。
 
目次

  1. ヒストグラムの定義
  2. ヒストグラムのX軸
  3. ヒストグラムのY軸
  4. 写真をヒストグラムに変換

 


2018年5月30日にヒストグラムに関するシリーズ記事の第2弾をアップしましたのでこちらもお読みください。

2018年5月31日に「中級編①」も追加しました。こちらもご一読ください。


1.ヒストグラムの定義

 
辞書で「ヒストグラム」をひいてみると、

「統計で、度数分布を表した柱状グラフ」

と定義されています。(出典:デジタル大辞泉)
 

柱状グラフ、というのはいわゆる棒グラフのこと。つまり、ヒストグラムは「何かの分布を表す棒グラフ」ということになります。

棒グラフ
 
「棒グラフ」と言われると理解しやすいと思うのですが、一般的に写真のヒストグラムはギザギザしていますよね。その理由は簡単で、横軸、縦軸ともに、ヒストグラムには値の数がとても多いからに他なりません。例えば上述のライブビューモニターに表示されるヒストグラムの場合、理論的には横軸に、値が256個並んでいることになっています。

ちょっとだけ技術的な話をさせてもらいますね。

カメラのライブビューモニターに表示されるヒストグラムは通常JPEGのものです。RAWのみで撮影している場合でも、RAWの中にプレビュー用のJPEG画像が埋め込まれることになっていて、このJPEG画像のヒストグラムが、ライブビュー画面には表示されるわけです。

ご興味のある方はこちらをご覧ください。

 

そして、JPEG画像は各ピクセル(画素)の明るさを8bit、つまり2の8乗(=256)で表現するので、横軸には256個の値が存在するわけです。

通常私たちが見慣れている棒グラフはこれほど多い値が横軸に並んでいることがないので、なかなか「ヒストグラム=棒グラフ」と認識できないのですが、ヒストグラムは単純に、横軸の値が多いだけの棒グラフで、値が多いが故に一つひとつの棒がとても細くなり、その結果、ギザギザしたグラフになってしまうわけです。




 

2.ヒストグラムのX軸

 
上述のとおり、ヒストグラムのX軸(横軸)はピクセルの明るさの値になります。通常は左端が「0」で、これが最も暗い値です。そして、右に進むにつれて数字が大きくなります。右の端は255となり、これが最も明るい値です。

ヒストグラム-X軸
 
 

3.ヒストグラムのY軸

 
さて、今度はY軸(縦軸)です。これは、それぞれの明るさの値のピクセル(画素)を縦方向に積み上げたものとなります。例えば明るさの値が「0」、つまり真っ黒なピクセルが写真の中に10個あったら、それをX軸の「0」の位置に10個積み上げます。
次に、明るさの値が「1」というピクセルが20個あったら、それをX軸の「1」の位置に20個積み上げます。これを、「0」から「255」までのそれぞれの値に対して行うとヒストグラムができるわけです。

冒頭に、「ヒストグラムは何かの分布を表す棒グラフ」という定義について触れましたが、写真の場合のヒストグラムは、「明るさの分布を表すグラフ」ということですね。
 
 

4.画像をヒストグラムに変換

 
これまでの説明のとおり、ヒストグラムは:
 
X=明るさの値
Y=各明るさ値のピクセル数

というグラフであるわけですが、しっかりと理解していただく為に、簡易的な画像をヒストグラムに変換する例をご紹介しますね。

下記は、壁面の明るさがそれぞれ異なった3棟のビルの画像です。
この例では、説明の為、明るさの値を「0~255」ではなく、A、B、C、D、Eという5とおりとしています。
左のビルの壁面の明るさは「C」、中央のビルの壁面は「D」、右のビルの壁面は「E」で、各ビルの窓の明るさは「A」、背景の明るさは「B」です。

ヒストグラムに変換
 
ここで、それぞれの明るさ値のピクセル数を数えてみると、Aが24個、Bが93個、Cが37個、Dが29個、Eが45個あります。それぞれの明るさのピクセルを上図右のように縦方向に積み上げたものがヒストグラムとなります。

もちろん、実際には明るさの値が256とおり存在するわけですし、一枚の写真の画素数も2,000万画素以上になったりするので、X軸、Y軸ともに、より大きなグラフになるわけですが。




 
ヒストグラムの基本的な説明は以上となります。

さて、ここまでは白黒の画像を例に説明してきましたが、カラー写真の場合はどうなるのでしょうか?

カラー写真は、赤、青、緑(RGB)によって構成されているわけですが、それぞれの色(チャンネルと呼びます)にも0から255までの256とおりの明るさが存在します。そして、各チャンネルの明るさの値を、ある方程式に当てはめると白黒の明るさ値が算出されます。
カメラのライブビューモニターなどに、白やグレーで表示されるヒストグラムは、このように、R、G、Bのから算出された値を使って作られているわけですが、これに関する詳しい説明は、後日、「ヒストグラム 中級編」で詳しく解説させてもらいますね。
 


2018年5月30日にヒストグラムに関するシリーズ記事の第2弾をアップしましたのでこちらもお読みください。

2018年5月31日に「中級編①」も追加しました。こちらもご一読ください。


今回の記事はここまでです。
 
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