モジュール２１ Ｍ21 ディジタル画像の基礎 岡山県情報教育センター 第 1 章 ディジタル画像の基礎 １ ディジタル画像を拡大してみると コンピュータの画像は、拡大してみるとピクセル（画素）とよばれる小さい点（ピクセル）が 集まってできています。これらのピクセルごとに色付けして、縦・横に膨大なピクセル数の組み 合わせで微細な画像ができるのです。 ピクセル（画素） ２ 画像解像度 画像解像度とは、画像の長さ方向の単位当たりに表示されるピクセル数を言い、通常は１イ ンチ（２５．４mm）当たりの ピクセル数 （ｐｐｉ）で表現します。 画像解像度が ７２ｐｐｉ のというと１インチ四方には、横７２ピクセル×縦７２ピクセル＝ ５,１８４ピクセルが含まれます。これを ５,１８４の画素数があるといいます。 最近のディジタルカメラで、例えば 画素数 ３５万 のように表現されているのは、仮に長方 形の画像とすれば、約８００ピクセル × ４４０ピクセル （正方形では、約５９０ ピクセ ル × ５９０ピクセル）などで構成されており、横・縦にそれぞれの分解能（解像度）がある 事になります。 ３ ディジタル画像の色について マゼ ンタ 赤 黄 白 緑 青 テレビでもパソコンのディスプレイでも、色 は、赤（Red）、緑（Green）、青（Blue）の 「光の３原色」を重ねてつくります。これをパ ソコンでは、各色の頭文字をとって「RGB（ア ールジービー）」とよんでいます。 左図のように、赤と緑を重ねると黄色、緑と 青を重ねるとシアン、青と赤を重ねるとマゼン タという色になり、３色を重ねると白に、３色 とも重ねないと黒色になります。 （１） 色の階調 シアン - 1 - ３原色の重ね合わせだけでは、８色だけしか作れないため、RGB の各色に濃い薄いのデー タを持たせて中間の色を作るようにしています。この「濃い薄い」の段階のことを「階調」 といいます。 今、フルカラーとよばれているディジタル画像では、１色について 256 色の階調を持たせ るので、３色の組み合わせになると 256（R）×256（G）×256（B）で 1677 万 7216 色の表 示が可能となります。 色数とビット数の関係は？ 例えば １ピクセル当たり、１ビット（２の１乗＝２）の場合には モノクロ２階調、 ４ビット（２の４乗＝１６）なら １６色、８ビット（２の８乗＝２×２×２×２×２× ２×２×２＝２５６） なら ２５６色、２４ビット（２の２４乗＝１，６６７万）なら １，６６７万色 の色付けができます。 これらの色数の例として、白黒画像（グレイスケール）の場合は８ビット（２５６階 調）で表現し インデックスカラーでは ８ビット（２５６色）で表現され、RGB カラー では最大２４ビット（１，６６７万色）で表現されます。更に、CMYK カラーがあり、 印刷用として４色分解処理で生成され、各ピクセルに８ビットで且つ ４色分として 合 計３２ビット（８×４）に分解されます。 - 2 - 第２章 画像のフォーマット １ ビットマップデータとラスタデータ 画像データは大きく分けると「ビットマップ（ラスター画像）データ」と「ベクトルデー タ」の２種類がある。それぞれに優れた点があり、用途によって使い分けます。 ビットマップデータは、データの最小単位がドットと呼ばれる「小さな点」の集合です。こ の形式の大きな利点は、ドット単位の細かな描画が可能であり、ぼかしやエアブラシなどの特 殊効果をかけやすいことがあげられます。反面、拡大縮小などのサイズ変更や、図形の回転な どは、苦手です。また、ファイルサイズが大きくなることも欠点です。 一方のベクトルデータは、線の太さ、図形の形や位置などを個別に管理した数値（関数）か ら成り、拡大・縮小する時には、その大きさに応じて計算をして最適な描画ができます。大き く拡大しても「ギザギザしない」など拡大縮小に強いことが利点として挙げられます。 ２ フォーマットの種類 ディジタル画像は、ディスプレイに表示できるだけでなく、ファイルとして保存することが でき便利です。ディスプレイに画像が表示されるしくみは一つですが（画像データがＶＲＡＭ に展開される）保存の仕方は、いろいろあります。 画像ファイルには、いくつかの異なる形式があります。これを画像のフォーマットとよんで います。「フォーマット」というとフロッピーディスクの「フォーマット」を思い浮かべるか もしれません。ここで言うのはファイルの「形式」のことです。 ビッ ト マ ッ プ デ ー タ を 扱 う も の （１） BMP（ビットマップ） ビットマップ形式と表現するが、DOS と Windows の互換のコンピュータで使われる 標準の形式です。画像の色数は １ビットから２４ビットまでの設定ができ、画像編集で は、この BMP 形式で、２４ビットの RGB カラーでの画像処理がデテールを失う事なく 処理できます。反面、ファイルサイズが大きくなるのが欠点です。 Windows の壁紙画像は BMP 形式を使用しており、Windows に付属の「ペイント」では、 BMP 形式の画像を扱って編集（絵描き）ができるようになっています。 （２） JPEG（ジェイペグ） JPEG (Joint Photographic Experts Group) の略で、画像を圧縮し、ファイルサイズを小さ くし、Web ページやオンラインサービス上で、HTML 内の画像やオフラインでのファイ ル交換や、多量の画像データ保管などに広く利用されている形式です。圧縮によって、 不要データが削除され、ファイルサイズを減らし、且つ RGB 画像のカラー情報は全て 残したままの効率的な圧縮方法です。また、画像を開くときに自動的に圧縮が解除され ます。圧縮率の指定ができ、圧縮率を高くすると、当然画像品質が低下しますが、用途 に応じて圧縮率を選ぶことができます。そのファイルサイズの小ささが買われて、イン ターネットの標準画像フォーマットになりつつあります。インターネットでは、ファイ ルサイズの大きさが、即、通信時間や回線にかかる負担に影響するからです。また、最 近のデジカメの画像もこのフォーマットが多く用いられています。 - 3 - （３） GIF（ジフ） JPEG 形式同様、WWW 上での、インデックスカラー画像の表示に広く利用されており、 これは、特に電話回線での転送時間が最短になるように圧縮されています。画像品質は、 大きく望めないものの、画像のファイルサイズを大幅に小さくできる特徴があります。 Web ページ上のアニメーションには、この GIF 形式画像が多く利用されています。 また、GIF 形式には、部分的に画像の透明化ができ、背景が透けて見える画像に 変換できます。（透過 GIF 参 考 資 料）更に、JPEG 同様に、表示が徐々に現れる「イン ターレース画像」にも変換できます。色数は２５６色に制限されているため、主にイラ ストなどの単色で塗りつぶしたような画像の表現に向いています。 （４）TIFF（ティフ） TIFF(Tag Image File Format)は Microsoft と Aldus が中心となって定めたカラー画像ファイ ル形式です。異なる機種間でも画像データが交換できるように汎用性が高いのが特徴です。 さまざまな解像度を扱うことができ、モノクロからフルカラーまで対応しています。 （５）フォトＣＤ 普通の写真をＣＤ−ＲＯＭに保存するためにアメリカのコダック社が開発したフォーマ ットで、最大２０４８×３０７２の解像度を持つ高品位の画像フォーマットです。フォト ＣＤをつくるには、これを扱うＤＰＥショップに元のフィルムを持ち込みＣＤ−ＲＯＭに 焼いてもらうしかありません。 （６）PICT（ピクト） マッキントッシュで用いられている標準的な画像ファイルのフォーマット。Windows で は開けるソフトが少ないです。 