情報活用編プラス
第2章「コミュニケーションと情報デザイン」
IP01-06
画像のデジタル化とデータ圧縮
3. 画像のデジタル化の仕組み ( 3 / 15 )
学習の目的
画像データのデジタル化の手順を理解する
画像は、どのような仕組みでデジタル化されているのでしょうか？
画像データとは、「色」の情報をデジタルに変換したものです。
色は、「赤」「青」などの色がありますが、その間にも中間の色が無限にあります。
連続値として扱われるため、「色」はアナログとして扱われます。
画像のデジタル化を行うときは、「標本化」→「量子化」→「符号化」の順で行います。
えっ、「標本化」→「量子化」→「符号化」って言えば･･･
音のPCM方式と一緒だ!!
その通りです!!よく気づきましたね!!
画像も、音と同じような手順でA/D変換するんです。
画像の標本化では、元の画像を一定の大きさのマスで区切ります。
それでは、「標本化」の手順について説明します。
目田さん、この紙に何か絵を描いてもらっていいですか？
お、任せて!!
・・・
できた！！
美味しそう！！！
（ラグビーボールを描いたんだけど、何と勘違いしたんだ？）
それでは、このアナログ画像を標本化したイメージを書き出します。それがこちら！
なんか、デジタル感が出てきたね。
でもギザギザしているなぁ。
解像度を低くしているので、仕方ありませんね。
標本化は、元のアナログ画像をマス目で区切り、色付けをします。
この一つのマスを、画素、またはピクセルと言います。
一つの画素の中は、一つの色で塗りつぶします。黒が多い部分は黒、白が多い部分は白と、アナログ画像の中から最も多い色を指定します。
解像度は、標本化を行うときの画素の細かさを表す言葉です。
先ほど芽萌里先生が行った標本化は、「16×16」の画素に分割しました。これは、画像を縦16ピクセル、横16ピクセル、総画素数は256ピクセルで表現されています。
「解像度を上げる」と言われたら、この数値を増やす、つまりもっと細かく区切ることになります。
解像度が高いほど鮮明な画像が記録できますが、その分画素数も増えるためデータサイズは大きくなります。
解像度を表す単位として以下の２つを覚えておきましょう。
ppi (pixels per inch): ディスプレイの画素の細かさを表す単位。1インチあたりのピクセル数。
dpi (dots per inch): プリンタで印刷された画像に対する解像度の単位。1インチあたりのドット数。
解像度は高ければ高いほど、綺麗な絵になるんだね！！
確かにそうなんだけどさ、上の芽萌里先生の分身の絵、右の二つってそんなに変わらないね。
確かにそうだね。拡大すれば違いがわかるけど、全く同じ絵って言ってもいいくらいだね。
だったら、データのサイズが小さいほうがいいんじゃないかぁ？
その通りですね。綺麗な絵がいいのはもちろんなのですが、サイズが大きくなる事で起きる問題があります。
インターネットで画像をダウンロードする時の負荷や、ゲームをプレイするときの処理が重くなったりします。
なので、目的に合わせた「ちょうどいいサイズ」にしてあげることが大事ですよ！！
(私の画像は綺麗であって欲しいけどね)
画像の量子化では、標本化を行なった各マスに数値を割り当てます。
それでは量子化を行いましょう。
先ほど標本化した各色に数値を割り当てましょう。
どんな数値を割り当てればいいんですか？
それは、表現する色の数で変わってきます。
今回は白と黒の２色なので、白=0、黒=1と、割り当てていきましょう。
できました！！
よくできました！！これが量子化です。
ここで使っている0や1は、まだこの段階では10進数です。
量子化は、標本化した各画素の色を数値に置き換えます。
色の数が多いほど、その数値の種類は多くなります。
符号化は、量子化で割り当てた10進数を2進数に変換します。
それでは、2進数に変換してみよう！！
といっても、0と1だけなので、変換した気持ちにならないですね。
先生、こんな感じでいいですか？
その通りです！！
この0と1の並びを記録するのが、画像のデジタル化ですね。
量子化は、標本化した各画素の色を数値に置き換えます。
色の数が多いほど、その数値の種類は多くなり、表現する2進数の桁数も増えます。
もし、4色なら、2ビット。256色なら8ビットになります。
今回の画像は、白と黒の2色だったので、2種類を表現する1ビットだけで良かったのですが、色の数が増えるとどうでしょうか？
育人が描いたラグビーボールに影をつけた、以下の画像でも見てみましょう。
今回は、「濃いグレー」と「薄いグレー」を使って、４色で表現します。
少しみにくいので、符号化した結果に色を加えてみてみましょう。
各画素を表現するビットが2ビットになりました。
このように、色を表現するビット数を増やすことで、色の数を増やすことができますが、その分記録するデータも大きくなります。
画像も音と同様に、「標本化」→「量子化」→「符号化」の順でデジタル化を行うんですね！！
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標本化 |
アナログの画像を一定の大きさで区切る。 |
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量子化 |
標本化した各画素の色を数値に置き換える。 |
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符号化 |
量子化で割り当てた10進数を2進数に変換する。 |
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画素・ピクセル |
標本化で切り分けた1つのマスのこと。 |
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解像度 |
標本化で切り分ける画素の数。多いほど画像が鮮明になる。 |
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ppi(pixel per inch) |
ディスプレイで用いられる解像度の単位。1インチあたりの画素数。 |
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dpi(dots per inch) |
プリンタ等の印刷物で用いられる解像度の単位。1インチあたりのドット数。 |
次は、色の表現について学びます。
