ラスタースキャン

ラスタースキャンとは



ラスタースキャンは、2次元の画像を効率的に処理するための基本的な手法です。この技術は、画像を点の集合として捉え、それらを規則的なパターンでスキャンすることで、デジタルデータとして扱えるようにします。具体的には、画像をまず水平方向に走査(スキャン)して線(走査線)を作り、次にその線を垂直方向にスキャンすることで、2次元の面全体をカバーします。このプロセスにより、画像は点の集合として表現され、デジタル機器での処理や表示が可能になります。

ラスタースキャンの仕組み



ラスタースキャンでは、入力(読み取り)と出力(表示)のプロセスがあります。

入力: 画像走査線に沿って読み取られ、デジタル機器では標本化されて、ピクセル(画素)と呼ばれる点の情報に分解されます。この情報は配列に格納されます。
出力: 格納されたピクセル情報は、同じ順序で点として戻され、走査線が表示されます。各走査線の終わりに達すると、次の走査線に移ります。このプロセスを繰り返すことで、1枚の画像が入力、転送、保存、そして表示されます。

ラスタースキャンの応用例



ラスタースキャンは、様々な分野で広く活用されています。

テレビ: 映像の撮像と表示において、ラスタースキャンは不可欠な技術です。ビデオカメラで捉えた映像を電気信号に変換し、テレビ受像機でその信号をもとに画像を再現します。
プリンター: インクジェット[[プリンター]]などの印刷装置では、ヘッドを左右に動かしながら、ラスタースキャンによってインクを噴射し、紙面に画像を印刷します。
スキャナ: イメージスキャナでは、一列に並んだセンサーで画像を読み取り、ラスタースキャンによってデジタルデータに変換します。
顕微鏡: SEM(走査型電子顕微鏡)やSPM(走査型プローブ顕微鏡)などの走査型顕微鏡も、ラスタースキャンを利用して試料の表面を観察します。

ラスタースキャンの種類



ラスタースキャンには、大きく分けて以下の2つの方式があります。

プログレッシブスキャン: 全ての走査線を順番に処理する方式です。画像のちらつきが少なく、高画質が得られます。
インターレーススキャン: 1枚のフレームを、偶数番目の走査線と奇数番目の走査線に分けてスキャンする方式です。フレームレートを上げずにリフレッシュレートを上げることができますが、動きの速い映像ではちらつきが発生する場合があります。

ラスタースキャンの歴史



ラスタースキャンの概念は、19世紀後半から存在していました。

1884年: ポール・ニプコーがニプコー円板を使った機械式テレビジョンの特許を取得。この時すでにラスタースキャンの概念が含まれていました。
1897年: 網点印刷による画像印刷技術が登場し、スクリーン(ラスター)が使用されました。
1906年: Max Dieckmann と Gustav Glage がブラウン管上にラスター画像を映し出すことに成功しました。
1930年代: テレビ走査パターンを指して「ラスター」という用語が使われるようになりました。

ラスタースキャンの数学的理論



ラスタースキャンの数学的理論は、1934年にベル研究所の Mertz と Gray によってフーリエ変換を用いて詳しく研究されました。これにより、ラスタースキャンの仕組みがより深く理解されるようになりました。

ラスタースキャンと関連する用語



ラスタースキャンを理解する上で、以下の用語も重要です。

ベクタースキャン: 線や図形を直接描画する方式です。ラスタースキャンとは対照的な方式です。
ピクセル: 画像を構成する最小単位の点です。ラスタースキャンによって得られた画像ピクセルの集合として表現されます。
ビットマップ[[画像]]: ピクセルデータで構成される画像形式です。ラスタースキャンによって得られた画像ビットマップ[[画像]]として保存されます。
ラスタライズ: ベクター画像ビットマップ[[画像]]に変換する処理です。
解像度: 画像の精細度を表す指標です。ラスタースキャンの解像度が高いほど、より精細な画像が得られます。
画面[[解像度]]: ディスプレイに表示される画像解像度です。

まとめ



ラスタースキャンは、現代の映像技術や画像処理技術において、欠かすことのできない基本的な技術です。テレビプリンター、スキャナなど、私たちの身の回りの様々な機器で利用されており、デジタル画像の基礎を支えています。この技術を理解することは、現代の情報技術を理解する上で重要な一歩となるでしょう。

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