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写真の 目が 赤い! カメラは どう やって 直せるように なったの?

写真の目はなぜ赤く写る? カメラは赤い点より先に顔を探すようになった

赤目は目の奥の血の色が写る現象:補正は「先に光らせる」から「顔を探す」へ進んだ

分野:技術

夜の おたんじょう日会の 写真で、みんなの 目だけが 赤く 光って います。あの 赤は、目の おくの 血の 色が 写った ものだと いわれて います。

では、カメラは どうやって、赤い 目を ふせいだり 直したり できるように なったのでしょう。この 記事を 読むと、先に 光らせる くふうから、顔を さがす カメラまでの 道すじが 分かります。

夜の誕生日会の写真で、みんなの目だけが赤く光っていた。そんな写真を見たことはありませんか。あの赤は、目の奥にある、血液を多く含む組織の色が写ったものだと説明されています。

では、カメラはいつ、どうやって赤目を防ぎ、直せるようになったのでしょう。赤い点だけを探すと、赤い服やくちびるまで直してしまいます。そこで「顔を先に見つける」へ進んだ道すじが分かります。

夜のフラッシュ写真で人の目が赤くなるのは、目の奥の血管が多い組織で光が反射し、その色をカメラが写すためだと説明される。では、この現象はどう防がれ、どう直されるようになったのか。特許とメーカー資料を読むと、対策の中心が「撮る前に瞳孔を縮める」から「撮ったあとの画像で赤い画素を探す」、さらに「顔を先に見つける」へ移った流れが分かる。

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1. 夜の 写真で、どうして 目だけ 赤いの?

1. 夜のフラッシュで、なぜ目だけが赤く写るのか

1. 暗い場所のフラッシュで、目の奥の色が写る理由

くらい 場所で フラッシュを 使うと、目が 赤く 写る ことが あります。フラッシュの 光が、瞳孔どうこう(目の まん中の くろい まるい あな)から 入り、目の おくで はね返って、カメラに もどって くるからです[1]。

赤い 色の おもな もとは、目の おくに ある たくさんの 血管けっかんだと いわれて います[2]。つまり、写って いるのは、目の おくの、血が たくさん ある ところの 色です。

くらい ところでは、瞳孔どうこうは 大きく ひらいて います。フラッシュは とつぜん 光るので、瞳孔どうこうが 小さく なる 前に、光が おくまで 入って しまいます[3]。

まっくらな へやで 急に 電気を つけると、まぶしいですね。目が なれるまで、少し 時間が かかります。フラッシュも それに にて います。ただし 本当は、赤いのは まぶしさの 色では なく、光が はね返った 目の おくの 色です。

それなら、本番の 前に 先に 光らせて おいたら、どうでしょう。

赤目は、フラッシュの光が瞳孔から目に入り、目の奥で反射して、その光をカメラが写すために起こります。暗いところで撮ると出やすいことが知られています[1]。

赤い色のおもな原因は、網膜を支える脈絡膜に血液がたくさんあることです[2]。写っているのは、目の奥にある、血液を多く含む組織の色です。

もう一つの条件が、暗さです。暗い場所では瞳孔が大きく開いています。そこへフラッシュが突然光るので、瞳孔が小さくなるのが間に合わず、光がそのまま奥へ届きます。ヒューレット・パッカード(HP)社の特許(1997年出願)も、この説明から書き始められています[3]。

では、本番の前に一度光らせて、瞳孔を先に縮めておけば、赤くならないのではないでしょうか。

赤目が起こるには、2つの条件がそろう必要がある。1つは、光が瞳孔から入って目の奥で反射し、それをカメラが受けること。もう1つは暗さである。暗い場所では瞳孔が広がっていて、しかもフラッシュは突然光る。HP社の特許(1997年出願)は、この突然さのために瞳孔が小さくなれず、光が網膜で反射するのだと背景を説明している[3]。夜間や低照明でフラッシュを使うと出やすい点も、別の資料と一致する[1]。

赤い色の出どころは、網膜を支える脈絡膜みゃくらくまくの血液の多さとされる。つまり、写真に写る赤は、血液を多く含む脈絡膜で返ってきた光の色である。ただし、この説明は二次資料(百科事典)によるもので、赤くなる程度は目の状態や撮影条件で変わる。

ここから、対策の方向が2つ見える。光が入る前に瞳孔を縮めてしまうか、光が返ってくる角度や量を変えるかである。では、実際に最初に形になった工夫は何だったのか。

2. 先に ちかっと 光らせたら、どうなるの?

