画像データの形式

画像データ

2次元
並べ方
矩形領域起点左上（数学のグラフでは左下）
左から右 -> 上から下（領域は有限）

幅N 高さM の画像

      0,         1, ...   N-1,
      N,       N+1, ... 2*N-1,
    2*N,     2*N+1, ... 3*N-1,
...
(M-1)*N, (M-1)*N+1, ... M*N-1

画像の点 ... pixel （画素）

pixel に入るのは

True/False あり/なし 1/0 白/黒 ... 1bit
0:max ... max は 255 が多い (8bit)
RGB 赤緑青３原色それぞれ 0:max (24bit)
color palette ... max 256 colors

PBM/PGM/PPM

Portable {Bit/Gray/Pix}Map ... 可搬性
形式
- マジックナンバー
- P1 ... bitmap (ASCII)
- P2 ... graymap (ASCII)
- P3 ... pixmap (ASCII) カラー
- P4 ... bitmap (Binary)
- P5 ... graymap (Binary)
- P6 ... pixmap (Binary) カラー

PBM/PGM/PPM

形式(続き)
- # で始まるコメント(optional)
- 幅高さ (ASCII)
- 最大値 (gray,pix) (ASCII)
- (ここまでのヘッダの区切りは改行/空白/タブ)
- データ (ASCII or Binary)
Netpbm マニュアル

PBM (ASCII) の例

P1
# feep.pbm
24 7
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0
0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0
0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0
0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

feep.pbm

ただし、10倍に拡大

PGM (ASCII) の例

P2
# feep.pgm
24 7
15
0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
0  3  3  3  3  0  0  7  7  7  7  0  0 11 11 11 11  0  0 15 15 15 15  0
0  3  0  0  0  0  0  7  0  0  0  0  0 11  0  0  0  0  0 15  0  0 15  0
0  3  3  3  0  0  0  7  7  7  0  0  0 11 11 11  0  0  0 15 15 15 15  0
0  3  0  0  0  0  0  7  0  0  0  0  0 11  0  0  0  0  0 15  0  0  0  0
0  3  0  0  0  0  0  7  7  7  7  0  0 11 11 11 11  0  0 15  0  0  0  0
0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0

feep.pgm

ただし、10倍に拡大

PPM (ASCII) の例

P3
# feep.ppm
4 4
15
 0  0  0    0  0  0    0  0  0   15  0 15
 0  0  0    0 15  7    0  0  0    0  0  0
 0  0  0    0  0  0    0 15  7    0  0  0
15  0 15    0  0  0    0  0  0    0  0  0

feep.ppm

ただし、20倍に拡大

PBM (Binary)

$ hexdump feepb.pbm
0000000 5034 0a32 3420 370a 0000 0079 e79e 4104
0000010 1271 c71e 4104 1041 e790 0000 0000

$ od -c feepb.pbm
0000000    P   4  \n   2   4       7  \n  \0  \0  \0   y 347 236   A 004
0000020  022   q 307 036   A 004 020   A 347 220  \0  \0  \0

PGM (Binary)

$ hexdump feepb.pgm
0000000 5035 0a32 3420 370a 3235 350a 0000 0000
0000010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0000020 0000 0000 0033 3333 3300 0077 7777 7700
0000030 00bb bbbb bb00 00ff ffff ff00 0033 0000
0000040 0000 0077 0000 0000 00bb 0000 0000 00ff
0000050 0000 ff00 0033 3333 0000 0077 7777 0000
0000060 00bb bbbb 0000 00ff ffff ff00 0033 0000
0000070 0000 0077 0000 0000 00bb 0000 0000 00ff
0000080 0000 0000 0033 0000 0000 0077 7777 7700
0000090 00bb bbbb bb00 00ff 0000 0000 0000 0000
00000a0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

PPM (Binary)

$ hexdump feepb.ppm
0000000 5036 0a34 2034 0a32 3535 0a00 0000 0000
0000010 0000 0000 ff00 ff00 0000 00ff 7700 0000
0000020 0000 0000 0000 0000 0000 ff77 0000 00ff
0000030 00ff 0000 0000 0000 0000 0000

PGM ファイルを作る例題

画像の左上を原点として、右方向に x 下方向に y をとる

画素の値 p = 16 * y + x となるように 16 x 16 の画像を作る

#!/usr/bin/env python
# ex01.py ... make 16x16 gray scale image
f = open('ex01.pgm', 'w')
print >> f, 'P2'
print >> f, '16 16'

print >> f, '255'
for y in range(16):
    for x in range(16):
        print >> f, 16*y + x ,
    print >> f
f.close()

結果

(ただし、10倍)

圧縮画像形式

PxM (pnm) 形式画像は、計算（処理）のためには便利
冗長
圧縮によりファイルサイズを小さくする
可逆圧縮（損失無し）
非可逆圧縮（損失あり）

可逆圧縮

イラストなど図形画像(Graphics) 向き
color palette 使用が多い
- 色数を減らすので損失無しとは言えない
GIF (Graphics Interchange Fotmat)
- 特許問題
PNG (Portable Network Graphics)

非可逆圧縮

自然画像（写真）と人間の認識レベルの特徴を利用
高周波部分（ごちゃごちゃ）はごまかせる
JPEG (Joint Photographic Experts Group)
フラクタル圧縮 ... 特許問題があって一般的でない

GIF

$ file feepb.gif
feepb.gif: GIF image data, version 87a, 24 x 7
$ hexdump feepb.gif
0000000 4749 4638 3761 1800 0700 8000 0000 0000
0000010 ffff ff2c 0000 0000 1800 0700 0002 1c8c
0000020 8fa9 080d e65e 88d0 c124 4fbe b366 eb69
0000030 e0d6 31d8 c98c e3c2 b648 0100 3b00

GIF87a (GIF89a) で始まる
規格

PNG

$ file feepb.png
feepb.png: PNG image data, 24 x 7, 1-bit grayscale, non-interlaced
$ hexdump feepb.png
0000000 8950 4e47 0d0a 1a0a 0000 000d 4948 4452
0000010 0000 0018 0000 0007 0100 0000 003a 8cb0
0000020 1b00 0000 2249 4441 5408 9963 f8ff ff3f
0000030 439b 4422 c3be df6f 19fa 2c1e 02e9 f70c
0000040 fb24 f219 80e2 00d2 6f0f 346f 79ad cd00
0000050 0000 0049 454e 44ae 4260 8200

"\x89PNG\r\n\x1a\n" で始まる
規格

Web page に表示した例

例
GIF (透明) vs PNG (半透明)
ただし、Internet Explorer 6 では半透明PNG 表示はできない

JPEG

JFIF (JPEG File Interchage Format)

$ file feepb.jpg
feepb.jpg: JPEG image data, JFIF standard 1.01
$ hexdump feepb.jpg | head -2
0000000 ffd8 ffe0 0010 4a46 4946 0001 0100 0001
0000010 0001 0000 ffdb 0043 0008 0606 0706 0508

規格

Web page に表示

例
GIF 12568 byte vs JPEG 3821 byte
GIF は空の色調に段ができる
JPEG はエッジがにじむ

その他の画像形式

BMP (Windows)
TIFF (Fax)

本日の問題

次のファイル内容で表される画像はどれか
```
P2
2 2
3
0 1 2 3
```
A B C

正解は

これを印刷