階調（shade）は、コンピュータで画像を処理する際に、色の濃さや明るさをどれだけ細かく表現できるかを示す重要な指標です。
階調数が多いほど、画像の細部まで精密に表現できる一方で、データ量も増加します。
本記事では、階調の基本概念からモノクロとカラー画像での階調の違いまで詳しく解説し、階調数が画像品質に与える影響についても触れます。
階調の基本概念
階調とは？
階調とは、画像の明るさや色の濃さを段階的に表現するための数値です。
自然界では色は連続的に変化しますが、コンピュータで画像を扱う際にはこれを離散的な値（階調）に変換する必要があります。
階調数が多いほど、色や明るさの違いを詳細に表現でき、画像がよりリアルに見えるようになります。
階調数とデータ量
階調数が多いほど、1画素あたりのデータ量が増大します。
例えば、256階調の画像では、各画素に8ビット（1バイト）のデータが必要となり、より多くのデータを扱うことになります。
このため、画像の解像度や品質が向上しますが、保存や伝送に必要な容量も増えることを意味します。
モノクロ画像の階調
モノクロ2階調
最も単純な階調の形式はモノクロ2階調で、画素が「黒」または「白」のどちらかで表現されます。
これは1ビットで情報を表現する方法で、色の識別が「0」（黒）と「1」（白）の2値だけです。
グレースケール画像
グレースケール画像は、白と黒の間に複数の灰色の階調を持つ画像です。
一般的には256階調（8ビット）で、白、黒、254段階の灰色を表現できます。
この方式では、各画素に8ビットの情報を持たせることで、階調の違いを表現し、より豊かなグレースケールの表現が可能になります。
カラー画像の階調
RGBカラーと階調数
カラー画像では、色を赤（Red：R）、緑（Green：G）、**青（Blue：B）**の3つの原色に分解し、それぞれの階調を組み合わせて色を表現します。
一般的なフルカラー画像では、各色について256階調（8ビット）が使用され、合計で1677万7216色（256 × 256 × 256）を表現できます。
特殊な階調
通常の用途ではフルカラーで十分ですが、特殊な用途、例えば赤外線暗視映像では、単色256階調では色の境界が明確でないことがあります。
こうした場合には、**10ビット（1024階調）や12ビット（4096階調）**で色を表現する機器もあります。
これにより、より滑らかで詳細な色の階調が実現できます。
まとめ
階調は、画像処理において色や明るさを段階的に表現するための重要な指標です。
階調数が多いほど、画像の詳細な部分まで精密に表現でき、視覚的なクオリティが向上します。
モノクロ画像では階調数が2値から256値まで、カラー画像ではRGBの各色について256階調が標準的ですが、特殊な用途にはより高い階調数が必要となることもあります。
階調の理解と適切な設定は、画像の品質とデータ量のバランスを取るために欠かせない要素です。
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