2. 「直す」より先に「先に光らせる」という工夫

2. 瞳孔を縮めるための予備の光と、その弱点

いまの カメラには、「赤目 けいげん」という せっていが あります。本番の 前に、短い 光を 何回か 出します。瞳孔どうこうが 小さく なる ように、先に さそうのです[2]。

この 考えは、45年 いじょう 前にも ありました。1981年の アメリカの 特許とっきょ(コダックと いう 会社)には、本番の 前に 光らせて 瞳孔どうこうを 小さく する やりかたが 書いて あります[4]。

それまでの やりかたは、フラッシュを レンズから はなす ことでした。でも、小さな カメラには むいて いませんでした。

ただし、先に 光らせる やりかたにも 弱い ところが あります。電池の 電気が 下がる ことが あるのです。リコーは 2002年の 特許とっきょで、写した あとに 明るさを 電気で 持ち上げる 考えを 出しました[5]。

光らせる 前の くふうには かぎりが あります。それなら、写した あとの 写真で 直せないでしょうか。

最初に紹介するのは、「直す」のでなく「先に光らせる」という発想です。1981年8月25日付で成立したアメリカの特許US4285588(コダック、1980年7月出願)は、本番の撮影の前に短い予備の光(プリ発光)を出して瞳孔を縮めさせ、赤目を弱める方法を示しています[4]。これが世界で最初のプリ発光かどうかは分かりませんが、仕組みがはっきり書かれた一例です。

同じ特許には、それまでの方法はフラッシュをレンズから離すことだったが、小型のカメラの要望には合わなかった、とも書かれています[4]。レンズとの距離を取れない小さなカメラで、どうするか。その答えが、先に光らせることでした。

いまの「赤目軽減モード」も同じ考えで、撮影の直前に短い光を何度か出して瞳孔を縮めさせ、網膜から返る光を減らします。フラッシュをレンズから離すのも有効です[2]。

ただ、この方法には弱点があります。リコーの2002年8月出願の特許は、プリ発光のたびに電池の充電電圧が下がることを課題にあげ、撮ったあとで映像信号を増幅して露出不足を補う案を出しました[5]。光る前にできる工夫には限りがあります。それなら、撮ったあとの写真のほうで直せないでしょうか。

1981年8月25日付で成立したアメリカ特許US4285588(イーストマン・コダック、1980年7月出願)は、露光の前にプリ発光を行い、目に瞳孔をほぼ閉じさせてから本撮影に入る方法を示した[4]。背景には、従来の対策がフラッシュとレンズを離すことだったが、小型カメラには向かなかったという事情がある。だから、距離を取れないなら時間をずらす、という発想が出てきたことになる。ただし、これが最初のプリ発光かどうかは、この特許だけでは言えない。

現在の赤目軽減モードは、撮影の直前に短い光を数回出して瞳孔を収縮させ、網膜から返る光を減らす仕組みである[2]。しかし、先に光らせる方式には代償がある。リコーが2002年8月に出願した特許は、プリ発光を行うと電池の充電電圧が下がることを課題とし、撮像後の映像信号を増幅して露出不足を補う案を示した[5]。なお、プリ発光で撮影の瞬間が遅れるかどうかは、この特許の主題ではない。

予備の光は、撮る前にできる対策の一つである。これに対し、撮ったあとの画像そのものを書きかえる道がある。では、デジタル画像の中で、何を手がかりに目を見つけたのか。

3. 写した あとで、赤い 点を さがせないの?

