写真から資料を計測する
写真は、資料そのものと同じように計測できます。長さ、幅、ビーズの直径、2 本のリベットの間隔など、1 ピクセルが資料上で何ミリメートルに当たるかが分かってさえいれば可能です。このガイドでは、その数値がどこから来るのか、どこまで信頼できるのか、そして画像とともにどう保持するかを説明します。
写真はどのように正確なスケールを持つか
写真のスケールとは、1 ピクセルが覆う資料上の長さ（ミリメートル）、つまり 1 ピクセルあたりのミリメートルです。これがあれば、画像内のあらゆる距離は資料上の距離になります。1 ピクセルあたり 0.02 mm なら、1,850 ピクセルの縁は 1,850 × 0.02 = 37.0 mm です。
スケールが成り立つのは、1 枚の画像の、そのサイズに対してだけです。ファイルを幅の半分にリサイズすれば、1 ピクセルは 2 倍の長さ、つまり 0.04 mm を覆います。トリミングすればピクセルの大きさは変わらず、フレームが変わります。したがってスケールは、それを測ったピクセル寸法とセットで初めて役に立ちます。
1 ピクセルあたりのミリメートルはどこから来るか
スケールを求める方法は 4 つあり、その質は同じではありません。
資料自体の長さ、つまり最長辺をデジタルノギスで測り、同じ長さを画像の中に描きます。42.80 mm と測った刃が 2,140 ピクセルにわたっていれば、42.80 ÷ 2,140 = 0.0200 mm/ピクセルです。この計測は資料の輪郭上のもので、通常比較されるのもそこです。
PHOTARCH ボードのように、マーカーの位置が正確に分かっている面があれば、資料が置かれた平面でのスケールが得られ、同時に遠近も補正できます。
次善の方法です。目で読み取るもので、定規の上面は通常、資料の輪郭よりも数ミリメートル、カメラに近い位置にあるため、資料はわずかに小さく測れてしまいます。
レンズの焦点距離 f、資料までの距離 u、センサーの画素ピッチから、倍率は f ÷ (u − f) になります。100 mm のレンズで資料から 500 mm の距離なら 100 ÷ 400 = 0.25 で、画素が 0.006 mm なら、スケールは 0.006 ÷ 0.25 = 0.024 mm/ピクセルです。距離が 5 mm ずれると結果は約 1.25 % 変わり、しかもほとんどのレンズはピント合わせでわずかに焦点距離が変わるため、4 つの中で最も間接的な方法です。
どの方法であっても、どれを使ったかを書き留めてください。方法が付いたスケールは評価できますが、数値だけでは評価できません。
- 最長辺 — ノギスで 100.00 mm、画像内で 2,336 px
- 1 ピクセルあたりのミリメートル — 100.00 ÷ 2,336 = 0.0428。幅が半分のコピー：0.0856。スケールはファイルに付いていく
写真からの計測はどれくらい正確か
精度を制限する要因はいくつかあり、その大きさは大きく異なります。
- 線の始点と終点の位置。描いた線の両端をそれぞれ 1 ピクセル以内の精度で置くと、不確かさはおよそ √2 ÷ 線の長さ（ピクセル）になります。上の 2,140 ピクセルの刃では、√2 ÷ 2,140 ≈ 0.07 % です。
- ノギスの読み取り値。100 分の 1 ミリメートルまで表示するディスプレイでも、増える精度はほとんどありません。それよりも、ノギスの爪が資料にどう当たるか、そして画像上の長さが同じ 2 点の間に引かれているかが重要です。
- レンズ。歪みのせいで、四隅付近の 1 ミリメートルと中央の 1 ミリメートルは、ピクセル数が異なります。資料は中央に置いてください。
- 遠近。カメラが面に対して正対していないと、資料の一端がもう一端より大きく写ります。校正済みターゲットなら補正できますが、定規ではできません。
- 高さ。通常は最も大きな要因で、次の節で扱います。
単一平面という限界
カメラは近いものを大きく写すため、スケールが正確なのは一つの平面、つまり測った平面に限られます。その平面から h ミリメートル上にある資料の部分を D ミリメートルの距離から見ると、h ÷ (D − h) だけ大きく計測されます。高さ 25 mm のビーズの頂部を 500 mm から撮影した場合は、25 ÷ 475 ≈ 5.3 % です。
したがって真上から見る視点（プラムビュー）では、スケールが属する平面での長さと幅が得られます。厚さは得られません。それには、独自のスケールを持つ側面からの視点か、ノギスが必要です。高さが定規にどう影響するのか、そして距離を取ると効果がある理由は、資料撮影におけるスケールで詳しく扱っています。
中心から外れると誤差は大きくなり、ノギスとボードは異なる平面で成り立ちます。その両方と、誤差を許容幅として示す方法については、高さのある資料を参照してください。
スケールはファイルに属し、ピクセルに焼き込まない理由
ピクセルに描き込んだスケールバーは、画像と一緒に縮むのでリサイズには耐えます。しかしソフトウェアは読み取れず、トリミングで消えることがあり、背景の一部を覆い、どのように得られたか、どれほど確かなのかも何も示しません。TIFF と EXIF に既にある解像度フィールドは、ほとんどのソフトウェアで印刷設定として読まれます。
Image Scale Metadata（ISM）は、スケールをファイルの中に持たせるためのオープン仕様です。1 ピクセルあたりのミリメートル、それを測ったピクセルグリッド、得られた方法、確かさを示す、いくつかの XMP フィールドからなります。これがあれば、どのプログラムでも、ファイルをリサイズした後で正しいスケールバーを描いたり資料を計測したりでき、別の形へのトリミングを見分けて推測を控えることもできます。仕様、ビューアー、バリデーターは PHOTARCH から独立して、そこで公開されています。これらのフィールドが画像の記録の残りとともに何を運ぶかは、メタデータにあります。
チェックリスト
- スケールは、資料の最長辺に当てたノギスか、校正済みターゲットから設定する。定規は他に手段がないときだけ使う。
- カメラを面に正対させ、資料をフレームの中央に置く。
- 資料がフレームに十分な大きさで収まる範囲で、レンズが許す限り離れて撮影する。
- 長さは、スケールが属する平面で測る。厚さは別に測る。
- スケール、その方法、不確かさをファイルに保持する。
PHOTARCHアプリは、計測した資料の書き出し画像すべてに、計測したスケールを ISM として、設定した方法と不確かさとともに書き込みます。