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: 画像は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: テレビの
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
画像は
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はビットマップ[[画像]]として保存されます。
ラスタライズ: ベクター
画像を
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
画像の
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。