3. 撮ったあとの画像で、赤い画素を探して色を変える

3. 赤い画素から瞳孔を見つける:HPの1997年出願

1997年、アメリカの HP社は、デジタル 写真から 赤い 点を さがして、瞳孔どうこうを 見つけ、赤を はいいろに かえる やりかたを 出しました[3]。

ここが おもしろい ところです。ぜんぶ まっ黒に ぬりつぶさないのです。目の 中の 小さな 光の 点は、のこします。そうすると、目が 生きた ように 見えます。

赤い ところだけを、はいいろの 色えんぴつで ぬりかえる ようすに にて います。ただし 本当は、ぬるのでは なく、画面の 色の 数字を かえて います。

でも、赤い ものは 目だけでは ありません。くちびるや 赤い 服は、どうでしょう。

1997年10月、HPはデジタル画像から赤い画素を探し、そこから瞳孔を見つけて、赤をグレー系の色に置き換える方法を出願しました(2000年1月公開)[3]。

注目したいのは、ただ黒く塗りつぶさない点です。この方法は、目の中の小さな光の反射(ハイライト)を残すように作られていて、直したあとも自然な目の輝きが残る、と説明されています[3]。

色えんぴつで赤い部分だけを灰色に塗りかえる様子に似ています。ただし本当は、色を塗るのでなく、画像の各点の色の数字を書きかえています。

ところが、この方法には落とし穴があります。画像の中の赤いものは、目だけではありません。

HPが1997年10月に出願し、2000年1月に公開された特許(US6016354)は、デジタル画像から赤い画素を探し、そこから瞳孔の位置を見つけ、赤をグレー系の色に置き換える構成をとる。置き換えの段階では、目のハイライトを保つ処理も含まれている[3]。赤を黒の一色に塗らないのは、目が平らな円盤に見えるのを避けるためだと読み取れる。

この方式は、フィルムのカメラに予備の光を足す方法とは発想がちがう。光の条件を変えるのではなく、できあがった画像の色の数字を変える。だから、撮影の瞬間にカメラが何もしなくても使える。

ただし、赤い画素を探すだけでは、画像のなかの赤いものを区別できない。赤い唇や赤い服は、どう扱えばよいのか。

4. くちびるまで 直して しまわないの?

4. 赤いくちびるを直さないために、顔を先に見つける

4. 誤補正を減らすための「顔が先」の順序と、補正の限界

1998年に、HP社は 先に 顔と 目を さがす やりかたを 出しました。その 中の 赤くて まるい ところだけ、色を かえます[6]。

先に 顔を 見つけるので、赤い くちびるを まちがえて 直す ことが 少なく なると 考えられて います。これは 特許とっきょの ねらいで、どのくらい 少なく なるかは 書かれて いません。

カメラを つくる 会社も、正直に 書いて います。リコーの カメラの ページには、赤目と 思った ところを 自動で 直すけれど、赤いのに 直せない ことや、ちがう ところを 直して しまう ことが ある、と 書いて あります[7]。

顔の 場所が 分かる カメラなら、赤目だけに 使うのは もったいなく ありませんか。

赤い点を探すだけでは、赤いくちびるや赤い服まで直してしまうおそれがあります。そこでHPは1998年1月29日、まずニューラルネットワークで顔と目を探し、その中の赤い円形の領域だけ色を変える自動赤目軽減を出願しました(2001年8月成立)[6]。顔を先に見つけるので、赤い唇などを誤って直しにくくなる、というのが特許の目的です。実際の効果が数字で示されているわけではありません。

顔を先に見つける仕事は、たくさんの例から顔のパターンを学ぶ仕組みで進められます。この考え方は、のちに顔検出と呼ばれる分野につながっていきます。

メーカー自身も、限界を書いています。リコーのコンパクト機R50のFAQは、再生モードで赤目補正ができ、カメラが赤目と認識した部分が自動で直ると説明しています。同時に、赤く写っているのに補正されなかったり、赤目以外の部分を直してしまったりする場合がある、とも明記しています[7]。この案内から、赤目補正には見落としや誤補正があると分かります。

顔の場所が分かるカメラなら、赤目だけに使うのはもったいないのではないでしょうか。

赤い画素を探す方式の弱点は、赤い画素が目だけにあるわけではないことだ。HPが1998年1月29日に出願し、2001年8月に成立させた特許(US6278491)は、先にニューラルネットワークで顔と目を探し、その中の赤い円形の領域の色(RGB値)を、あらかじめ決めた色に変える自動赤目軽減を示している[6]。順序を「赤を探してから目を探す」から「顔を探してから赤を探す」へ入れかえたことで、赤い唇などを誤って直しにくくなる。ただし、これは特許が掲げる目的であり、誤補正が実際にどれだけ減ったかを示す測定値ではない。

