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バイナリ画像とは、ピクセルが黒と白のどちらか一方の色しか持たないデジタル画像です。各ピクセルは1ビット（0または1）として格納されます。
バイナリ画像は、ビットマップ（ビットのパック配列）としてメモリに保存できます。640 ×480ピクセルのバイナリ画像のファイルサイズはわずか37.5 KiBで、ほとんどの場合、単純なランレングス圧縮で十分に圧縮できます。バイナリ画像形式は、送信や保存のためにファイルサイズを小さくすることが重要な場合、またはディスプレイやプリンターの色数制限がある場合によく使用されます。
また、デジタル画像処理やピクセルアートなど、技術的および芸術的な応用もあります。バイナリ画像は、 2次元整数格子の部分集合として解釈できます。形態画像処理の分野は、この考え方に大きく影響を受けている。
バイナリ画像は、バイレベルまたはツーレベルとも呼ばれます。2色で構成されるピクセルアートは、各ピクセルを格納するために必要なビットが1つであることから、1ビットと呼ばれることがよくあります。 [ 2 ]白黒、B&W、モノクロ、またはモノクローム という名称がよく使用されますが、グレースケール画像のように、ピクセルごとに1つのサンプルしかない他の画像タイプを指す場合もあります。Photoshopの用語では、バイナリ画像は「ビットマップ」カラーモードの画像と同じです。[ 3 ] [ 4 ]
バイナリ画像に対する演算のクラス全体は、画像の3×3ウィンドウに対して行われます。このウィンドウには9つのピクセルが含まれているため、 2⁹または512通りの値を取り得ます。中央のピクセルのみを考慮すると、周囲のピクセルに基づいて、中央のピクセルがセットされているかセットされていないかを定義できます。このような演算の例としては、細線化、膨張、分岐点と終点の検出、孤立したピクセルの除去、画像を任意の方向に1ピクセル移動、H接続の切断などがあります。コンウェイのライフゲームも、 3×3ウィンドウ演算の例です。
もう1つの操作クラスは、構造要素を用いたフィルタリングの概念に基づいています。構造要素は通常小さなバイナリ画像であり、グレースケール画像処理におけるフィルタと同様に、対象画像に渡されます。ピクセルは2つの値しか取れないため、形態学的操作は収縮（構造要素内の未設定ピクセルは未設定になる）と膨張（構造要素内の設定済みピクセルは設定される）です。重要な操作は、同じ構造要素を使用して、それぞれ収縮の後に膨張、膨張の後に収縮を行う形態学的オープニングと形態学的クロージングです。オープニングは、小さな穴を拡大し、小さなオブジェクトを除去し、オブジェクトを分離する傾向があります。クロージングは、小さなオブジェクトを保持し、穴を除去し、オブジェクトを結合します。
二値画像の非常に重要な特性の一つに、距離変換があります。これは、各設定済みピクセルから最も近い未設定ピクセルまでの距離を表します。距離変換は効率的に計算できます。これにより、画像内の各ピクセルを点の集合のうち最も近いものに割り当てるボロノイ図を効率的に計算できます。また、スケルトン化も可能です。スケルトン化は、元の画像を復元できるという点で、細線化とは異なります。距離変換は、オブジェクトの中心を特定したり、画像認識におけるマッチングを行う際にも役立ちます。
もう一つの操作方法は、方向情報に依存しない指標を収集することです。これは、カメラの向き情報を除去する必要がある画像認識においてしばしば重要となります。連結または囲まれたピクセル群の方向情報に依存しない指標には、オイラー数、周囲長、面積、コンパクト性、穴の面積、最小半径、最大半径などがあります。
バイナリ画像は、カラー画像からセグメンテーションによって生成されます。セグメンテーションとは、ソース画像の各ピクセルを2つ以上のクラスに割り当てるプロセスです。クラスが2つ以上ある場合、通常は複数のバイナリ画像が生成されます。最も単純なセグメンテーション方法は、おそらく大津の方法でしょう。これは、グレースケールの強度に基づいてピクセルを前景または背景に割り当てる方法です。別の方法としては、ウォーターシェッドアルゴリズムがあります。エッジ検出も、一部のピクセルをエッジピクセルに割り当てたバイナリ画像を生成することが多く、さらにセグメンテーションを行うための最初のステップとなります。
