デジタル画像とは、ピクセルとも呼ばれる画素から構成される画像であり、各画素は、強度またはグレーレベルを表す有限の離散的な数値表現を持ちます。強度またはグレーレベルは、それぞれx軸とy軸上のx、yで表される空間座標を入力として与えられる2次元関数の出力です。[1]画像はベクター型またはラスター型です。「デジタル画像」という用語自体は、通常、ラスター画像またはビットマップ画像（ベクター画像とは対照的）を指します。 [2]

ラスター

ラスター画像には、画素またはピクセルと呼ばれる有限のデジタル値が含まれています。[3]デジタル画像には、固定数の行と列のピクセルが含まれています。[4]ピクセルは画像内の最小の個々の要素であり、特定の点における特定の色の明るさを表す量子化された値を保持しています。

通常、ピクセルはラスター画像またはラスターマップ（小さな整数の2次元配列）としてコンピュータメモリに保存されます。これらの値は、圧縮された形式で転送または保存されることがよくあります。

ラスター画像は、デジタルカメラ、スキャナ、座標測定機、地震プロファイリング、航空機搭載レーダーなど、様々な入力デバイスや技術によって作成できます。また、数学関数や3次元幾何モデルといった任意の非画像データから合成することもできます。後者はコンピュータグラフィックスの主要なサブ領域です。デジタル画像処理の分野は、それらの変換アルゴリズムを研究する分野です。

ラスターファイル形式

ほとんどのユーザーは、いくつかの画像ファイル形式のいずれかを使用するデジタル カメラを通じてラスター イメージにアクセスします。

一部のデジタルカメラは、RAW画像フォーマットを使用して、カメラで撮影したほぼすべてのデータにアクセスできます。ユニバーサル写真画像ガイドライン（UPDIG）では、 RAWファイルは最高品質の画像を生成するため、可能な限りこれらのフォーマットを使用することを推奨しています。これらのファイルフォーマットは、撮影者と現像処理担当者に、出力に対する最大限の制御と精度を提供します。一部のカメラメーカーは、独自の情報（企業秘密）を広く保有しているため、これらのファイルフォーマットの使用が制限されていますが、 OpenRAWなどの取り組みにより、メーカーにこれらの記録を公開するよう働きかけています。代替案としては、Adobeの独自製品であるDigital Negative（DNG）が挙げられます。これは「デジタルカメラのRAWデータのための公開アーカイブフォーマット」とされています。[5]このフォーマットはまだ広く受け入れられているわけではありませんが、製品への支持は高まっており、信頼できる組織に所属するプロのアーキビストや自然保護活動家の間で、アーカイブ用途にDNGを推奨する動きがますます増えています。[6] [7] [8] [9] [ 10] [ 11] [12] [13]

ベクター

ベクター画像は数学的幾何学（ベクトル）から生まれました。数学用語では、ベクトルは大きさ（長さ）と方向の両方から構成されます。

多くの場合、ラスター要素とベクター要素の両方が 1 つの画像に結合されます。たとえば、テキスト (ベクター) と写真 (ラスター) を含む看板の場合などです。

ベクター ファイル タイプの例としては、EPS、PDF、AIなどがあります。

画像閲覧

画像ビューアソフトウェアは画像を表示します。Webブラウザは、JPEG、GIF、PNGなどの標準的なインターネット画像形式を表示できます。一部のブラウザでは、 W3C標準形式であるSVG形式を表示できます。かつてインターネットの速度がまだ遅かった頃は、メイン画像に置き換えられる前にウェブサイトに表示される「プレビュー」画像（一目でわかるように）を提供することが一般的でした。しかし、現在ではインターネットの速度が十分に速くなり、このプレビュー画像はほとんど使用されなくなりました。

科学画像の中には非常に大きなサイズのものもあります（例えば、天の川の46ギガピクセルの画像は約194GB）。[14]このような画像はダウンロードが難しく、通常はより複雑なウェブインターフェースを介してオンラインで閲覧されます。

一部のビューアでは、一連の画像を表示するための スライドショーユーティリティが提供されています。

歴史

1957年にSEACが行った最初のスキャン
SEACスキャナー

バートレーンケーブル画像伝送システムなどの初期のデジタルファックス機は、デジタルカメラやコンピュータの登場より数十年も先行していました。スキャン、保存、そしてデジタルピクセルで再現された最初の画像は、NISTのStandards Eastern Automatic Computer（ SEAC）で表示されました。[15]デジタル画像の進歩は、宇宙計画の発展や医療研究と並行して、1960年代初頭にも続きました。ジェット推進研究所、MIT、ベル研究所、メリーランド大学などのプロジェクトでは、デジタル画像を用いて衛星画像、有線写真の規格変換、医療画像、テレビ電話技術、文字認識、写真の鮮明化などが進められました。 [16]

