# LSC 取り扱い方針 (Lens Shading Correction Handling Policy)

本ドキュメントは 3 プロジェクト（SmTIAS / SmTIAS-Evaluation / SmTIAS-LightSim）における **LSC (Lens Shading Correction) の取り扱い** に関する設計判断と物理的根拠を明文化したものである．過去 [TECH_03](TECH_03_定量モード実装報告とSHADING_MODE相談.md)〜[TECH_06](TECH_06_SmTIAS-Evaluation引き継ぎ受領.md) / [TEST_05](../06_TEST/TEST_05_PNG_DNG評価比較.md) / [TEST_06](../06_TEST/TEST_06_外乱光影響評価.md) で散在していた議論の **結論をここに集約**し，将来の参照を容易にする．

## 結論（先に） (Conclusion First)

### 役割分担

| プロジェクト | LSC の扱い | 採用理由 |
| --- | --- | --- |
| **SmTIAS**（撮影アプリ） | `SHADING_MODE=HIGH_QUALITY` で撮影．`STATISTICS_LENS_SHADING_MAP_MODE=ON` で `lscMap` を meta.json に保存．DNG 自体は LSC 未補正 (RAW_SENSOR) | TECH_04 で本流維持と決定．SHADING_OFF はフォールバック候補として温存 |
| **SmTIAS-Evaluation**（実機評価） | DNG 読み込み後に **lscMap を順方向適用** (`image × interp(lscMap)`) してレンズビネット除去．残った成分を照明ムラとして評価 | TEST_05 で「LSC 補正なし CoV=0.148 → あり CoV=0.069」と実証 |
| **SmTIAS-LightSim**（シミュ） | **一切扱わない**．Mitsuba orthographic sensor が「LSC を完璧に補正できた場合の理想値」と本質的に等価のため | TECH_04 §SHADING_MODE 判断 / 本ドキュメント §物理的根拠 |

### 一言で言うと

> **「実機側で LSC 順方向適用で物理 cos⁴ を除去」＋「シミュ側で orthographic で物理 cos⁴ を最初から持たない」**で，両者を **同じドメイン (LSC 補正後相当)** で比較する設計．シミュ側に LSC モデル化を追加する必要も価値もない．

## 背景・経緯 (Background)

LSC 取り扱いの議論は，過去 Step 8 キャリブレーション（[TEST_01](../06_TEST/TEST_01_キャリブレーション検証履歴.md)）で「シミュ vs 実機の形が違う」現象の原因解明から始まった．時系列：

| 時期 | 議論内容 | 結論 |
| --- | --- | --- |
| Step 8-3 (2026-05) | sRGB OETF を sm-evaluate に追加 → 残差 4.3× → 2.1× | OETF が「見かけ差の 2/3」を占めていたと判明 |
| Step 8-12 (2026-05) | Helmholtz 相反原理で「方向独立性」検証 | 形は方向独立．残差は方向では解消しない |
| TECH_03 (2026-06) | SmTIAS 側で定量モード DNG 実装．SHADING_MODE 相談 | SHADING_MODE = HIGH_QUALITY を本流維持 (TECH_04) |
| TECH_04 (2026-06) | Mitsuba orthographic の物理的意味を整理 | orthographic ≒「LSC 完璧補正後相当」を確定 |
| TECH_05 (2026-06) | SmTIAS-Evaluation 側に DNG 対応依頼 | `apply_lsc_inverse` (誤り) を仕様化 |
| TECH_06 (2026-06) | SmTIAS-Evaluation 側で実装完了 | **DNG は LSC 未補正**と判明．TECH_05 を `apply_lsc_forward` に訂正 |
| TEST_05 (2026-06) | PNG/DNG ドメイン比較 | LSC 補正なし CoV=0.148 → あり CoV=0.069．LSC の効果が数値で実証 |
| **本ドキュメント (2026-06-02)** | **LSC 取り扱いの結論を一元化** | — |

## シミュ側で LSC を扱わない物理的根拠 (Physical Rationale)

### 各経路で「何を測っているか」

```text
[実機・新パイプライン]
LED 発光
  ↓ 多重反射（筐体内壁）
評価板表面の放射輝度 L (W/m²/sr)  ← この値を測りたい本質
  ↓ レンズ通過時に物理 cos⁴ falloff
センサ raw （cos⁴ 残ったまま）
  ↓ DNG (RAW_SENSOR) として保存
  ↓ ★ SmTIAS-Evaluation 側で lscMap を順方向適用
  = 理論上「cos⁴ を打ち消した = 評価板表面の放射輝度 L 相当」
  ↓ Rec.709 luma 抽出 + 白板 ROI
評価指標 (CoV / 勾配 / 中心/周辺 / 動径 min/max)

[シミュ側]
LED 発光（SceneConfig）
  ↓ Mitsuba path tracer + 多重反射（max_depth=8）
評価板表面の放射輝度 L (W/m²/sr)  ← 全画素 orthographic で取得
  ↓ ★ cos⁴ falloff は最初から含まない（全画素平行光線）
luminance.npy = 放射輝度 L そのもの
  ↓ ROI 抽出
評価指標
```

