デジタル画像

デジタル画像は、ピクセルとも呼ばれる画素で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によって入力される2 次元関数からの出力です。 ^[1]画像解像度が固定されているかどうかによって、画像はベクター タイプまたはラスタータイプになります。単独で「デジタル画像」という用語を使用する場合、通常は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。^[要出典]

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のセットがあります。デジタル画像には、固定数のピクセルの行と列が含まれます。ピクセルは画像内の最小の個別要素であり、特定のポイント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ます。

通常、ピクセルはラスター イメージまたはラスター マップ (小さな整数の 2 次元配列) としてコンピューターのメモリに保存されます。これらの値は、圧縮された形式で送信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、さまざま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 次元幾何学モデルなどの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。

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画像に接します。

一部のデジタルカメラでは、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処理ガイドライン（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を使用すると、写真家と処理エージェントは出力を最大レベルで制御および正確に保つことができます。一部のカメラメーカーでは、独自の情報（企業秘密）が広く使用されているため、これらの使用が制限されていますが、 OpenRAWなどのイニシアチブにより、メーカーがこれらの記録を公開するように働きかけています。代替案としては、Adobeの独自の製品であるDigital Negative（DNG）が考えられます。これは、「デジタルカメラのRAWデータ用の公開アーカイブフォーマット」と説明されています。 ^[2]このフォーマットはまだ広く受け入れられていませんが、製品に対する支持は高まっており、評判の良い組織で働くプロのアーキビストや自然保護活動家が、アーカイブ目的でDNGをさまざまな形で提案または推奨しています。^{[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]}

ベクトル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、つまり長さと方向の両方で構成されます。

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。一部のブラウザは、標準のW3C形式であるSVG形式を表示できます。インターネットがまだ低速だった昔は、メイン画像に置き換えられる前に (予備的な印象を与えるため)、Web サイトに読み込まれて表示される「プレビュー」画像を提供することが一般的でした。現在では、インターネットは十分に高速であり、このプレビュー画像はほとんど使用されません。

科学画像の中には非常に大きいものもあります（例えば、天の川の46ギガピクセルの画像は、サイズが約194GBです）。^{[11]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通じ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。

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より数十年も先行していた。スキャンされ、保存され、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）に表示された。^[12]デジタル画像の進歩は、宇宙計画や医療研究の発展と並行して、1960年代初頭まで続いた。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、デジタル画像を使用して、衛星画像、有線写真の標準変換、医療用画像処理、テレビ電話技術、文字認識、写真の強化が進んだ。^[13]

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線を使用して3次元物体の「スライス」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、医療診断にとっ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り考古学的遺物の強化と修復が可能になり、核医学、天文学、法執行、防衛、産業などさまざまな分野で使用され始めました。^[14]

マイクロプロセッサ技術の進歩により、さまざまな画像キャプチャデバイスで使用できる電荷結合素子（CCD）の開発と販売が可能になり、 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とテープの使用が徐々に置き換えられていった。デジタル画像キャプチャの処理に必要な計算能力により、コンピューターで生成されたデジタル画像は、フォトリアリズムに近いレベルの精細さを実現できるようになった。^[15]

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。 ^[16] MOS技術を研究しているときに、彼らは電荷が磁気バブルのアナロジーであり、小さなMOSコンデンサーに蓄えることができることに気づきました。一連のMOSコンデンサーを一列に製造するのはかなり簡単だったので、彼らは適切な電圧をそれらに接続し、電荷を1つから次のコンデンサーに段階的に移すことができました。^{[17] CCDは、後に}テレビ放送用の最初のデジタルビデオカメラで使用された半導体回路です。^[18]

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。これはピンフォトダイオード（PPD）の発明によってほぼ解決されました。 ^[19]これは1980年にNECの寺西信和、白木宏光、石原康夫によって発明されました。^{[19] [20]}これは、ラグが少なく、ノイズが少なく、量子効率が高く、暗電流が低い光検出器構造でした。^[19] 1987年には、PPDがほとんどのCCDデバイスに組み込まれ始め、民生用電子ビデオカメラ、次にデジタルスチルカメラに欠かせないものになりました。それ以来、PPDはほぼすべてのCCDセンサー、次にCMOSセンサーに使用されています。^[19]

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の進歩によって可能になり、MOSFETのスケーリングはより小さなミクロンレベル、さらにサブミクロンレベルに達しました。^{[21] [22]} NMOS APSは、1985年にオリンパスの中村勉のチームによって製造されました。 ^[23] 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・フォッサムのチームによって開発されました。[ ^19] 2007年までに、CMOSセンサーの売上はCCDセンサーを上回りました。^[24]

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・アハメドによって最初に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。 ^[25] 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。 ^[26] 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になりました。 [ ^27]

デジタル画像におけるモザイクとは、重なり合わない画像の組み合わせで、何らかのモザイク構造で配置されたものです。 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。