あおろぐ

絶対に必要なものはない。あるのは『あったらいいな』という想い。

画像についての基礎知識を学んでみた2

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前回に引き続き、画像について調べたことをまとめていきます。

 

前回は「画像、画素、解像度」についてまとめました。

今回は、「色」について調べてみました。

 

なお、知識ほぼゼロの初心者の調べなので、簡単にしか触れられていませんし、間違いもあったりすると思います。補足や訂正がありましたらぜひお願いします。

 

 

 

『色』と『情報』

画像を作る画素の一つ一つには「色」や「明るさ」といった情報が与えられています。その情報はデジタルの情報として数値で表現されます。多くの場合、その数値は「1バイト」で表されるそうですが、はて、「バイト」とは何でしょうか?

 

バイトとは、情報の量を表す単位です。

デジタルの上でのさまざまな表現は「情報」で成り立っています。情報とは「何通りかの状態のうちひとつを指定するもの」だそうです。例えばオセロの勝敗は、「白の勝ちか、黒の勝ちか」という2通りの状態のうちのひとつですね。白が勝った時には、「勝ったのは白である」ということが情報になります。

オセロの例のように、「2つの状態のうちのひとつ」を表す情報の量をビットという単位で表します。「2つの状態のうちのひとつ」という情報1つで1ビットです。そして8ビットのことを1バイトと呼びます。

 

さて、例えば状態が4パターンある場合を考えてみます。これも「2つの状態のうちのひとつ」の組み合わせで表現ができます。

ある4兄弟の男がいたとします。その男が「長男、次男、三男、四男」のいずれかであるという、4つの状態のうちひとつを指定する場合で考えてみます。

 

  1. 「長男または次男」か「三男または四男」のどちらであるか
  2. 上で絞り込まれたうち、「年上」なのか「年下」なのか

 

という「2つの状態のうちのひとつ」が2つあることで4つの状態を表すことができます。

 

1については、「長男または次男」ですか?

2については、「年上」ですか?

 

というように問われるものだとします。

 

1でyesであり、2でyesだった場合は「長男」であることになります。

1でnoであり、2でyesだった場合は「三男」であることになります。

 

先ほどは「2つの状態のうちのひとつ」という情報1つで1ビットというように言いましたが、それはyesかnoかで表現可能な情報というようにも言い換えることができますね。

4兄弟の例のように「2つの状態のうちのひとつ」を2つ組み合わせた場合は、2ビットの情報量を持っているということになります。

 

1ビットで2つの状態のうちのひとつを表します。

2ビットで4つ

3ビットで8つ

4ビットで16つ・・・

 

というように、2のn乗でビットが大きくなる毎に表せる状態の数が増えます。そして、8ビットになると256個の状態を表せるようになります。

 

 

 

色の表現数

かなり遠回りをしましたが、ここでバイトの話に戻ります。

最初にバイトは情報の量を表す単位と言いました。ビットも情報の量を表す単位です。この二つの関係は単位の親子のようなもので、8ビットのことを1バイトと呼びます。

 

色は1バイトで表されるということですが、それはつまり256個の数値で256個の色の情報を扱いますよ、ということなのです。色に0から255の数値を当てはめるとします。モノクロの場合、0が黒で、255が白だとして、その間に254通りのグレーがあるということです。これがカラーになると、色の三原色である赤、青、緑にそれぞれ色情報が与えられます。それぞれの色の明暗や、混ぜた時にできる色によって、たくさんの色を表現します。

 

8ビットカラー・・・256色で表現できる(2の8乗)

16ビットカラー・・・65,535色で表現できる(2の16乗、ハイカラーと呼ぶ)

24ビットカラー・・・約1,677万色で表現できる(2の24乗、トゥルーカラーと呼ぶ)

 

これらはPCの色の設定などで見た覚えがある方もいるかと思います。これまで僕はそれらが何のことなのかわからず、たぶん数字が大きい方が鮮やかなんだろうな、としか思ってませんでした。8ビット区切りでこれだけ色の表現数が変わるなんて知りませんでした。なお、24ビットカラー(トゥルーカラー)で人間の目で区別できる色数の限界と言われています。それを表現する技術もすごいけど、人間が1600万以上の色を区別できるというその能力に驚きました。

 

 

 

中間まとめ

画像は、それを作る画素ひとつひとつに色の情報が入ることで、色鮮やかな画像になります。1,800万画素の画像であれば、そのひとつひとつに1,677万色のうちからひとつの色を指定して表現させています(トゥルーカラーの場合)。ものすごい量の情報が詰まっているということがわかりました。

 

あたりまえのようにPCやスマホを使っていて、ちょっと動きが遅いと感じるとイラっとしてしまいますが、画像に限らずあらゆる動作の中で膨大な情報量を処理しているのだと思うと、これらのデバイスは本当に魔法の箱だなと思いますね。

 

そして、まさか「色」ひとつでここまでのボリュームになるとは思っていなかった(本当に無知なのです)ので今回はここで区切ります。次回こそ「画質、撮像素子」についてまとめたいと思います。