### 等価性の本質

両方の「★」で同じドメイン（**放射輝度 L 相当**）に到達する：

- 実機: `生raw × lscMap = 放射輝度 L 相当`（実機 ISP の lscMap が完璧なら）
- シミュ: 最初から放射輝度 L（cos⁴ を持たないので除去すべきものがない）

→ 両者は **構造的に同じものを測っている**．シミュ側に追加の操作は不要．

## 検討した代替案と却下理由 (Alternatives Considered & Rejected)

過去議論で「シミュ側で LSC を考慮するか」という観点で 3 つの選択肢を検討した．結果はすべて却下：

### 選択肢 A: シミュに LSC 順方向モデルを追加（[Step 8-N 候補だったもの]）

**当初の発想**: 過去 TEST_03 で「形を変える唯一の道は LSC モデル化」と結論していた．シミュ側で cos⁴ または多項式モデルを sm-evaluate に追加する案．

**却下理由**:

- 実機側で LSC 順方向適用するアプローチが SmTIAS-Evaluation で確立した（TEST_05）→ シミュ側にモデルを追加する必要が消失
- シミュ側に自由度パラメータ（cos^n の n や多項式係数）を追加すると **overfitting リスク**が増す
- 過去 [TEST_03 finding 4](../06_TEST/TEST_03_輝度マップ形状追跡.md) の「形を変える唯一の道は LSC モデル化」は **当時の前提（実機側を改善しない）下での結論**であり，実機側改善で同じ目的を達成した今は無効

### 選択肢 B: Mitsuba を perspective + thinlens に変えて物理 cos⁴ をシミュレート

**発想**: Mitsuba 3 の `thinlens` カメラを使えば物理 cos⁴ falloff が自動で出る．

**却下理由**:

- thinlens で cos⁴ falloff を入れても，**実機側との比較には lscMap で割り戻す必要**が出る
- → 結果として `(シミュ × cos⁴) / lscMap` と `シミュ（orthographic）` が **数学的に等価**（lscMap ≒ cos⁴ の逆数のため）
- 余分な計算ステップが増えるだけで得るものがない
- 加えて thinlens は aperture / focal_length の物理値が必要で，自由度パラメータが増える

### 選択肢 C: 実機 ISP の LSC 補正残差を物理から導出してシミュに反映

**発想**: 「実機 LSC マップが完璧に物理 cos⁴ を補正できているか」を独立に検証してから，残差をシミュに反映する．

**却下理由**:

- **実機 ISP の LSC アルゴリズム・補正残差は メーカー非公開**で，物理から導出できない
- 実機計測から残差を逆推定すれば数値は出るが，それは「物理モデル」ではなく「fit」であり overfitting リスク
- 残差を物理的に切り分けたい場合は **SHADING_OFF 撮影**（フォールバック条件 C1〜C3）が必要だが，それは別途撮影が必要な大掛かりな話

### つまり「数値的に正しく考慮できない」の正確な意味

ユーザー疑問（2026-06-02）への正式回答として：

| 何を | 物理的にできるか | 価値 |
|---|---|---|
| 物理 cos⁴ falloff のモデル化（選択肢 B） | ✓ できる | × 余分なだけで価値ゼロ |
| 実機 LSC 補正残差の物理導出（選択肢 C） | ✗ できない | — |
| シミュ側に LSC モデル化追加（選択肢 A） | △ fit で形式上は可能 | × overfitting リスク．得るものなし |

→ **「シミュ側で LSC を考慮しない」は構造的に最適**．他の選択肢は「できないか」「できても価値が増えない」．

## 限界と注意点 (Limitations & Caveats)

### 1. 実機側にも残る誤差

実機 ISP の lscMap は「**メーカー出荷時にキャリブされた標準補正値**」であり，個体差・経時変化・撮影条件（色温度等）による補正残差が残る．これは：

- SHADING_OFF 撮影で生 raw を取得 → 物理 cos⁴ パターンと比較すれば定量化可能（**フォールバック条件 C1〜C3 で実施**，[TECH_04](TECH_04_SmTIASへの回答.md)）
- 現状（フォールバック未発動）では「補正残差は実機側に残るが小さい」と仮定して進めている

### 2. SmTIAS-LightSim 側の「実機との一致度」は別問題

LSC 取り扱いの整理が完了しても，シミュ vs 実機の **残差そのものは消えない**：

| 指標 | 実機 (DNG+LSC) | シミュ (Step 8-13) | 残差 |
| --- | --- | --- | --- |
| CoV | 0.0695 | 0.183 | 2.63× |
| 勾配 % | 8.35 | 24.65 | 2.95× |
| 動径 min/max | 0.860 | 0.615 | 絶対差 0.245 |

→ この残差は **LSC 由来ではない別要因**（シミュ側の物理モデル誤差 / 反射率 / 配光 / 幾何精度等）．LSC モデル化で解消できる問題ではない．

### 3. 過去 Step 8 残差解釈の見直し

過去 Step 8-1〜8-12 で「シミュ vs 実機の残差 2.1×」と評価していたが，これは **PNG sRGB（ガンマ圧縮）と シミュ sRGB の比較**で，PNG 側がガンマでムラを過小評価していた．Step 8-13 で **真の linear ドメイン比較**を行った結果 **2.63×** と判明（[TEST_05](../06_TEST/TEST_05_PNG_DNG評価比較.md) §結果比較 参照）．