ベク ト ル デ ー タ を 扱 う も の （７）EPS（イーピーエス） 出力時の美しさを主な目的とする、ポストスクリプト言語のファイル形式。ベクトル データです。商業印刷の現場で利用されています。ファイルサイズは BMP より大きい。 （８）WMF（ダブルエムエフ） Windows のもう一つの標準的なファイル形式。正式には「Microspft Windows Meta File」といいます。 - 4 - ３ 各種の画像変換と画質、ファイルサイズなどの比較 （使用ソフト Photo Editor） 実習１ BMP フォーマットのファイルを Photo Editor で開いて （１） 実習１ ＢＭＰフォーマットのファイルをＰ ｈｏｔｏＥｄｉｔｏｒで開いて 圧縮率を変え、JPEG で保存しながら画質の違いをくらべてみよう 圧縮率を変え、JPEG で保存しながら画質の違いをくらべてみよう。 操作１ BMP ファイルを開く ① ② ③ ④ Photo Editor を起動する。 「スタート」→「プログラム」→「Internet tools」→「Microsoft Photo Editor」を選択 BMP（ビットマップ）の画像データのあるフロッピーディスクを入れる。 メニューから「ファイル」→「開く」を選択 下のようなダイアログが現れたら、ファイルの場所を「3.5 ｲﾝﾁ FD」にし、 「Zarigani.bmp」を選択し「開く」をクリック。 ※注意ファイルの種類が「JPEG ﾌｨﾙﾀ 」などになっていると希望のファイルが出てこない ので、「ﾋﾞｯﾄﾏｯﾌﾟ」か「すべてのｸﾞﾗﾌｨｯｸﾌｧｲﾙ」になっていることを確認すること ⑤ しばらくすると絵が出てくる。ビットマップでは「ザリガニ」の質感などがよく表現されて いることなどを画像を見ながら確認する。 操作２ JPEG ファイルで保存する ⑥ 上記の絵を JPEG フォーマットで保存する。メニューから「ファイル」→「名前を付けて 保存」を選択する。 ⑦ 「名前をつけて保存」のダイアログが出てきたら、ファイルの種類を「JPEG フィルタ」 にし、保存する場所が「3.5 ｲﾝﾁ FD」になっているか確認する。ファイル名を例えば 「Zarigani2」とし、圧縮率を変えるために「オプション」をクリックする。 圧縮率を変える時 はここをクリック - 5 - ⑦ 下にＪＰＥＧ形式の圧縮の指定 のつまみをドラッグしながら調 整する。今回は９０ぐらいにセ ットする。変換形式は今回は ファイル名の入力 最後に保存を 「True Color(24 ﾋﾞｯﾄ)にしてお クリック く。最後に「保存」をクリック する。 True Color(24 ﾋﾞｯﾄ)になっている。 ⑧ ⑥⑦の同様の操作を行い、今度 は圧縮の指定の所をドラッ グし１０ぐらいで保存して みる。ファイル名は、例え ば「Zarigani3」とする。 圧縮の程度をここ で調整する。 保存 し た ２ つ の 画 像 フ ァ イ ル を 開 き 、 画 質 と フ ァ イ ル の 大 き さ を 比 較 す る 。 ⑨ ③④⑤の操作を繰り返し、先ほどの圧縮の違いによる画質の違いと、ファイルのサイズの比 較をしてみる。１０の圧縮では、背面にモザイク状のものが現れ画質の低下が認められるが、 ファイルサイズは、１１ｋとビットマップよりかなり小さくなっている。 ファイルサイズを調べるには いろいろなやり方があるが、ここでは、「Photo Editor」を最小化し、デスクトップ画面にし て、「マイコンピュータ」「3.5 ｲﾝﾁ FD」の順にダブルクリックし、ファイルを出す。調べたい ファイルの上で右クリックし「プロバティ」を選択するとファイルサイズが分かる。 ここにファイルの サイズが出る。 調べたいファイルの上 で右クリックしプロパ ティを選択 - 6 - 実習２ BMP フォーマットのファイルを Photo Editor で開いて 圧縮率を変え、で保存しながら画質の違いをくらべてみよう ① ② 前ページの操作１を行い、ＢＭＰのザリガニの絵を開く。 