画像データの取り扱い

コンピュータ上での色の表現

画像を扱う前にその構成要素である「色」をどう表現するかを決める。

グレースケールであれば単純に明るさの指標一つあればよく、 階調の取り方は様々あるかもしれないが、おそらく他の方法は余り考える必要はないだろう。

これが色となると表現する方法は様々ある。 そこら辺に興味が有る場合、「色空間」などで検索をかけると良いだろう、 Wikipediaにも様々な表現方法が説明されている。 とはいえ、様々あるにはあるが現在のコンピュータ上で扱う場合は、 ほぼRGB、つまり、赤、緑、青の光の三原色各色の明るさで表現する方法が取られている。 ここでも同様にRGBの情報が表現できるデータ形式を採用しようと思う。

では、RGB各色の階調をどのように表現するか、であるが、 これも多くの場合、各色8bit、つまり256段階で表現する方法が一般的だ。 0～255の範囲で数字が大きいほうが明るい。 もちろん、よりなめらかな階調表現を可能にするため、 各色の階調に更に多くのビット数を割り当てた方式や、 浮動小数点数を使う方式もあるにはあるが、 広く使われているのは256階調である。 例えば、HTML/CSSにて色指定をする場合は、#ff0000といった16進数で24bitを使うのが普通である。

実例で言うと、以下のように色を表現する。

このRGB各色8bitのデータをC言語上で表現すると考えると、以下の様な構造体で表現するのが良いように思える。

typedef struct color_t {
  uint8_t r; /**< Red */
  uint8_t g; /**< Green */
  uint8_t b; /**< Blue */
} color_t;

ここで、uint8_tはstdint.hで定義されている符号なし8bit整数である。 実体は多くの場合unsigned charだが、char型のビット数は言語仕様上定義されていないため、 厳密にビット数を明確化したい場合はこのような定義を利用する。 他に16bitのuint16_tや、32bitのuint32_t、 また、符号付きのint8_tint16_tint32_tといったものが利用できる。

C言語で定義されている整数型である、 char、short、int、longのデータ幅は char≦short≦int≦longという大小関係にあるということしか保証されていない、 通常はありえないが、全部が同じビット幅でも言語仕様上は間違いではない。 またchar型は、符号の有無も処理系依存であるため、 charは、signed charともunsigned charとも同一の型として扱えない。

画像の1ピクセルの表現

色の表現の仕方が決まったところで、次に画像1ピクセルの表現方法を考える。

最終的な色という意味ではRGB三原色で良いのだが、 画像を構成する1ピクセルの色の表現方法となるともうひとつの要素を扱う場合がある。 それは、アルファ値と呼ばれるもので、透過度を表すパラメータだ。 複数の画像を重ねて表示する際に使用されて、この透過度を加味して、最終的な画像を合成することになる。

アルファ値の表現方法は他のRGBに比べて、一般にはこう表現するというデファクトスタンダードな方法があまり明確ではない。 RGBと同様に0～255の8bitで表現されたとしても、 0が完全な透明とするものもあれば、完全な不透明とするものもあったりする。 「アルファ値」という場合は、一般に値が大きいほうが不透明だが、 同様の概念で「透明度」とするか「不透明度」とするかで分かれている。 また、RGBは8bitで表現しても、アルファ値は0.0～1.0の浮動小数点数で表現するものもある。

ここでは比較的多く採用されているだろう方法で表現することにする。 RGBの各チャンネルと同じく、8bitで、0を完全な透明、255を完全な不透明とする表現方法である。 このパラメータを追加して、以下の構造体でひとつの色を表現する。 こうすると、ひとつの色を4byte=32bitで表現するという事になり、切りが良い。 アルファチャンネルを含めたRGB色表現を、ARGBとかRGBAとかと表現する。

typedef struct color_t {
  uint8_t r; /**< Red */
  uint8_t g; /**< Green */
  uint8_t b; /**< Blue */
  uint8_t a; /**< Alpha */
} color_t;

typedef union pixcel_t {
  color_t c; /**< RGBA */
  uint8_t i; /**< カラーインデックス */
} pixcel_t;

typedef union pixcel_t {
  color_t c; /**< RGBA */
  uint8_t g; /**< グレースケール */
  uint8_t i; /**< カラーインデックス */
} pixcel_t;