→ 過去残差 2.1× は楽観的．真の残差 2.63× は LSC モデル化以外の方法で減らす必要がある．

## フォールバック条件（再掲） (Fallback Conditions)

[TECH_04 §将来 SHADING_OFF 切替のフォールバック条件](TECH_04_SmTIASへの回答.md) で定義した条件：

| ID | 発動条件 | 対応 |
| --- | --- | --- |
| **C1** | シミュ vs HIGH_QUALITY 残差が **再現的に大きい**（CoV/勾配 1.5× 以上 + 形が物理説明不能） | SHADING_OFF 撮影で物理 cos⁴ と ISP 補正残差を切り分け |
| **C2** | lscMap が **撮影ごとに大きく変動**（中央値 variation > 5%） | ISP 動的計算の証拠．補正後画像の解析時に動的性を考慮 |
| **C3** | シミュモデル精度向上後も残差が **物理説明不能** | 別要因の探索．SHADING_OFF 比較で物理 cos⁴ 寄与を独立評価 |

**現状（2026-06-02）の状態**: Step 8-13 で残差 2.63× を計測．これは **C1 候補**（残差は大きく、形は説明可能性が要検討）．SHADING_OFF 撮影の正式検討に進むか，物理モデル見直しに進むかは別途判断．

## 次のアクション (Next Actions)

LSC 取り扱いは本ドキュメントで決着．残る課題：

### 短期

- Step 8-13 の正式記録（[TEST_01](../06_TEST/TEST_01_キャリブレーション検証履歴.md) への Step 8-13 セクション追記）
- `handoff_smtias_lightsim/` 一時ディレクトリの削除（S3 完了処理）

### 中期（残差 2.63× の解消が必要なら）

- **物理モデル精緻化**: 反射率 / LED 配光 / メッシュ幾何の各要素を 1 つずつ詰める
- **SHADING_OFF 撮影**: フォールバック条件 C1 発動として実施．SmTIAS 側で 1 ショット撮影 → 物理 cos⁴ パターンと lscMap の合致度を独立検証

### 中長期

- 「実機との完全一致」を諦めて **形状指標の相対比較**に絞る選択肢（過去 [TEST_03](../06_TEST/TEST_03_輝度マップ形状追跡.md) の「形」観点）
- LSC モデル化を「fit」として割り切って追加（overfitting リスク受容．推奨しない）

## 関連ドキュメント (Related Documents)

### TECH 系（設計判断）

- [TECH_01 定量撮影モード要求仕様](TECH_01_定量撮影モード要求仕様.md) — SmTIAS への撮影モード要求
- [TECH_02 SmTIAS 引き継ぎ手順](TECH_02_SmTIAS引き継ぎ手順.md) — 引き継ぎパッケージの構造
- [TECH_03 定量モード実装報告と SHADING_MODE 相談](TECH_03_定量モード実装報告とSHADING_MODE相談.md) — SmTIAS 側からの SHADING_MODE 相談
- [TECH_04 SmTIAS への回答](TECH_04_SmTIASへの回答.md) — SHADING_MODE = HIGH_QUALITY 維持判断とフェーズ A/B 分割
- [TECH_05 SmTIAS-Evaluation DNG 対応要求仕様](TECH_05_SmTIAS-Evaluation_DNG対応要求仕様.md) — Evaluation 側への DNG 対応要求（§4 訂正済）
- [TECH_06 SmTIAS-Evaluation 引き継ぎ受領](TECH_06_SmTIAS-Evaluation引き継ぎ受領.md) — DNG ローダ受領．LSC 順方向適用が正しいと判明した経緯

### TEST 系（試行検証）

- [TEST_01 キャリブレーション検証履歴](../06_TEST/TEST_01_キャリブレーション検証履歴.md) — Step 8 全イテレーション．Step 8-13 で本方針の数値結果を記録予定
- [TEST_03 輝度マップ形状追跡](../06_TEST/TEST_03_輝度マップ形状追跡.md) — 「形のずれ」議論．finding 4 の前提変更を本ドキュメントで明示
- [TEST_05 PNG/DNG 評価比較](../06_TEST/TEST_05_PNG_DNG評価比較.md) — LSC 補正なし/あり の数値実証
- [TEST_06 外乱光影響評価](../06_TEST/TEST_06_外乱光影響評価.md) — 外乱光がロバスト < 1%（補正残差解析の前提）

### 外部参考

- [Android Camera2 API LensShadingMap](https://developer.android.com/reference/android/hardware/camera2/params/LensShadingMap)
- [Android Camera2 API CaptureRequest.SHADING_MODE](https://developer.android.com/reference/android/hardware/camera2/CaptureRequest#SHADING_MODE)
- [DNG Spec 1.4 OpcodeList2 GainMap](https://www.adobe.com/content/dam/acom/en/products/photoshop/pdfs/dng_spec_1.4.0.0.pdf)