ルーマ

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映像信号において、ルーマは画像の明るさを表す（「白黒」ないし無彩色の部分）。 ルーマは通常、クロマと組み合わされる。 ルーマは無彩色画像を表し、クロマが色情報を表している。R'G'B'信号源（3CCDカメラの出力など）をルーマとクロマに変換すると、ヒトの視覚は色の違いよりも輝度（白黒）の違いに対してより細かい空間感覚を有しているので、クロマ・サブサンプリングが可能となり、ビデオシステムは色差情報を低解像度で保存および送信でき、所定の帯域で知覚できるディティールを最適化できる。

ルーマ対相対輝度[編集]

255, 147, 255 255, 170, 170 211, 211, 0
192, 192, 255 200, 200, 200 122, 244, 0
0, 235, 235 0, 250, 125 0, 255, 0
2.2のガンマ補正にNTSC（1953年）の原色を使用し、最も明るい原色（緑）と同じ相対輝度となるサンプル色のRGB値
255, 203, 255 255, 208, 208 227, 227,0
216, 216, 255 219, 219, 219 124, 248, 0
0, 244, 244 0, 252, 126 0, 255, 0
2.2のガンマ補正にBT. 709の原色を使用し、最も明るい原色（緑）と同じ相対輝度となるサンプル色のRGB値

ルーマはカラービデオのガンマ圧縮されたR'G'B'成分の加重和である（プライム記号 ' はガンマ圧縮を示す）。この用語はビデオ技術で使用されている輝度と、色彩科学で使用されている相対輝度（CIEによって定義されている）の混同を防止するために提案された。相対輝度はガンマ圧縮されていない「線形な」RGB成分の加重和で形成される。それでも、ルーマは誤って輝度と呼ばれることがある[1]。SMPTE EG 28は、ルーマを表すためには記号Y'を、相対輝度を表すためには記号Yを推奨している[2]。

相対輝度の使用[編集]

映像工学の分野では、モニターの明るさを表現する際に「ルーマ」のほかに相対輝度が用いられることがある。相対輝度の計算式ではCIEカラーマッチング関数と、赤、緑、青の標準色度（NTSCの原色、SMPTE C、Rec. 709など）に基づいた係数を使用する。Rec. 709（およびsRGB）の原色の場合、純粋な測色学的考察と、相対輝度の定義に基づいた線形結合は次式で表される：

Rec. 709仕様のルーマの計算式では、ガンマ圧縮された色成分を用いて、この同じ係数を使用している：

ここでプライム記号 ' はガンマ圧縮されていることを示す。

Rec. 601のルーマ対Rec. 701のルーマの係数[編集]

158, 0, 79 165, 0, 0 140, 70, 0
142, 0, 142 95, 95, 95 100, 100, 0
104, 0, 208 58, 116, 0
0, 0, 255 0, 119, 0
0,91,182 0, 112, 112 0, 118, 59
2.2のガンマ補正にNTSC (1953)の原色を使用し、最も暗い原色（青）と同じ相対輝度となるサンプル色のRGB値
152, 0, 76 156, 0, 0 122, 61, 0
137, 0, 137 77, 77, 77 80, 80, 0
102, 0, 204 44, 88, 0
0, 0, 255 0, 90, 0
0, 76, 152 0, 86, 86 0, 90, 45
2.2のガンマ補正にBT. 709の原色を使用し、最も暗い原色（青）と同じ相対輝度となるサンプル色のRGB値

CCIR 601に準拠したディジタル形式（つまり、ほとんどのディジタル標準画質映像）では、ルーマは次式で得られる：

ITU-R勧告BT. 709に準拠した形式では異なる数式を使用する：

最新のHDTVシステムは709の係数を使用しているが、移行期の1035i HDTV形式ではSMPTE 240Mの係数を使用している場合がある：

これらの係数は、規格策定時に使用されていてSMPTE RP 145（「SMPTE C」とも呼ばれる）の原色に対応している[3]。

ルーマ係数の変更は、赤、緑、青の各原色に対応する標準的な色度（「色」）を反映した「理論的に正しい」係数を提供するためである。しかしながら、この判断には賛否両論がある[4]。Rec. 601とRec. 709の間で正確な色を表示するために、ルーマ係数が違うことからコンポーネント信号を相互に変換する必要がある。民生機器では（コスト削減のために）この変換に必要なマトリクス回路が省略されている場合があり、その結果として色が不正確になっている。

また、Rec. 709のルーマ係数が必ずしも性能が良いとは限らない。ルーマと相対輝度の違いにより、ルーマは画像の輝度を正確に表現していない。その結果、クロマの誤差が輝度に影響を与えることがある。ルーマ単独では輝度を完全に表すことができず、輝度を正確に表現するためには正確なルーマとクロマが必要である。したがって、クロマのエラーは画像の輝度に影響する。

クロマ・サブサンプリングが広く使用されているため、通常、解像度/帯域幅を下げるとクロマの誤差が発生する。この帯域幅の低下と、高周波のクロマ成分が相まって輝度に目に見えるエラーが発生する。高周波のクロマ成分の例としては、SMPTEカラーバーテストパターンの緑のバーとマゼンタのバーの間のラインが挙げられる。輝度の誤差が、この部分に発生するダークバンドとして観察される[5]。

関連項目[編集]

脚注[編集]

  1. ^ Charles Poynton, "YUV and luminance considered harmful: a plea for precise terminology in video," PDF
  2. ^ Engineering Guideline EG 28, "Annotated Glossary of Essential Terms for Electronic Production," SMPTE, 1993.
  3. ^ Charles A. Poynton, Digital Video and HDTV: Algorithms and Interfaces, Morgan–Kaufmann, 2003. online
  4. ^ Luminance, luma, and the migration to DTV
  5. ^ Constant Luminance
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