デジタル情報の処理と認識 (2012a) 第８回 デジタル画像

1

画像の仕組み 画像とヒストグラム 画像の加工

08回 デジタル画像

画像の仕組み

デジタル情報の処理と認識 (2012a) 第８回 デジタル画像

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デジタル画像

カラー画像(Color Image)

グレースケール画像(Grayscale Image)

白から黒に至る中間色（濃度の異なる灰色）

RGBカラーモデル

＋ ＋=

■■■■■■■■■■

（加法混色）

画素とは色情報を持つ最小要素 デジタル画像は２次元に配列された画素からなる

画素（Pixel;ピクセル）

画素

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画素値 (Pixel Value)

画素値

• 暗い画素 ■ ⇒ 低い画素値• 明るい画素■ ⇒ 高い画素値

グレースケール(256階調）

256階調では0〜255の数値

• 階調(Gradation)：明るさの濃淡の段階数

ビット (Bit) コンピュータの情報の最小単位 0か1の２通りの情報を表現（２進数の一桁）

10

1ビット

0 00 11 01 1

0000

0 00 11 01 1

1111

3ビット

0

76543210 0

0 11 01 1

2ビット

0

321

01

ｎビットで 個の情報

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4

ビット数 1 2 4 8 16 24 322 2 2 2 2 2 2 2数 2 4 16 256 65,536 16,777,216 4,294,967,296

画素値と階調 画素１つに割り当てる情報量により階調数が変化

1600万以上6万以上 42億以上

２１ ２８２８ ２８２８

＋ ＋

画像とヒストグラム

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ヒストグラム (度数分布図; Histogram) 画像の特徴や性質を見るために便利なグラフ 横軸が画素値、縦軸が画素値の頻度 画像に対する画素値の分布を示す

ヒストグラムデジタルカメラ

画像とヒストグラム

画素値

頻度

高

低高低

画像 ヒストグラム

• ５×５（２５画素）• ４階調

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ヒストグラムと統計値

最小値３

最大値240

平均値108

中間値88

• 最大値(Maximum)： 画像中の最大となる画素値• 最小値(Minimum)： 画像中の最小となる画素値• 平均値(Mean)： 画像中の画素値合計を画素数で割った値• 中間値(Median)： 画素値を昇順あるいは降順に並べて中央

にくる画素値。中央値ともよばれる

2550

グレースケール256階調

カラー画像のヒストグラム

R(赤)

G(緑)

B(青)

Σ

• 600×450• カラー• 24ビット（8ビット×３）

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画像の加⼯

暗い画像（画素値－60）

明るい画像（画素値＋60）

画素値の変更による画像変化

原画像• グレースケール• 256階調

255 255 2550 0 0

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コントラスト(Contrast)画像の画素値の分布の広がりを表す値

C

＝197 63197 63

134260 0.52

グレースケール256階調

• は画像中で最大の画素値• は画像中で最小の画素値

197630 255

※ Michelson Contrast

コントラスト値の計算

255 0255 0

255255 1.00

197 63197 63

134260 0.52

低いコントラスト値 高いコントラスト値

0 0 25525563 197

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コントラストの違い（カラー）

低コントラスト画像 高コントラスト画像原画像

一般的にコントラストが高いと、明暗の差が大きくなり、画像がより鮮明になる

画像の反転 (Image Inversion)明るい画素は暗い画素に、 ■→■暗い画素は明るい画素に変換 ■→■

• は最大となる階調の画素値• は最小となる階調の画素値• は入力画素値• は出力画素値

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画像反転の計算例

＝ 61

• 256階調の画像• 画素値：０〜255

反転後の画像

反転

画像の反転の例

ポジ画像（Positive Image）

ネガ画像（Negative Image）

ヒストグラムの形が鏡に映ったように反転

反転

2552550 0

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カラー画像の反転• 赤色(Red) → シアン(Cyan)• 緑色(Green)→ マジェンタ(Magenta)• 青色(Blue) → 黄色(Yellow)

■RGB=(255,0,0) → ■RGB=(0,255,255)■RGB=(0,255,0) → ■RGB=(255,0,255)■RGB=(0,0,255) → ■RGB=(255,255,0)※各チャンネル８ビットの256階調加法混色

(Additive Color Mixing)

カラー画像の反転の例

反転

R(赤)

G(緑)B(青)

Σ

R(赤)

G(緑)B(青)

Σ0 255

• カラー• 24ビット（8ビット×３）

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ポスタリゼーション (Posterization)画像の階調を少ない数に変更する処理

４階調(0,63,127,255)

256階調255255 00

画像の粗階調化

ポスタリゼーションの例

• グレースケール• 256階調の画像

原画像 ４階調２階調 ８階調(0,36,72,109,145,182,218,255)

(0,63,127,255)(0,255)

2550

２値画像(Binary Image)

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トーンカーブ（Tone Curve）

入力画素値

出力画素値

トーンカーブ

入力画像の画素値と出力画像の画素値の対応付けを行う関数

入力画像 出力画像

画像とトーンカーブ 例１

原画像 明るい画像 暗い画像入力画素値

出力画素値

入力画素値 入力画素値

出力画素値

出力画素値

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画像とトーンカーブ 例２

原画像 高コントラスト画像 反転画像

S字カーブ

出力画素値

入力画素値

画像とトーンカーブ 例３

原画像 RGB独立/高コントラスト画像

RGBの３つのカーブ出力画素値

入力画素値

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まとめ （08回 デジタル画像） 画像の仕組み

• グレースケール画像・カラー画像• 画素・画素値• 階調・ビット数

画像の加工• コントラスト• 反転• ポスタリゼーション• トーンカーブ

画像とヒストグラム• ヒストグラム、頻度、画素値• ヒストグラムと統計値