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画像&音声シリーズ

動画/静止画/加工/認識/圧縮/伝送/表示/ライブラリ/評価/レンズ…

ディジタル画像技術事典200

Interface編集部 編
B5判 296ページ
定価3,888円(税込)
JAN9784789846615

2015年6月1日発行

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テレビ放送に限らず,パソコンやスマホ,車など,あらゆるところで画像,映像信号は利用されています.本書は,これらの装置を作る人だけでなく,使う人にも役立つように,ビデオ信号のなりたち,信号伝送規格あれこれ,画像処理の種類や実現方法,画像圧縮のしくみ,画質の評価方法,コネクタやケーブルの種類など,200超のテーマを解説しています.

注:本書は主にトランジスタ技術2011年7月号,Interface2013年4月号,Interface2013年7月号に掲載した記事を加筆,再編集したものです.


目次

まえがき

イントロダクション 身のまわりは画像技術であふれている!

知らないと始まらない!
第1章 色と輝度を整える
1 色表現の基本3原色
2 視覚感度を利用してデータ量を減らす!…YCbCr
3 光の強さはディジタル値で表す…階調
4 画像の輝度分布…ヒストグラム
5 ディスプレイの電圧─明るさ特性をあらかじめキャンセル!ガンマ補正
6 色データは3次元座標で表す…色空間
7 色空間の相互関係
8 事例研究…色相・明度・彩度変換の勘どころ
9 モノクロ画像に色を付ける方法
10 色-色変換
11 フルカラーを単チャネル化!グレー・スケール変換

強調/ぼかし/二値化などで見やすく
第2章 画像の前処理…フィルタ
12 演算量とデータ量を抑える基本…二値化
13 演算高速化のしくみ…ルックアップ・テーブル
14 必須の前処理…ノイズ除去フィルタ
15 フィルタ処理の高速化テクニック
16 対象の輪郭を知りたいなら…エッジ抽出フィルタ
17 フィルタ処理の落とし穴!境界処理

拡大/縮小/回転/平行移動/補間など
第3章 画像変形/画像合成
18 超基本の行列計算…アフィン変換
19 変形につきものの小数値を整数値に!補間
20 画像切り抜きのしくみ…二値化でマスク画像を作る

BMP/GIF/JPEG/PNGなど
第4章 静止画像のファイル形式あれこれ
21 画像ファイルの種類
22 基本中の基本!非圧縮BMP
23 圧縮しても画像が劣化しないPNG
24 圧縮率は高いけど画像は劣化する!JPEG
Column1 各種OSで各種画像ファイルを作成するプログラム

JPEG/TIFF/BMPなど
第5章 静止画像の圧縮技術
25 撮影直後のデータは超巨大!
26 画像フォーマットの三つの課題
27 色データを損失なしで保存する二つの方法
28 画像データ圧縮の基本5ステップ
29 符号化圧縮の具体例…ロスレス圧縮LZW法
30 ロスレス圧縮でコンパクトに!TIFFファイル
Column1 画像圧縮の基本!変換符号化…成分数を減らすことでデータ量を圧縮する
31 JPEGにみる圧縮符号化あれこれ 外村 元伸 57

H.264/MPEG-4/MPEG-2/Motion JPEGなど
第6章 動画像の圧縮技術
32 主な動画像フォーマット
33 JPEGベースの動画圧縮フォーマットMotion JPEG
34 MPEGの種類
Column1 異なる動画像フォーマット変換時の問題
35 MPEGのビット・レート
36 動画データの圧縮方法の移り変わり
37 MPEG-2の特徴
38 圧縮の際には画像データのどの部分を削るのか
39 3種類のピクチャ・タイプI/B/P
40 MPEGエンコード処理とデコード処理の流れ
41 空間領域の情報を周波数領域の情報に変換するDCT
42 高い空間周波数情報を省く量子化
43 画像の差分だけを伝送する動き補償フレーム予測
44 出現頻度の高いデータに短い符号を割り当てる可変長符号化
45 ワンセグ放送に用いられているH.264

libjpeg/SDL/Qtなど
第7章 画像処理ライブラリあれこれ
46 組み込み向けオープン・ソース・ライブラリ
47 JPEG エンコード/デコード定番ライブラリlibjpeg
48 アニメーション表示用ライブラリSDL
49 GUI作成ライブラリQt

フィルタ/画像変換/数値演算/特徴検出/機械学習など
第8章 画像処理ライブラリOpenCVの基礎知識
50 OpenCVによって提供されている処理あれこれ
51 OpenCVのライブラリ構造
52 OpenCVのライセンス
53 OpenCVによる画像取り込みと明るさ/コントラスト変更のプログラム
54 OpenCVにおける画像データの扱い

