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第1章 時代はディジタル画像?

 最近、ディジタルという言葉をよく聞きますね。このページでは、ディジタル画像とはどのようなものなのかを説明していきます。

 このページの目次

1.1節 サンプリングについて
1.2節 カラー画像とは?

 1.1節 サンプリングについて

 最近、よく耳にするディジタルという言葉、みなさんはその意味をご存じですか? ディジタルとは『データを数字や文字の形式で表示するために、離散的な信号を使うことを指す言葉』です。

 画像を表すデータが連続したものであったとき、連続したデータの必要なところを取りだすことをサンプリングといいます。その離散的なデータを用いて画像を表現したものをディジタル画像というのです。

連続信号 データをサンプリングしたもの
(a) 連続信号 (b) データをサンプリングしたもの

図.1: サンプリングの例

 ディジタル画像は『画素』という細かな点1つ1つが集まって表されます。それら、画素は色の濃さを表す『濃度値』をもっています。画像全体の明るさは、画素1つ1つの濃度値により決定されます。全体的に暗い画像は、暗い画素が多い事を意味していて、その逆も言えます。

濃度値の表し方

図.2: 濃度値の表し方

 1.2節 カラー画像とは?

 前節での画像は白黒のモノクロ画像でしたが、実際の画像は全部カラー画像ですよね。モノクロをカラーにするのには、さらに細工が必要なのです。

『色は3次元である』

 自然に存在する色は明るさ(明度)、色合い(色相)、鮮やかさ(彩度)の3つの尺度で表現することができます。

『ディスプレイでの色の表現』

 ディスプレイでは赤(RED)、緑(GREEN)、青(BLUE)の光を混合して色を作成しています。例えばディスプレイの表面で赤と緑を発光させた場合、赤と緑の波長の電磁波が目に入りますが、人間はそれらの光を同一の光として認識するため赤と緑を含む1つの色として黄色に見えるわけです。

光の三原色

図.3: 光の三原色

 赤緑青の割合を r,g,b とすれば、色は(r,g,b)で指定することが出来ます。コンピュータ上では数値を2のべき乗で扱うことが多く、特に各値とも 0 〜 255 の範囲で表現したものをフルカラーと呼び、256x256x256で1678万色表示できます。例えば、 明るい赤 は(255,0,0)、 暗い紫 は(127,0,127)、 灰色 は(102,102,102)で表示することができます。

『その他のカラー画像表現』

 3つの座標軸はRGBだけでなく座標変換によってさまざまな座標が考えられます。例えば座標変換によってY(明度)、Cr(色差成分1)、Cb(色差成分2)などに変換され、テレビの信号や画像圧縮符号化法JPEGなどに使用されます。

 参考までに、その変換式は下のようになります。

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
Cr = 0.713(R-Y) + 128
Cb = 0.564(B-Y) + 128

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