１.イメージ情報とは
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イメージ'情報をコンピュータへ取り込む場合、アナログからデジタノレデータへの変換を行なう。いったんデジタノレデータになるとその後はプリンタに出力するまでデジタルで、処理が行われる。
このデジタル信号の処理の過程で、色・階調変換・拡大縮小・画像合成などの画像処理が加えられる。ここではアナログのデジタル化についての詳細と、デジタル化された'情報量の表し方及び色に関する基礎的な内容を記述する。 |
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(1）デジタルとアナログの変換について
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実世界のほとんどはアナログ'情報である。しかし、コンピュータは全ての情報をデジタルで表現する。そのため実世界のデータをパソコンに入力するには、アナログ情報からデジタル情報への変換作業が必ず必要になる。 例えば、音声は連続的に変化する情報であり、アナログデータの代表的なものである。音声はマイクによって取り込まれた時点においても単に空気信号が電気信号に変わっただけでアナログ信号である。
パソコンではすべてのデータをデジタルとして処理するので、外部からのアナログ信号はデジタル信号へ変換する必要がある。逆に再生時にはアナログ信号に戻さなければならない。この音声処理を例にとって説明すると、以下のようになる。 |
| ①アナログデータからデジタルデータへ |
１．マイクによって取り込まれた音声はアナログ電気信号としてパソコンに入力される。
２．アナログ信号を一定間隔ごとに断片の数値として取得する。この段階でこの値を数値として置き換えていく。この段階でデジタルデータとして符号化されるため、ハードディスクなどに取り込むことができる。 これをサンプリングあるいは標本化といい、一定間隔のことを標準化周期という。この数値（近似値）を求めて、それを符号化する処理をA/D変換という。 |
| ②デジタルデータからアナログデータへ |
１．ハードディスク内の音声ファイノレを読み、このデータをもとに１つ１つの標本の大きさを復元する。
２．標本の頭を滑らかにすることによって元の波形を復元して（D/A変換という）アンプなどを介してスピーカーから音声を再生する。 |
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(2)アナログ→デジタルの変換（A/D変換）
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| 例を用いてA/D変換を理解してみよう。・例：気温の変化 |
気温は時間と共に連続的に変化するアナログ量で、ある時間における気温を厳密に表現しようとすると、一般に
「17.529245874230900121…(℃)」と小数点以下が無限に続いてしまう。これに対して、小数点の２桁目で四捨五入するものと約束すれば「17.5(℃)」と３桁の１０進数で表現されるデジタル量となる。
このようにアナログ'情報は、適当な近似(量子化）を行えばデジタル'情報として表現される。これを、アナログ・デジタル変換(A/D変換）と呼ぶ。
連続的な気温の変化をデジタル化する場合は、一定間隔の時間での値を取り出して、その値をデジタル化すればよい。これをサンプリングと呼ぶ。
さてA/D変換を行う際、どのような近似を行うかでその結果は変わってくる。近似のやり方を決めるファクターは次の３つである。
●デジタル化するデータ範囲の下限 （オフセット）
●デジタル化するデータ範囲の上限
●階調数＝下限と上限の間の分割数
ここで、上限と下限の差はデジタル信号のダイナミックレンジと呼ばれる。これらが与えられれば、サンプルデータの値から近似値が求められ、さらに符号数＝”下限を０、上限を階調数とした場合の近似値に対する番号”を最終的に求めることができる。符号数がデジタルデータ値である。
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2.イメージ'|情報のタイプ
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| イメージ情報は、大きく分けて①ビットマップデータと ②ベクトルデータの２種類に分類される。 |
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(1)ビットマップデータ
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ビットマッブは小さな点で画像を表現する仕組みで、その画像を描く最小の単位は「画(ピクチャ：picture)」と「要素（エレメント：element)」という意味を合わせて、「画素（ピクセル：pixel)」と呼ぶ。また単に｢点（ドット：dot)」とも呼ばれている。厳密に言えばピクセルとドットは違うが同じモノと考えていいだろう。
ビットマッブは１つの画像（イメージ）を１つ１つの小さな点で表現する。したがってその特性上、画素が小さいほど精密な画像が描けることになる。
この画素の細かさの単位を「解像度」といい、１インチあたりの画素数で表わす。単位は「dot（ドットピッチ：dot
per inch)」という。プリンタのカタログなどにある解像度はこれにあたる。また、スキャナでスキャンする場合の解像度も同じで、指定した解像度でピクセル化を行う |
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(2)ベクトルデータ
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| ー方ベクトノレデータは、画像を「書き方の命令」の集まりととらえ、CADなどで利用されているデータである。出力時にはその書き方に則って出力デバイス（ディスプレイやプリンタ）の解像度に合わせてビットマップを作成する。たとえば、ディスプレイに表示する際にはいったんビットマッブデータに変換して表示することとなる。したがってベクターグラフィックには解像度という概念はない。 |
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(3)画質について
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画像の品質（画質）を決める要素には次のものがある。
・画素数