パターン・マッチング/背景差分法/特徴点追跡法など
第9章 超定番!画像処理ライブラリOpenCVを試す
55 OpenCVの入手先
56 OpenCVのインストール
57 OpenCVのアプリ作りに便利!Visual Studio
58 OpenCVのひな形プロジェクトの作成法
59 ヒストグラムによる輝度調整
60 基本の前処理…フィルタ
61 特徴点の抽出
62 線の検出
63 探し物を発見する…パターン・マッチング
64 侵入物を見つける…背景差分法
65 獲物を追跡…特徴点追跡法
66 位相限定相関法

HDMIやDVI/SDIから光まで
第10章 画像伝送のためのケーブルやコネクタ
67 テレビ向け定番ビデオ規格…HDMI
68 パソコン・モニタ向け規格…DisplayPort
69 パソコンと周辺機器をつなぐ!Thunderbolt Technology
70 フルHDもOK!パソコン・モニタ用インターフェースDVI
71 映像インターフェースの種類
72 定番アナログ映像信号…コンポジット信号
73 輝度と色をアナログで伝える…S映像信号
74 フルハイビジョン対応のアナログ信号…コンポーネント
75 ハイビジョン画像にも使える…D端子
76 パソコン用アナログ映像規格…VGA
77 HDMIコネクタ&ケーブルあれこれ
78 DisplayPortコネクタ&ケーブルあれこれ
Column1 高速伝送ではコネクタ周りの基板パターンが重要
79 産業用カメラのインターフェース
80 同軸ケーブルを使うカメラ・インターフェースCoaXPress
81 光によるカメラ・インターフェースOpt-C:Link
82 パラレル・データの接続コネクタ Dサブ25ピン
83 シリアル・ディジタル・ビデオ信号SDIのインターフェース

テレビ/パソコン/放送局…用途によってさまざま
第11章 ビデオ信号の種類
84 機器間インターフェースによる分類
85 解像度による分類
86 アナログ・コンポジット信号
87 アナログ・コンポーネント信号
88 アナログHDTV信号
89 デジタル・コンポジット信号
90 デジタル・コンポーネント信号
91 デジタルHDTV信号

サンプリング/量子化/同期など
第12章 ディジタル・ビデオ信号ができるまで
92 ステップ1…サンプリング
93 ステップ2…量子化
94 ステップ3…水平同期
95 ステップ4…垂直同期
96 ステップ5…フレーム構造

ディジタル・ビデオ信号のベース!知っておきたい
第13章 アナログ・ビデオ信号の規格
97 光-電気変換
98 色を数値化する(1)…NTSC信号
99 色を数値化する(2)…SDTV信号
100 色を数値化する(3)…HDTV信号
101 ディスプレイのガンマ特性
102 カメラのガンマ特性
103 テレビ信号の輝度/色差を求める(1)…NTSC信号
104 テレビ信号の輝度/色差を求める(2)…SDTV信号
105 テレビ信号の輝度/色差を求める(3)…HDTV信号
106 色差信号の呼び方
107 色差信号の振幅制限(1)…NTSC信号
108 色差信号を一つの信号に合成する直角2相変調
109 眼の分解能に合わせ色情報量を調整したI/Q信号
110 色差信号の振幅制限(2)…SDTV信号
111 色差信号の振幅制限(3)…HDTV信号
112 信号レベルを電圧に(1)…NTSC信号
113 信号レベルを電圧に(2)…SDTV信号
114 信号レベルを電圧に(3)…HDTV信号
115 周波数(1)…NTSC
116 周波数(2)…SDTV
Column1 フィールド周波数59.94Hzの問題点
117 周波数(3)…HDTV
118 周波数(4)…白黒放送
119 水平同期信号(1)…NTSC
120 水平同期信号(2)…SDTV
121 水平同期信号(3)…HDTV
122 垂直同期信号(1)…NTSC
123 垂直同期信号(2)…SDTV
124 垂直同期信号(3)…HDTV
125 フレーム構造(1)…NTSCとSDTV
126 フレーム構造(2)…HDTV
127 フレーム構造(3)…720フォーマット
128 規格団体

