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DIY (日曜大工) とものづくり・実験:3 次元印刷 (3D printing)・CAD

3D デザインランプ写真のトーン・マッピングの方法とツール

3D デザインランプ撮影における複数写真合成の問題点と解決策」に書いたように,3D デザインランプの写真をつくるときにもっとも重要なのは複数の写真を合成することではなくて,ディスプレイや写真でうまく表現できるように撮影した写真のダイナミック・レンジを適切にせばめる,つまりトーン・マッピング (tone mapping) をすることだ. その方法とツールをしらべた.

ネットでしらべても,ひとにきいても,ランプの撮影に関してでてくるキーワードは HDR だ. つまり,ダイナミック・レンジをひろげることにフォーカスしている. しかし,1 枚のデジカメ写真のダイナミック・レンジは十分とはいえないが,ディスプレイや紙に印刷した写真よりはかなりひろい. だから,複数の写真を合成してダイナミック・レンジをひろげることよりも,ひろいダイナミック・レンジをせばめること,つまりトーン・マッピングのほうが重要だ.

トーン・マッピングの方法やツールをしらべてみると,どちらも Web 上に多数みつけることができる. しかし,ツールの説明をみても,どういう方法をつかっているのかわからない. ブラック・ボックスのままつかうのはきもちがわるいから,ツールだけでなく方法もしらべてみた. ネットで HDR を検索するとまず Wikipedia の項目 "High-dinamic-range imaging" がみつかり,そこから "Tone mapping" という項目もみつかる. ここではじめて tone mapping ということばを知った. 講演のスライドがみつかり,論文もいろいろみつかる.

自分でプログラムを書くことまでかんがえると,画像処理の API である OpenCV をつかうことがひとつの案だ. OpenCV に付属した tone mapping のライブラリがあり,それに関する論文もある. 数年前には仕事で画像認識をしていたから,OpenCV は重要なツールだった. だから,その基本は知っている. いつもつかっている MacBook の Python 2 にふるい OpenCV の版はのっている. しかし,あたらしいものをのせる必要があるだろうし,Python 2 は来年はじめにはサポートが終了することがわかっているから,Python 3 に OpenCV をのせることにした. 3D デザインランプの撮影がうまくいかないとひとにいうと写真家にたのめばよいといわれるが,画像処理の論文を読んだり OpenCV をつかったりすることに関してはたいがいの写真家より私のほうが得意だとおもう. ツールをつかいこなすことにかけては写真家のほうがうえだろうが,どういう処理をしているのか,説明することができるだろうか?

OpenCV による tone mapping に関しては High Dynamic Range (HDR) Imaging using OpenCV (C++/Python) が参考になった. OpenCV の contrib でいくつかの tone mapping アルゴリズムが利用できる. ここでは Drago, Durand, Reinhard, Mantiuk という 4 つの API が紹介されているので, それらを順にためした. ところが,Durand の API はつかえなかった. 理由をしらべると,無償で利用できないために OpenCV からは除外されたのだという. 他の 3 つはためしてみたが,GUI なしで Python のプログラムを書くとパラメタを最適化するには時間がかかるから,そこまでしていない. これらの方法はそれぞれ論文があるからそれを読めば原理はわかるが,そこまではしていない.

OpenCV とそこですぐつかえるトーン・マッピング・アルゴリズムをためしてはみたものの,やはりあまりかんたんにつかえなかった. そこで,やはり GUI でかんたんにつかえるアプリケーションをさがすことにした. Photoshop のプラグインもあるが,Photoshop はつかっていないのでそれは除外した,

Photomatix というアプリがひとつの候補となった. 複数の画像の入力を要求するアプリが多いなかで,このアプリは 1 枚の画像を入力するだけで,すぐに tone map できるところが,目的にあっている. また,このアプリは無料でダウンロードできる. 買わないままおおきい画像を変換すると "Photomatix" という文字が画像にかきこまれるが,商品画像は 600×600 くらいのちいさいサイズなので買わなくても問題なく変換できる. このアプリはいくつかのアルゴリズムを実装しているが,極端で不自然な結果がえられるものが多いようだ. 自然な感じの画像がえられるものは比較的すくない. そのなかではガンマ・カーブをかえるだけのものが比較的よさげにみえるのだが,それならわざわざ tone mapping のプログラムをつかうまでもない. そのくらいのことは Mac の「写真」アプリでできるし,これまでそうやってきた.

Mac の App Store でみつけられる TrueHDR というアプリには数 100 円はらったのだが,うまくつかえていない. このアプリをえらんだのは,比較的自然な画像をいろいろ候補として出力してくれるらしいからだ. ところが,1 枚だけ画像を入力することができない. また,iPhone の ProCam でとった複数の画像を入力するとアプリがエラーをおこして,とまってしまった. だから,まだ一度も変換に成功していない. 金かえせ!

ほかにもアプリはさまざまあり,どれがよいかわからない. そして,やはりそれらの大半がブラック・ボックスのままつかうところが,やはり気にいらない. しかし,変換するべき写真は膨大にあって,あまり手間がかけられないので,Photomatix で妥協することになるかもしれない.

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