では、実際のカメラではどうか。リコーのコンパクト機R50のFAQは、再生モードの赤目補正がカメラの認識した赤目部分を自動で直すとし、そのうえで、赤く写っていても補正できない場合や、赤目以外の部分を赤目と認識して補正する場合があると明記している[7]。メーカーの公式な案内に限界がそのまま書かれていることは、補正が確率的な判断の積み重ねであることを示している。

顔の位置を先に知るという考え方は、赤目の補正だけの話ではなかった。その広がりを見るには、顔を見つける技術そのものの動きを追う必要がある。

5. 顔の 場所が 分かると、ほかに 何が できるの?

5. 顔の場所が分かったカメラは、ピントも写真の肌も補正した

5. 顔検出の普及とコンパクトデジタルカメラの機能拡張

カメラが 「顔は ここ」と 場所を 見つける ぎじゅつを、顔検出かおけんしゅつと いいます。だれの 顔かを 当てる ことは、ちがう 話です[8]。

2005年、ニコンは 顔の 場所を 見つけて ピントを 合わせる カメラを 発表しました[9]。2006年から、富士ふじフイルムの FinePixにも、顔を 見つける はたらきが 入りました[10]。

2008年、ソニーの カメラ DSC-W110は、顔の かたちや 肌はだの 色まで 見て 顔を きれいに 直す 「顔キメ」を つけました。大人か 子どもかを 見分けて、それぞれに 合う はだの 整え方を する、と うたって います[11]。

顔の 場所を 先に 知る ことが、赤目の 直し方から、ピント、はだまで、広く 使われる ように なりました。どこまで 整えるかは、写る 人の 気持ちも 大切です。

カメラが「顔はここ」と位置を見つける技術を、顔検出といいます。特定の人を当てる顔認識とは別のもので、パターン認識と機械学習で実現されます[8]。

2005年2月ごろ、ニコンは複数の人の顔の位置を見つけてピントを合わせる「顔優先AF」つきのCOOLPIXを発表しました(COOLPIX 5900は2月25日、7900は3月18日発売予定)[9]。富士フイルムは顔検出をFinePixシリーズに2006年から搭載しました[10]。

肌のほうへ進んだ例もあります。ソニーは2008年2月発表のサイバーショットDSC-W110で、人物の輪郭や肌の色まで判断して顔をきれいに補正する「顔キメ」を載せました。大人か子どもかを見分けて、それぞれに合う美肌処理をする、とうたっています[11]。

顔の場所を知る技術が、赤目の補正にも、ピント合わせにも、肌の補正にも使われていることが分かります。どこまで整えるかは、写る人の気持ちも大切です。

顔検出は顔の位置を見つける技術であり、特定の人物を当てる顔認識とは区別される。実現にはパターン認識と機械学習が使われる[8]。HPの1998年の特許が、顔を先に探して赤目の誤補正を避けようとしたのは、この考え方の早い応用の一例といえるが、顔検出の起点がどこかまでは、集めた資料では決められない。

その後、顔の位置はまず「ピント合わせ」に使われた。ニコンは2005年2月ごろ、複数の人の顔位置を認識してピントを合わせる「顔優先AF」つきのCOOLPIXを発表し(5900が2月25日、7900が3月18日発売予定)[9]、富士フイルムは顔検出を2006年からFinePixに搭載した[10]。顔の位置が分かれば、ピントや明るさを顔に合わせられるからである。

肌の補正は、顔の位置の次の段階にあたる。ソニーは2008年2月に発表したサイバーショットDSC-W110の製品ページで、人物の輪郭や肌の色まで判断して顔をきれいに補正する「顔キメ」を搭載し、大人か子どもかを判別して、それぞれに最適な美肌処理を行うとしている[11]。ここで書けるのは、製品ページが示した範囲である。