カメラやDISCの信号がテレビに映し出されるまで
第14章 ディスプレイ表示のしくみ
129 液晶テレビの内部構造
130 受信電波が映像に変わるまで
131 ディスプレイを表示するためのタイミング制御
132 ディスプレイ解像度早見表
133 表示データは一定間で更新しないといけない…リフレッシュ・レート
134 すべてのディスプレイの描画方式…ラスタ・スキャン
135 帯域節約!半分のデータ量で済ませるインターレース
136 一行ずつ順番に表示するプログレッシブ
137 アナログ・オシロで使われていた…ベクタ・スキャン

フォーカス/解像度/色再現性/階調性など
第15章 静止画像の評価方法
138 評価に必要なもの
139 フォーカスの評価
140 解像度の評価
141 色再現性の評価
142 階調性の評価
143 ノイズの評価
144 ディストーションの評価
145 シェーディングの評価
146 ホワイト・バランスの評価
147 光軸ずれの評価
148 しみの評価

生じうるノイズのパターンを知っておくと楽
第16章 動画像の評価方法
149 ディジタル動画像特有のノイズと発生理由
Column1 受信障害時に起こりうるデータ欠落の例
150 主観評価と客観評価
151 アナログ画像特有のノイズと発生理由

センサ/ボード/伝送/照明/レンズのくふう
第17章 自動計測装置マシン・ビジョンにおける画作り
152 人間と装置のとらえかたの違い
153 デジカメや車載カメラの画像処理
154 マシン・ビジョンの市場あれこれ
155 ディジタル画像処理の基本「平滑化」
156 マシン・ビジョンを利用した位置決め技術
157 外観検査の定番手法…動的しきい値法
158 マシン・ビジョンの機器構成
159 撮像素子…CMOSの利点
160 高分解能で曲面の検査もできるライン・センサ
161 カメラ・インターフェースの選び方
162 照明あれこれ
163 レンズあれこれ

空間方向/時間方向の情報を活用
第18章 超解像のしくみ
164 超解像の効果
165 高精細!複数枚超解像
166 画像1枚から復元!?画像拡大を利用した超解像
Column1 最近の1枚画像からの超解像アルゴリズム
Column2 超解像の実装例

外観検査や形状認識に
第19章 3次元計測のしくみ

167 3Dの基本
168 3次元空間の計測準備…キャリブレーション
169 3D計測手法1…ステレオ計測
170 3D計測手法2…合焦点法
171 3D計測手法3…光切断法
172 3D計測手法4…パターン投光
173 3D計測手法5…TOF
174 物体形状の認識に必須!3次元モデル
175 サーフェス・マッチング
176 特徴個所を用いて3次元位置姿勢を算出
177 2次元画像と3次元モデル・データのマッチング
178 画像認識を使った装置の例

単眼式/立体式/アクティブ眼鏡/パッシブ眼鏡など
第20章 今さら聞けない3D
179 3Dと立体の使い分け
180 なぜ立体に見えるのか1…単眼立体情報
181 なぜ立体に見えるのか2…両眼立体情報
182 世界初の3Dディスプレイ「ステレオスコープ」
183 3Dが生体に与える影響
184 3Dディスプレイ1…アクティブ眼鏡方式
185 3Dディスプレイ2…パッシブ眼鏡方式
186 3Dディスプレイ3…レンチキュラ・レンズ方式

測定/芸術/演算/セキュリティなどに応用されている
第21章 究極の3Dホログラフィのしくみ
187 ホログラフィのしくみ
188 ホログラフィの記録と再生の原理
189 電子ホログラフィのハードウェア
190 電子ホログラフィの問題
191 ホログラフィ計算を高速化する二つの方法
192 ホログラフィの計算方法1…点光源モデルを使う
193 ホログラフィの計算方法2…ポリゴンを使う

番組表や字幕,地震速報のひみつ
第22章 地上デジタル放送のコモンセンス
194 アナログ放送との違い
195 映像フォーマットあれこれ
196 ワンセグ放送
Column1 デジタル・テレビならでは!ネット接続機能のいろいろ
197 映像/音声/データ放送のデータ量の比
198 データ放送のパケット構成
199 データ放送の画面を作るBML言語
200 番組表のしくみ
201 一つのチャネルで三つの番組を放送できる「サービス」
202 字幕表示
203 緊急地震速報
204 地デジの変調方式
205 日本と海外の放送方式

焦点距離/画角/F値/レンズ構成/材料など
第23章 カメラ・モジュールやレンズ選びに!光学特性入門
206 光学特性を理解しておくメリット
207 光学特性を読み解くためにイメージ・センサのデータシートから必要な項目を抽出する
208 パラメータ1:焦点距離
209 パラメータ2:画角
210 パラメータ3:F値
211 パラメータ4:レンズ構成
212 パラメータ5:材料



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