チャンネル（デジタル画像）

カラーデジタル画像はピクセルで構成され、ピクセルは一連のコードによって表される原色の組み合わせで構成されています。この文脈におけるチャネルは、カラー画像と同じサイズのグレースケール画像であり、 ^{[引用が必要]}これらの原色のうちの 1 つだけで構成されています。たとえば、標準的なデジタルカメラからの画像には、赤、緑、青のチャネルがあります。グレースケール画像には、チャネルが 1 つだけあります。

地理情報システムでは、チャネルはラスターバンドと呼ばれることが多い。^[1]これに密接に関連するもう1つの概念は、畳み込みニューラルネットワークで使用される特徴マップである。

デジタルの世界では、画像を構成する従来の原色はいくつでも使用できます。この場合、チャネルは、そのような従来の原色に基づいたグレースケール画像に拡張されます。拡張により、チャネルは元の画像と同じ次元で元の画像に関連付けられた任意のグレースケール画像になります^{[引用が必要]}。

チャネルは、画像の特定のコンポーネントを指すために使用される慣用的な用語です。実際には、どの画像形式でも、内部的に任意のアルゴリズムを使用して画像を保存できます。たとえば、GIF画像は、実際にはインデックス番号によって各ピクセルの色を参照します。インデックス番号は、3 つの色コンポーネントが格納されているテーブルを参照します。ただし、特定の形式で画像がどのように保存されるかに関係なく、最終的なカラー画像をレンダリングできる限り、個別のカラー チャネルを常に決定できます。

マルチスペクトルおよびハイパースペクトルイメージングでは、チャネルの概念は可視スペクトルを超えて拡張されます。そのコンテキストでは、各チャネルは波長の範囲に対応し、分光情報を含んでいます。チャネルには複数の幅と範囲を設定できます。

3 つの主要なチャネル タイプ (またはカラー モデル) が存在し、それぞれ長所と短所があります。

RGB 画像には、赤、緑、青の 3 つのチャネルがあります。RGB チャネルは、人間の目の色受容体にほぼ従っており、コンピューターのディスプレイや画像スキャナーで使用されます。

RGB 画像が 24 ビット (2005 年時点の業界標準) の場合、各チャネルには赤、緑、青の 8 ビットが含まれます。つまり、画像は 3 つの画像 (各チャネルに 1 つ) で構成され、各画像には 0 から 255 までの従来の輝度強度を持つ個別のピクセルを格納できます。RGB 画像が 48 ビット (非常に高い色深度) の場合、各チャネルにはピクセルあたり 16 ビットの色が含まれます。つまり、ピクセルあたりそれぞれ 16 ビットの赤、緑、青が含まれます。

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  24ビットRGB画像
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  赤チャンネルはグレースケールで表示されます
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  緑チャンネルはグレースケールで表示されます
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  青チャンネルはグレースケールで表示されます

灰色の木々がすべてのチャンネルで同様の明るさになっていること、赤いドレスが他の 2 つのチャンネルよりも赤チャンネルではるかに明るくなっていること、そして画像の緑の部分が緑チャンネルではるかに明るく表示されていることに注目してください。

YUV画像は、放送で生まれた RGB 色空間のアフィン変換です。Y チャネルは知覚される強度とほぼ相関し、U チャネルと V チャネルは色情報を提供します。

CMYK画像には、シアン、マゼンタ、イエロー、キー (黒) の 4 つのチャネルがあります。CMYK は、減法混色を使用する印刷の標準です。

32 ビット CMYK 画像 (2005 年時点の業界標準) は、シアン、マゼンタ、イエロー、およびキー カラー (通常は黒) の 4 つの 8 ビット チャネルで構成されています。CMYK は通常デバイスに依存しますが、RGB はデバイスに依存しないストレージの一般的な標準であるため、CMYK 画像の 64 ビット ストレージ (チャネルあたり 16 ビット) は一般的ではありません。

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  32ビットCMYK画像の例
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  シアンチャンネル
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  マゼンタチャンネル
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  イエローチャンネル
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  キー（黒）チャンネル

HSV（色相 彩度 値）は、RGB と同様に 3 つのチャネルに色情報を格納しますが、1 つのチャネルは明るさ（値）専用で、他の 2 つは色情報を伝達します。値チャネルは、CMYK 黒チャネルまたはその負の に似ていますが、まったく同じではありません。

HSV は、色情報の損失が人間の目にはあまり目立たない 非可逆 ビデオ圧縮で特に役立ちます。

アルファチャネルには透明度情報が保存されます。値が高いほど、ピクセルの不透明度が高くなります。物理的なオブジェクトは確かに透明度を持つことができますが、透明度を測定できるカメラやスキャナはありません。しかし、アルファ チャネルはデジタル画像を合成するのに非常に役立ちます。

ブルースクリーン技術では、原色の背景の前で俳優を撮影し、その色を透明に設定して背景と合成します。

GIFおよびPNG画像形式は、World Wide Web上のアルファ チャネルを使用してWeb ページ上の画像を結合し、不均一な背景でも任意の形状で表示されるようにします。

3D コンピュータ グラフィックスでは、マテリアルのレンダリングに対する追加の制御 (鏡面反射率の制御など) に複数のチャネルが使用されます。

画像をデジタル化する際に、カラー チャネルは数値に変換されます。画像には数千のピクセルが含まれており、各ピクセルには複数のチャネルがあるため、チャネルは通常、可能な限り少ないビット数でエンコードされます。一般的な値は、チャネルあたり 8 ビットまたはチャネルあたり 16 ビットです。インデックス カラーは、チャネルをすべて効果的に取り除き、たとえば 3 つのチャネルを 8 ビット ( GIF ) または 16 ビットにします。

脳は必ずしも各チャネルの区別を他のチャネルと同じ程度に認識するわけではないため、各チャネルに割り当てられるビット数を変えることで、より最適なストレージを実現できる可能性があります。特に、RGB 画像の場合、青チャネルを最大に圧縮し、赤チャネルを最小に圧縮すると、各チャネルに等しいスペースを割り当てるよりも効果的です。^{[引用が必要]}

他の技術の中でも、非可逆ビデオ圧縮では、クロマサブサンプリングを使用して、すべての明るさ情報 ( HSVの値)を保持しながら、カラーチャネル (色相と彩度) のビット深度を減らします。

16 ビットHiColor は、赤と青を 5 ビットで保存し、緑を 6 ビットで保存します。