細線化 または骨格化処理 によって、ピクセル幅の線で構成される二値画像が生成されます。その後、分岐点と終点を抽出し、画像をグラフに変換することができます。これは、例えば光学文字認識などの画像認識において重要です。
ピクセルのバイナリ値の解釈もデバイスによって異なります。一部のシステムでは、ビット値0を黒、1を白として解釈しますが、他のシステムではその意味が反転します。スキャナやデジタルカメラ用のTWAIN標準PCインターフェースでは、前者をバニラ、後者をチョコレートと呼びます。
バイナリピクセルアート、より一般的には1ビットまたは1ビットアートとして知られるものは、初期のコンピュータ以来、グラフィックを表示する方法として用いられてきた。ZX81などの初期のコンピュータはハードウェアの制約としてこの制約を利用していたが、ゲーム＆ウォッチやたまごっちなどの携帯型LCDゲームや、 Macintoshのようなグラフィカルユーザーインターフェースに重点を置いた初期のコンピュータは、1ビットアートの制約の文化、技術、美学を促進する上で大きな進歩を遂げた。[ 6 ]
1ビットアートの現代的な例は、インディービデオゲームやその他のデジタルアートで見ることができます。[ 7 ] Gato Roboto、Return of the Obra Dinn、Minit、World of Horrorなどのベストセラーゲームは、ゲームにレトロな雰囲気を与えるため[ 8 ]、または単にグラフィックデザイナーの開発時間を節約するために、1ビットをスタイルとして使用しています。[ 9 ]また、携帯型ゲーム機Playdate [ 10 ]のように、1ビットグラフィックスに特化したゲーム機もあり、より複雑なエンジンの代わりに教育にも使用されています[ 11 ]。
ピクセルアーティストにとって、1ビットはアート制作における共通の課題となっている。ピクセルアートコンテストPixtogetherは、第10回月例コンテストで参加者に2色のみの使用を義務付けた。[ 12 ] 1ビットアートを主とするアーティストは多くはないが、多くのアーティストが互いに連絡を取り合い、制約の中で制作する知識を交換したり、独自のコラボレーションを開催したりしている。[ 13 ]
1ビットやその他のピクセルアートに関する人気のYouTubeチュートリアル[ 14 ] [ 15 ]を作成しているブランドン・ジェームズ・グリアは、「制約によってユニークなアプローチが生まれる」とし、1ビットでの作業は「非常に楽しくユニークな挑戦だ」と述べている。[ 16 ]
1ビットアートはそれ自体が一つのアートスタイルと言えるが、それぞれの作品にはさらに別のスタイルも存在する。1ビットアートスタイルの明らかな違いとしては、例えば、ディザリングの有無、その量と種類、画像解像度、アウトラインの使用、そして作品の細かさなどが挙げられる。
レーザープリンター、ファックス機、2値表示コンピューターディスプレイなど、一部の入出力機器はバイナリ画像しか処理できません。
1999年、ワイヤレスアプリケーションプロトコルフォーラムは、WAPページを表示するための標準の一部として、.wbmp （ワイヤレスビットマップ）ファイル形式の標準を導入しました。[ 17 ]
1994年、モニ・ナオールとアディ・シャミールは、バイナリ画像をn個のシェアに分割し、n個のシェアすべてを持っている人だけが画像を復号できる一方、n -1個のシェアでは元の画像に関する情報が一切得られない視覚的秘密分散方式を実証した。各シェアは別々の透明シートに印刷され、シェアを重ね合わせることで復号が行われた。[ 18 ] n個のシェアすべてを重ね合わせると、元の画像が現れる。この基本方式には、k -out-of- n視覚暗号[ 19 ] [ 20 ]や、不透明なシートを使用しながら、1つの単一ピクセル検出器の記録下で複数の同一の照明パターンでシートを照らす方式[ 21 ]など、いくつかの一般化がある。
バイナリ画像は、より複雑な画像のデジタル画像処理において、マスクの形で、閾値処理の結果として、またディザリングに使用するためにしばしば発生します。
オーバーサンプリングバイナリイメージセンサーは、従来の写真フィルムを彷彿とさせるデジタルイメージセンサーです。センサー内の各ピクセルはバイナリ応答を示し、局所的な光強度を1ビットの量子化値でのみ測定します。
