CCDカメラ： ダイナミックレンジと階調数違い

ダイナミックレンジや階調数という用語はカメラに限らずさまざまなシステムのスペックを表す言葉であるため聞き覚えのある方も多いのではないかと思います。しかし、この2つの言葉の意味をきちんと説明するのは難しいと感じる方も多いようです。

ダイナミックレンジ

スペックをあらわす指標の1つで「一度に識別可能な、シグナルの最小値と最大値の比」 を表します。よりわかりやすく一般的なカメラを例に説明いたします。

逆光で人物を撮るときに困った経験はありませんか？

明るい背景はきれいに写ったが、人物が黒っぽくつぶれてしまった、逆に人物はきれいに写ったが、背景が白く飛んでしまいよく見えない

これは、ダイナミックレンジが狭いため、強いシグナル（＝明るい背景）と弱いシグナル（＝人物像）を同時に撮るのが難しい現象です。それでは、ダイナミックレンジが広い場合はどうなるのでしょうか？ 光量の多い背景と、暗い人物像が、白飛び・黒潰れすることなく1枚の写真に収めることができます。

ImageQuant™ LASシリーズのダイナミックレンジは約4桁と非常に広いため、具体的には微弱なシグナルと強いシグナルが約10,000倍も違っていても、1度の撮影でシグナルを飽和することなく撮影できます。これが定量性の高い理由でもあります。

化学発光のサンプルをX線フィルムを用いて検出する場合、ダイナミックレンジはわずか2桁と、ImageQuant™ LASに比べ狭いことがわかります。X線フィルムの検出では、強いシグナルと弱いシグナルが共存する場合に、強いシグナルの方が早く飽和します。飽和したシグナルは、定量できません。

X線フィルムがちょうど飽和するシグナルの強さを100と考えてみます。強さが200や300のシグナルは本来であれば、強さ100のシグナルに対して2倍、3倍の強さがあるにもかかわらず、X線フィルムでは100までしか測れませんので、見かけ上はどれも100の強さのシグナルに見えてしまうのです（図1）。

図1 ダイナミックレンジの違いとシグナル飽和の関係

また、一般的に化学発光検出のダイナミックレンジが3桁弱、蛍光検出のダイナミックレンジが約4桁と言われているのでImageQuant™ LASはどちらのサンプルの撮影にも十分なスペックを持っているといえます。つまり、ImageQuant™ LASは約4桁のダイナミックレンジを活かし、同一画像上でタンパク質量の多いバンドから少ないバンドまで定量できるということになります。

階調数

「シグナルの最大値と最小値の間を何段階のグラデーションで分割し表現しているか」を示します。

モノクロ画像なら「真白と真黒の間を何段階の灰色のグラデーションで表現しているか」ということになりますね。イメージいただけると思いますが、グラデーションの色（段階）が多いほど情報量が多く階調も細かく滑らかな画像となります（図2）。

図2 階調数とグラデーションの滑らかさの模式図

ImageQuant™ LASでは、16 bit（すなわち2の16乗で、65536色）の階調数をもつために、画像が滑らかに表現できるだけでなく定量的に撮影することができます。

Iなお、お使いのPCのモニターの色の数は32 bitカラー（赤、緑、青のそれぞれが256色で表される）に設定されている方が多いと思います。このbit数を下げると階調数を直感的に理解しやすいかと思います。お時間のある時に、ぜひPCの設定を変えてみてください。

ImageQuant™ LASシリーズについてさらに詳しく知りたい方へ

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