・階調数
・画像のダイナミックレンジとS/N比 |
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①画素数
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| 画像を構成する画素の数を画素数という。デジタルカメラで画素数といった場合、使用しているCCDの受光部である素子の数を表している。スキャナで読みこんだ画像の画素数は、dpi（dot
per inch）で表す。画素数が多いほど品質は良くなるが、ファイルサイズが大きくなるため、入出力時間やパソコンでの処理時間がかかるなどの問題も発生する。 |
特にネットワークを通じて送受信する際には、ネットワークの環境により通信時間などが問題となる事が多いので、画素数を多くすることがよいのではなく、使いやすさとのバランスから画素数の決定が必要である。
人間の目の解像力は、２０dot/mm程度といわれている。印刷するプリンタの固有差や、文字原稿と画像とでは異なるが、文字原稿では２０dot/mm前後の画素数が、一般のカラー画像ではその半分の３００dpi（11.8dot／mm相当）とすればまず満足される値となる。
スキャナで読みこんだ画像はdpiだけで画質が決まるのではなく、読み込んだデータを処理（エッジ強調、文字部の濃度レンジを高くする、２値化する濃度値の変更なビ）しているので、同じdpiでもスキャナによって画質が違う場合もある。スキャナの実力は事前によく確認する必要がある。 |
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②階調数
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カラーやグレースケールの調子の段階を階調という。デジタル信号は文字原稿のような白黒のみの画像では、２値情報が使われることが多いが、写真など連続の階調を持った原稿では多値の情報を使用する。
パソコンが扱い易い単位として８bit（ビット）が使われるケースが多い。８bit上は２の８乗で２５６の階調を表す。カラーの場合はRGBそれぞれの色に２５６階調を持たせると、256×256×256＝16,777,216色の再現ができることになる。パソコンの画像処理ソフトなどで画像に補正をかけると画質が劣ってしまうので、１６bit，２４bitで画像を扱い出力の時に８bitにする場合が多い。８bitの２５６階調では滑らかなトーンのある明るさの変わり目などで段差が出てしまうことがあるので、デジタル化の前に明るい部分と暗い部分で階調に差をつけ（非線形処理)、段差を目立たなくする処理をする場合もある。また、階調数を１６bit，２４bitにすることもある。
画素数で平面状の解像度、再現する濃度の段階（階調）のbit数で、おおよその画質がわかる。最近はカラー画像を扱うことが多くなり、入力する原稿の持っている濃度幅のどれだけを入力できるかも、画質を決める要因となっている。 |
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③画像のダイナミックレンジとS/N比
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入力する光学的な画像に対して信号として受け取ることの出来る明るさの範囲、または再現出来る明るさの範囲の能力をダイナミックレンジという。最近、聴覚刺激（音）に関して広く使用されているデシベル（Db）による強度の表示方法が、明るさに関しても適用されている。このDb値は基準となる明るさと比較する明るさの比率であり、両者の比の対数の１０倍で表される。カラーマイクロの最高濃度は約3.5～4.0、最低濃度は約０．１あるが、最大濃度を３．０としてダイナミックレンジであらわすと、ndB＝10log(1÷1／1000）となり３０dBとなる。実際にはこれほど厳密な値ではなく、原稿の濃度をどのレベルまでスキャナが読み取れるかなどに使われ、"ダイナミックレンジが濃度３ある“などと使ったりしている。スキャナのダイナミックレンジが、被写体である資料の濃度レンジより狭いと、低濃度側や高濃度側の階調（濃度変化）がなくなってしまう。特にカラー写真をスキャンするときには、このダイナミックレンジに気をつける必要がある。 ８Ⅳ比は、信号（S）と雑音（N）の比で、この値が大きいほどよい画質になる。ノイズが多いと、信号がノイズに打ち消されて、ダイナミックレンジは狭くなってしまう。
また、画像をくっきりさせるような処理をするときにSN比が低いと、ざらついた汚い画像になってしまうので、SN比にあった画像処理をする必要がある。 |
3.モノク□画像のデジタル化
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モノクロ画像には、大きく分けて２値（白か黒）とグレースケールに分けることができる。
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(1)白黒２階調（２値）
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画像の各ピクセルを、白か黒かのいずれかに当てはめることによって表現する方法であり、一般的には感熱タイプのFAXなどで力される文字原稿などがこれである。
単純に１画素を１ビットに対応させているだけで色成分を保存しておく必要がないため、データはもっともコンパクトである。 |
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(2)グレースケール
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| モノクロ写真などのようなアナログの画像は、各点ごとに明るさの決まった連続的なデータと考えられる。これをデジタル化するには次のような処理を行なう。 |
| １．画像を縦横n×mの小さな四角の点に分割する。 この１つ１つの点を（ピクセルpixcel：画素）という。 |
| ２．デジタル化の階調を決定する。 |
| モノクロ画像の階調とは、１ピクセルを何段階に分けて表現するかを決めるためで、一般のモノクロの場合２階調から２５６階調まで設定する。 |
３．各ピクセルに明るさを量子化した数値 （近似値）を求める。
２５６階調の場合は０から２５５までの数値に置き換えることによって、モノクロ画像をデジタル化する。 |
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