輝度チャンネルとLRGB：抽出、結合、そしてRGB Working Space
LRGBは天体写真の後処理でとても中心的な考え方の一つです。ディテールを担う輝度チャンネル（L）と、色を担うカラーチャンネル（RGB）を分けて処理し、最後に結合します。この記事では輝度チャンネルの抽出、結合の原則、そしてその裏側でよく見落とされる設定であるRGB Working Spaceについて整理します。
なぜLとRGBを分けて処理するのか
まずは考え方の比喩から始めましょう。以前、数人の仲間とモノクロとカラーの撮影について話していたとき、話題がどういうわけか目の話に流れていき、最後に一言でこうまとめました。
RGBモードは、フォトンの経済的自由を手に入れたときの選択です。色と輝度の両方で同時に高い品質を追い求めます。一方でL+RGBモードは、フォトンが貧しいときの生存術です。まずは構造が見えることを確保し、それから色を求めます。
長時間フォトンを蓄積できるセンサーは、暗闇のなかでフォトンが少なすぎて色を見分ける錐体細胞を働かせられない、という人間の目の残念さをある程度まで補ってくれます。輝度だけを単独で取り出してS/N比を積み上げ、構造を確実に押さえる。これこそがLRGBの精神そのものです。
輝度チャンネルとカラーチャンネルを結合する二つの原則
LとRGBを結合したあとに美しく見せるには、押さえておくべき二つの方向性があります。
- 輝度チャンネルは明るすぎても（暗すぎても）いけません。さもないと色が薄まってしまいます。
- カラーチャンネルはコントラストを上げてかまいません。これは結合後の色の彩度を高めてくれます。
よく使うPIのプロセスには、ScreenTransferFunction、HistogramTransformation、ArcsinhStretch、LRGBCombinationなどがあります。
ここで大切な考え方があります。輝度チャンネル単体が美しいかどうかは、実はさほど意味がありません。重要なのは、RGBと結合したあとに写真全体を美しく見せられるか、ディテールを際立たせられるかどうかです。NGC 2070タランチュラ星雲を例に取ると、一枚の画像をSTFで自動的にスクリーンストレッチした状態は、コントラストこそはっきりしていますが、背景は黒すぎ、タランチュラ星雲の白は明るすぎます。実はこれは、RGBとブレンドするのに向いた輝度画像ではないのです。
LとRGBはどの段階で結合するのか
LRGBCombinationというプロセスは、ほとんどの場合ノンリニアの状態で使います。もしリニア段階で結合したいなら、ChannelCombinationを使うべきですが——ChannelCombinationには輝度チャンネルの選択肢がそもそも存在しないことに気づくでしょう。これこそがまさに、LとRGBがリニア段階での結合に向かない理由を物語っています。では、無理やりLRGBCombinationをリニア画像に使うとどうなるのか。結合後の画像が壊れてしまうのを見れば、おのずと分かります。
では、実際にはいつ結合すべきなのか。だいたいは、輝度もRGBもそれぞれ「まあまあ」と言える状態まで処理できたときに、私はそれらを結合して処理を続けます。ここでよくある落とし穴は、輝度やR・G・Bの各チャンネルをそれぞれ単体で美しく仕上げたくなることです。しかし本当のポイントは、途中経過のLやRGBが美しいかどうかではなく（グレースケールの画像や、色だけのぼやけた画像が欲しいのでもない限り）、最後に結合したあとに色がきれいに出てくるか、輝度のディテールがうまく表現されるかなのです。
しかも結合したからといって、そのまま書き出せるわけではありません。この後にも一連の強調処理や色調整の工程が続き、最後にはノイズ低減や欠陥の修正まで行って、ようやく一枚の作品として完成します。
カラーカメラでも輝度チャンネルを抽出する