こうして並べると、顔の位置を見つける技術は、赤目補正だけでなく、ピント合わせや肌の処理にも使われるようになった。どこまで補正するかは写る本人の気持ちも関わるため、機能が増えたことをそのまま良いこととは言い切れない。

6. 家の 写真と スマホで、赤い 目と 顔の わくを さがして みよう

6. 家のアルバムとスマホで、赤い目と顔の枠を探してみる

6. アルバムのプリントと特許の原文で確かめる

おうちの 人と、むかしの アルバムを 見て、目が 赤い 写真が ないか さがして みましょう。見つかったら、夜の 写真か、フラッシュを 使った 写真かを 見て みます。

つぎに、スマホや カメラの 画面を、おうちの 人に 向けます。顔の まわりに 四角い わくが 出る ことが あります。出ない ものも あります。人に 向ける ときは、先に 声を かけます。

フラッシュを 人や ペットの 目の 近くで 使うのは やめましょう。

今日できること:おうちの人と古いアルバムを見て、目が赤くなっている写真を探します。夜に撮った写真か、フラッシュを使った写真かも見てみましょう。次に、スマホやカメラの画面を、家族の許しを得てその人に向けてみます。顔のまわりに四角い枠が出る機種もあります。フラッシュを人やペットの目の近くで使うのは避けてください。

調べるなら:リコーイメージングのFAQ(出典[7])は、日本語で赤目補正の限界まで書いていて、読み比べに向いています。

家にある古い写真のプリントで、目が赤い写真を探し、撮影の状況(夜・室内・フラッシュ)を考えてみるとよい。スマホやカメラの画面を家族の了解を得て向け、顔の位置を示す枠が出るかどうかも見られる(機種による)。強い光を人やペットの目の近くで使うことは避ける。

原文に当たるなら、リコーイメージングのFAQ(出典[7])が日本語で補正の限界を示している。本記事の整理と見比べて、書かれている限界が自分の写真の経験と合うかを確かめるとよい。

しらべた もとの じょうほう

参考にした情報源

参考にした情報源と、その使い方

出典について:特許公報、メーカーの公式資料、解説記事を使いました。特許は出願時の考え方を示すもので、実際の製品の効果を保証するものではありません。

  1. All About Vision「写真から赤目を取り除く方法」。https://www.allaboutvision.com/ja/jouhou/hyu-man-intaresuto/shashin-kara-akame-wo-torinozoku-houhou/ (赤目が起こる条件について)
  2. Wikipedia「Red-eye effect」。https://en.wikipedia.org/wiki/Red-eye_effect (赤い色の原因と、赤目軽減モードの考え方について)
  3. US6016354A(Hewlett-Packard、1997年出願)。https://patents.google.com/patent/US6016354A (暗い場所での瞳孔と、画像から赤い画素を探して色を置き換える方法について)
  4. US4285588A(Eastman Kodak)。https://patents.google.com/patent/US4285588 (1981年のプリ発光の特許について)
  5. JP4237456B2(リコー)。https://patents.google.com/patent/JP4237456B2/ja (プリ発光の課題と、撮像後の補い方について)
  6. US6278491B1(Hewlett-Packard、1998年出願)。https://patents.google.com/patent/US6278491 (顔と目を先に探す自動赤目軽減について)
  7. リコーイメージング「R50のFAQ(赤目補正)」。https://www.ricoh-imaging.co.jp/japan/dc/support/faq/digital-camera08/DC08516.html (カメラ内の赤目補正でできることと限界について)
  8. マイナビニュース「コンピュータビジョン」連載。https://news.mynavi.jp/series/computer_vision/008/ (顔検出と顔認識のちがいについて)
  9. PHILE WEB「ニコン、顔優先AF搭載のCOOLPIXを発表」(2005年2月16日)。https://www.phileweb.com/sp/news/d-av/200502/16/12307.html (顔優先AFの発表について)
  10. ITmedia(2008年1月15日)。https://www.itmedia.co.jp/news/article/0801/15/1080115057/ (富士フイルムの顔検出の搭載時期について)
  11. ソニー サイバーショットDSC-W110 製品ページ。https://www.sony.jp/cyber-shot/products/archive/DSC-W110/feature_1.html (顔キメの説明について)

なおした ところ

更新履歴

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