前ページの操作２の保存で下の図のように「ファイルの種類」のところを「 ｇ ｉ ｆ 」にして、 ファイル名は「Zarigani」のまま、「保存」をクリックする。 ｇｉｆにする 保存 し た GIF の画質とﾌｧｲﾙｻｲｽﾞの大きさを BMP と 比 較 し て み よ う 。 先ほどの JPEG の場合と同様の操作をおこなってみよ。どんなことが分かるか。 ファイルサイズは、かなり小さくなっているが、画質は、２５６色に減色されるためかなり低下 することが分かる。 GIF で保存したファイル を開くとこのあたりの 色むらが目立つ。 ホームページに表示する画像フォーマット 写真は「JPEG」、イラスト、アニメは「GIF」 JPEG は保存の時、圧縮率が変えられる。 圧縮のレベルを上げれば、ファイルサイズは小さくなるが、画質は低下する。 使う用途と、どの程度の画質を維持したいかで決定。 ■演習２ フロッピーディスクに入っている「bara.jpg」という JPEG のファイルを BMP に変換 してフロッピーディスクに保存してみよ。 - 7 - ４ 可逆圧縮と非可逆圧縮 このように、画像のフォーマットによって画質、ファイルサイズは、変わってくる。JPEG の 場合、実習１でも確認したとおり、圧縮の仕方では、かなりよい画質のまま保存可能である。し かし、何回も保存を繰り返すと画質がだんだん劣化していく。これは、JPEG の圧縮の仕方が、 「非可逆圧縮」であり、見た目には分かりにくいが、圧縮の過程で一部のデータが失われ、完全 に元の画像に戻るわけではないからである。 上の図は圧縮レベル５で、５回「保存」と「開く」を繰り返したもので、背景などがモザイク 状になり、かなり画質の劣化が認められる。 加工は「BMP」、完成したら「JPEG」 PICT や TIFF の圧縮方式は、「可逆圧縮」とよばれ、完全に元に戻ることができる。 これに比べて JPEG は、「非可逆圧縮」とよばれている。もちろん、数回の保存では、実用上、 問題はない。 最近のデジカメは、JPEG の画像が多いが、いったん BMP に変換し（BMP で保存する）、 加工は BMP でおこない、加工が完成したら JPEG で保存すれば、それぞれの画像フォーマッ トの機能を生かしたことになる。 - 8 - ■ Microsoft,Windows,Windows NT,Office,Microsoft Outlook,Internet Explorer,MSN,は米国 Microsoft Corporation の米国およびその他の国における登録商標または商標です。 ■ Netscape, Netscape Navigator, Netscape ONE, Netscape の N ロゴおよび操舵輪のロゴは、 米国およびその他の諸国の Netscape Communications Corporation 社の登録商標です。 ■ その他、本書に掲載したプログラム名、システム名、CPU などは一般に各社の登録商標です。 本文中では、TM などのマークは明記していません。 ■ 本文中では「Microsoft Internet Explorer」のことを「Internet Explorer 5.0」または「IE5.0」、 「Internet Explorer」と記述しています。 平成１３年１月２９日 初版発行 平成１３年５月１日 改定 発行 岡山県情報教育センター 〒703-8288 岡山市赤坂本町３番１５号 電話 (086)272-1405（総務課） 272-4608（研修課） 交通機関 市内電車 岡山駅前（東山行）乗車 東山（終点）下車，南へ徒歩７分 市内バス 岡山駅前（東山行）乗車 東高前下車，西へ徒歩２分 禁無断転載 ©2001 岡山県情報教育センター - 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