これまで共有してきたワークフローは主にモノクロカメラを中心にしたものでしたが、DSLRや冷却OSCカメラで撮ったカラー画像を処理する場合も、メインのワークフローは実はほとんど同じで、やはり輝度チャンネルとカラーチャンネルを分けて処理します。PIで輝度チャンネルを抽出するのはとても簡単なのですが、初心者の多くはどの工程でこれを行えばよいのか分かっていません。モノクロのワークフローと照らし合わせると、抽出のタイミングは以下のいずれかになります。
- 前処理が終わった直後に抽出する、または
- カラーバランスとDBEを済ませてから抽出する。
インテグレーション後のカラー画像から輝度チャンネルを抽出する方法を実演した動画も録りました：https://youtu.be/TDhaKp2BK4w
よくある誤解：彩度を抜く ≠ 輝度チャンネル
広く出回っている説があります。彩度を下げれば、残ったものが輝度だ、というものです。そのため、PhotoshopのCamera Raw FilterやLightroomで一時的に彩度を下げてからパラメータを調整し、こうすれば色の影響を受けず輝度だけを調整できる、と考える人がいます。
しかしこの説とやり方は、実はあまり正しくありません。私はPhotoshopで実際に比較してみました。彩度だけを抜いた画像は、本物の輝度チャンネルと比べると、どうやらいくらかディテールが失われているようです。その後PIでも同じ実験をしたところ、結果は一致しました——彩度を抜いた画像は、確かに一部のディテールを失っていたのです。
言い換えれば、PSで本物の輝度を得るには、先にLabモードに切り替えたほうがおそらく正確です。一方PIでは、キーを一つ押すだけで輝度チャンネルを抽出できるので、はるかに便利です。
RGB Working Space（RGBWS）：輝度抽出の隠れた変数
上の「彩度を抜くことは輝度と同じではない」という現象は、実はよく見落とされる設定に関わっています。RGB Working Space、つまりRGBの三色がそれぞれ輝度にどれだけ寄与するかの比率です。
現象その一：この設定は抽出される輝度に影響します。 赤と青を主体とした二枚の画像を用意し、「人間の視覚」を基準としたRGBWSの設定で輝度を抽出すると、抽出された輝度チャンネルが明らかに暗く、ディテールも少ないことが分かります。（分かりにくければ、この動画で直接比較できます：https://youtu.be/s8tRTXSrkh0）
現象その二：この設定はLRGB合成の結果にも影響します。 上記の画像のLとRGBをLRGB合成すると、人間の視覚を基準とした設定では合成後の画像全体が明らかに暗くなり、一部の青の色相がわずかに紫寄りに変わってしまうことすらあります。（こちらも動画で直接比較できます：https://youtu.be/rcsXP9HVQs0）
では、どう設定すればよいのか。 RGBが輝度に均等に寄与するようにしたい場合、やり方は次の通りです。
- RGBWorkingSpaceプロセスを開きます。
- Red、Green、Blueの係数をすべて1に設定します（すべて1にするのは単に入力しやすいからで、設定を適用すると自動的に0.33：0.33：0.33に換算されます）。
- 左下の丸いボタンを押して、グローバル設定を適用します。
こう設定しておけば、以後カラー画像は読み込んだものであれ生成したものであれ、既定でRGBの輝度への寄与がすべて等しく（0.33：0.33：0.33）なります。
まさにこの理由から、「彩度を抜いたRGB画像は、それ自身の輝度画像とは等しくない」という点を改めて見直せます。RGBの輝度への比率が等しいという前提のもとでは、輝度画像は、彩度を抜いた画像（LCH空間で彩度を表すCを抜き、RGBの数値を等しくしたもの）よりも明らかに明るくなります。
応用：スーパー輝度チャンネル（Super L）
最後に応用テクニックを一つ。スーパー輝度チャンネル（Super L）は人工的なチャンネルで、その作り方の一つは、インテグレーション済みのL、R、G、Bの各チャンネルをさらにもう一度インテグレーションして作るというものです。
Lチャンネルの代替として、元のL画像と比べると、Super LはS/N比（SNR）がわずかに向上します——肉眼ではほとんど分からなくても、そのわずかな向上はその後の処理でやはり役に立ちます。