デジタル画像処理の急速な進歩は、1960 年代のMOS 集積回路と1970 年代初期のマイクロプロセッサの導入とともに始まり、関連するコンピュータ メモリストレージ、表示テクノロジ、およびデータ圧縮アルゴリズムも進歩しました。

X線を用いて三次元物体の「断面」のデジタル画像を作成するコンピュータ断層撮影（ CATスキャン）の発明は、医療診断において非常に重要でした。デジタル画像の作成だけでなく、アナログ画像のデジタル化によって考古学的遺物の鮮明化と修復が可能になり、核医学、天文学、法執行、防衛、産業など、多様な分野で利用されるようになりました。[17]

マイクロプロセッサ技術の進歩は、幅広い画像キャプチャデバイスに用いられる電荷結合素子（CCD）の開発と販売への道を開き、20世紀末にかけて写真やビデオ撮影におけるアナログフィルムやテープの使用を徐々に置き換えていきました。デジタル画像キャプチャの処理に必要な計算能力の高まりにより、コンピュータ生成のデジタル画像はフォトリアリズムに近いレベルの精細度を実現できるようになりました。[18]

デジタル画像センサー

最初の半導体画像センサーは、1969年にベル研究所のウィラード・S・ボイルとジョージ・E・スミスによって開発されたCCDでした。 [19] MOS技術の研究中に、彼らは電荷が磁気バブルのアナロジーであり、小さなMOSコンデンサに蓄えられることに気づきました。MOSコンデンサを一列に並べるのは比較的簡単だったため、適切な電圧をコンデンサに接続することで、電荷をコンデンサからコンデンサへと段階的に移動させることができました。[20] CCDは半導体回路であり、後にテレビ放送用の最初のデジタルビデオカメラに使用されました。[21]

初期のCCDセンサーはシャッターラグに悩まされていましたが、ピンフォトダイオード（PPD）の発明により、この問題はほぼ解決されました。 [22]これは、 1980年にNECの寺西信一、白木博光、石原康夫によって発明されました。 [22] [23]これは、低ラグ、低ノイズ、高量子効率、低暗電流の光検出器構造でした。[22] 1987年には、PPDがほとんどのCCDデバイスに組み込まれるようになり、民生用電子ビデオカメラ、そしてデジタルスチルカメラに欠かせないものとなりました。それ以来、PPDはほぼすべてのCCDセンサー、そしてCMOSセンサーに使用されています。[22]

NMOSアクティブピクセルセンサー（APS）は、1980年代半ばに日本のオリンパス社によって発明されました。 これは、MOS半導体デバイス製造技術の進歩によって可能となり、MOSFETの微細化はミクロン単位、さらにはサブミクロン単位へと進みました。[24] [25] NMOS APSは、1985年にオリンパスの中村勉氏のチームによって製造されました。[26] CMOSアクティブピクセルセンサー（CMOSセンサー）は、その後、1993年にNASAジェット推進研究所のエリック・フォッサム氏のチームによって開発されました。[22] 2007年までに、CMOSセンサーの売上高はCCDセンサーを上回りました。[27]

デジタル画像圧縮

デジタル画像圧縮技術における重要な進歩は、1972年にナシル・アハメドによって初めて提案された非可逆圧縮技術である離散コサイン変換（DCT）でした。[28] DCT圧縮は、 1992年にJoint Photographic Experts Groupによって導入されたJPEGで使用されています。 [29] JPEGは画像をはるかに小さいファイルサイズに圧縮し、インターネットで最も広く使用されている画像ファイル形式となっています。[30]

モザイク

デジタル画像において、モザイクとは、重なり合わない画像をモザイク状に並べたものです。ギガピクセル画像は、このようなデジタル画像モザイクの一例です。衛星画像は、地球の様々な領域をカバーするためにモザイク化されることがよくあります。

バーチャルリアリティ写真によりインタラクティブな鑑賞が実現します。

参照

参考文献

  1. ^ ゴンザレス、ラファエル (2018).デジタル画像処理。ニューヨーク州ニューヨーク州: ピアソン。ISBN 978-0-13-335672-4. OCLC  966609831.
  2. ^ Pettigrew, Rob. 「研究ガイド：画像について：ラスター画像とベクター画像」. guides.lib.umich.edu . 2025年6月9日閲覧。
  3. ^ https://ijret.org/volumes/2014v03/i10/IJRET20140310044.pdf [ベア URL PDF ]
  4. ^ 「画像とラスターデータの概要 - ArcGIS Pro | ドキュメント」pro.arcgis.com . 2025年6月9日閲覧。
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  7. ^ 考古学データサービス / デジタル古代史：実践ガイド - セクション3 ラスター画像のアーカイブ - ファイル形式 2011年12月14日、Wayback Machineにアーカイブ
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  10. ^ JISCデジタルメディア - 静止画像：デジタル静止画像のファイル形式の選択 - マスターアーカイブのファイル形式 Archived 2011-11-16 at the Wayback Machine
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