弊社ではデジタル複合機やデジタルカメラなどデジタル画像を取り扱う機器の請負開発もさせて頂いております。
そこでデジタル画像関連の技術を紹介していこうと思います。
はじめに
コンピュータが画像を扱うとき、内部では「色の数値」「ピクセルの集合体」「物理的な寸法」という3つの概念がリンクしています。
これらがメモリ上でどう展開されるのかを説明します。
色の展開：メモリ上のデータ構造
画像の色はメモリ上で「1ピクセルあたり何ビット使うか（ビット深度）」によって定義されます。
- RGB (加法混色): 主にディスプレイ用。
通常はRGB888（各8bit、計24bit）や、透過情報(αブレンド)を含むRGBA8888（計32bit）で展開されます。
| メモリAddress | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|
| 色要素 | R | G | B |
RGBは1ピクセルあたり3byte
| メモリAddress | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| 色要素 | R | G | B | A |
RGBAは1ピクセルあたり4byte
- CMYK (減法混色): 主に印刷用。
C/M/Y/Kの4チャンネルを保持するため、RGBよりもメモリ消費が約1.3倍多くなります。
（1色8bit×CMYK=32bit）
| メモリAddress | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| 色要素 | C | M | Y | K |
CMYKは1ピクセルあたり4byte使用
| メモリAddress | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 色要素 | C | M | Y | K | A |
CMYKAは1ピクセルあたり5byte使用
- HDR (高精彩): 2026年現在、1ピクセルあたり10bitや16bitを割り当てる形式が増えており、表現できる色の範囲（色域）が劇的に広がっています。
ピクセル：メモリ上の画像のサイズ
ピクセル（Pixel）とは、デジタル画像を構成する最小単位である「色のついた小さな点（四角形）」のことです。
日本語では「画素」とも呼ばれます。
画像はこのピクセルが幅(横)と高さ(縦)に並んで表現されます（メモリ配置的には一列に並ぶことが多いですが論理的には下図の配置になります）。
画像のメモリ容量
メモリ容量 = (幅×高さ) × (1ピクセルあたりのバイト数)
- フルHD (1920x1080) / RGBAの場合
RGBA(4byte) × 1920 × 1080 = 約8.3MB
- フルHD (1920x1080) / CMYKAの場合
CMYKA(5byte) × 1920 × 1080 = 約10.4MB
解像度(px)と物理サイズ(cm)を繋ぐ「密度」
デジタルデータとしての「ピクセル数」を、現実世界の「サイズ（cm/inch）」に変換するために必要なのが密度（dpi/ppi）という指標です。
-
dpi(Dots Per Inch): 1インチの中にいくつピクセルを並べるか。
- 72～96 dpi: 旧来のWebページ用。
- 300～400 dpi: 印刷物や、最新スマートフォンのディスプレイ。
- 600dpi: 高精細の印刷物やデジタル写真。
- 600dpi以上: 超高精度な印刷物やデジタル写真（商業利用が多い）。
-
ピクセル数から実寸サイズを求める
インチ = ピクセル ÷ dpi cm = インチ × 2.54
- 同じピクセル数でもdpiによって実寸サイズが変わる
例えば、1000px × 1000px の画像があるとします。- 100 dpiで表示: 10インチ（約25.4cm）の大きさ。
- 200 dpiで表示: 5インチ（約12.7cm）の大きさ。
このように、密度（解像度設定）によって、実物の画像サイズは変化します。
複数の画像の合成：αブレンド
複数の画像を重ねる際、メモリ上ではαブレンドという演算が行われます。
前景のアルファ値（透明度）に基づいて、背景色と前景色のビット値を加重平均します。
- アルファ値（α）の範囲: 0.0（完全に透明）～ 1.0（完全に不透明）
- 合成のイメージ: 背景画像の上に、少し透けた前面画像を置く
合成後の色 = (前面の色 × α) + (背景の色 × (1 - α))
以上の工程を経て、最終的にディスプレイに表示したり印刷する1枚のデジタル画像がメモリに展開されます。
デジタル画像は「色」×「ピクセル」×「密度」の掛け算で成り立っています。
この仕組みを理解することで、より高品質で効率的な開発ができます。
例えば、高解像度ディスプレイを利用するなら通常の2倍以上のdpiを想定する。
高dpiすぎる画像はメモリを圧迫したりレンダリング速度も低下する。
などを上流設計で抑えておけば下流工程での重大な問題発生を抑制できます。
