リニアとストレッチ：スタックしたファイルが真っ黒に――あるいは緑に見える理由

スタックした画像を保存し、プレビューや写真アプリで開くと真っ黒です――何もないところに白い点がいくつか。あるいは画像処理ソフトで開くと、のっぺりしたどぎつい緑。あるいは保存した画像を画像処理ソフトで開くと、ソフトはそれを完成品として扱い、直させてくれません。

三つとも、同じ一つの考え方から来ています。リニアなデータとストレッチされたデータの違いです。

リニア：数えたままの光

カメラのセンサーは光子を数えます。光が二倍なら数も二倍。その数を平均したスタックも、この性質を保ちます――ピクセル値は届いた光に比例します。これがリニアなデータです。

リニアなデータでは、空と淡い星雲は値の範囲の下から 1〜2 パーセントに収まっています。一番明るい星の中心は上端近くにあり、その間にはほとんど何もありません。そのまま表示すれば、リニアなスタックは白い点が散った黒い画像です。露出不足ではありません。星と比べれば、ディープスカイの対象はそれほど暗いというだけのことです。

ストレッチ：目のために作られたもの

見えるようにするため、画像はストレッチされます。カーブが暗い側を大きく持ち上げ、明るい側を圧縮するので、空は範囲の 1% から 10 分の 1 まで上がり、星雲が見えるようになります。ストレッチの後、値はもう光に比例しません。光を二倍にしても、ピクセル値は二倍になりません。

ほとんどの処理――カブリ補正、カラーバランス、ノイズの測定、星の除去――はリニアなデータを前提にしています。ストレッチの後にやると、空で起きていることとは別の問題を解いていることになります。

カラーのスタックが緑になる理由

カラーカメラ（ワンショットカラー）は赤や青の二倍の緑ピクセルを持ち、感度も緑が一番高いので、素のカラースタックは強く緑に傾きます。色を先にキャリブレーションせずにストレッチすると、緑もほかと一緒に持ち上げられます。スタックした画像が緑になる理由 で詳しく扱っていますが、要するに緑は本物で、それを取り除くのはリニアデータに対して行うべきキャリブレーションの一ステップです。

スタックが 32-bit 浮動小数点で保存される理由

16-bit 整数のファイルには 65,536 段階があります。リニアなスタックでは、空と淡い星雲はおおよそ下から千段階ほどに収まっています――画像の中で一番大切な部分にしては粗いはしごです。多くのフレームをスタックすると、どの一枚よりも細かい段階が生まれますが、16-bit 整数ではその精度が丸められてしまいます。

32-bit 浮動小数点のファイルは、スタックが生み出した端数をすべて保持します。スタックソフトが FITS や浮動小数点 TIFF で保存するのはそのためです。スタックを保持できるフォーマットなのです。

これは有用な目印にもなります。完成した画像はほぼ必ず 8-bit か 16-bit の整数で、浮動小数点のファイルはほぼ必ずスタックです。Akastroid の 未処理のスタック画像を保存 がスタックを 32-bit 浮動小数点 TIFF（または FITS）で書き出すのはまさにそのためで、浮動小数点の静止画を再び開くと、それはスタックとして扱われます。カブリ補正、カラーキャリブレーション、ストレッチが行われます。

ストレッチ済みのプレビューはスタックではない

ソフトは、スタックを見られるようにストレッチしたプレビューを表示します。そのプレビューを保存すると、保存したのはデータではなく画像です。空はすでに持ち上げられ、緑は焼き付けられ、カウント値は失われています。もう一度開いても、ストレッチを元に戻すことはできません。ソフトとして誠実なのは、それを完成した画像として扱うことです――保存したプレビューを「修正」しても、スタックを処理し直すほどうまくいかないのはこのためです。

バージョン 1.3.1 までの Akastroid の 未処理のスタック画像を保存 は、そのストレッチ済みプレビューを書き出していました――バグです。1.3.2 からはリニアなスタックを書き出します。以前のバージョンで保存したファイルはプレビューで、プレビューとして開かれます。元のフレームから処理し直すのが解決策です。

どちらを持っているか見分ける方法

• 普通のビューアで開くと黒に白い点： リニア。
• 開くと空と星雲が見える： ストレッチ済み。
• FITS、または 32-bit 浮動小数点サンプルの TIFF/XISF： ほぼ確実にリニア。
• JPEG または PNG： 必ずストレッチ済み。

まとめ

• リニアなデータは光に比例する。見た目は黒く、画像処理はこのデータに対して行う。
• ストレッチは画像を見えるようにし、リニア性を終わらせる。キャリブレーションはストレッチの前に。後では決してやらない。
• スタックは 32-bit 浮動小数点（FITS または浮動小数点 TIFF）で保存する。16-bit では淡い部分が失われる。
• 保存したプレビューはスタックではなく画像であり、スタックとして処理し直すことはできない。