コンピュータ画像処理において、画像タイプの認識は基本操作の前提となる。本記事ではPhotoshopソフトウェアの操作を交えて、ラスタ形式の画像の定義、構成、操作ロジック及び応用特徴を詳しく解説し、初心者がラスタ画像についての完全な理解を築くお手伝いをする。

一、画像タイプ分類とラスタ画像の定義

コンピュータ内の画像は主に大きく二つに分類される：

• ラスタ画像：別名ビットマップ画像で、その核心的な特徴は無数の「点」（すなわちピクセル）が行列形式で並べられて構成されることで、モザイクで模様を貼り合わせるのに似ている。各モザイクのブロックが一つのピクセルとなり、全体で完成した画像を構成する。
• ベクター画像：ラスタ画像とは異なり、ベクター画像は数学的なパス（線や図形など）に基づいて描画され、拡大しても歪みが生じない（本記事では主にラスタ画像を詳しく解説し、ベクター画像については展開しない）。

日常生活において、デジタルカメラで撮影した写真、スキャナーで読み取った原稿、ウェブページ中のほとんどの画像はラスタ画像に属する。例えば、典型的なラスタ画像を開いてPhotoshopで操作すると、そのピクセル構成を直感的に観察することができる。

二、ピクセル：ラスタ画像の最小構成単位

2.1 ピクセルの定義と確認方法

ピクセルはラスタ画像の最小分割不可単位で、モザイク貼りの個別の色ブロックのようなものである。Photoshopでは以下の方法で画像のピクセル情報を確認できる：

1. 画像を開いた後、メニューの【画像】→【画像サイズ】をクリックし、ポップアップダイアログの「ピクセルサイズ」エリアに幅（例：400ピクセル）と高さ（例：225ピクセル）が表示され、これが画像の横方向と縦方向のピクセル数となる。
2. ステータスバー情報の確認：
   • 画像ウィンドウ下部のステータスバーの「ズーム倍率」右側エリアで、Altキーを押しながらクリックすると、完全なピクセル情報が表示される（例：「幅：400ピクセル 高さ：225ピクセル チャンネル：3 (RGBカラー、8bpc) 解像度：72ピクセル/インチ」）。
   • バージョン差異の注意点：Photoshop CSおよびそれ以前のバージョンでは、メニュー【ウィンドウ】→【ステータスバー】でステータスバーをオンにできる。Photoshop CS2にはこのメニューがなく、デフォルトのステータスバーを直接確認する必要がある。

2.2 ピクセル総数と画像の精細度の関係

• 総ピクセル計算：画像総ピクセル数 = 幅ピクセル数 × 高さピクセル数。例えば、400ピクセル（幅）×225ピクセル（高さ）= 9万ピクセル、すなわちこの画像は9万ピクセルで構成されている。
• ピクセル数の影響：多くの場合、ピクセル数が多いほど、画像が記録するディテールが豊かで、部分が精細になる。例えば：
  • 9万ピクセル（400×225）の画像を拡大すると、「モザイク現象」（ギザギザ感）が生じやすい；
  • 144万ピクセル（1600×900）の画像は、同じ拡大倍率で、部分のディテールが明らかにより精細になる。
• カメラのピクセル指標：デジタルカメラの「1300万ピクセル」「3000万ピクセル」は、本質的に撮影画像の総ピクセル数を指している。

三、Photoshopにおける画像拡大縮小操作とショートカットキー

画像の拡大縮小はPhotoshopの高頻度操作であり、ショートカットキーを習得することで効率が大幅に向上する。具体的な操作は以下の通り：

3.1 基本拡大縮小（画像中心を原点とする）

• 画像を拡大：ショートカットキー Ctrl + を押す（Ctrlキーを押しながら「+」キーを連続して押すと、段階的に拡大できる）；
• 画像を縮小：ショートカットキー Ctrl - を押す（Ctrlキーを押しながら「-」キーを連続して押すと、段階的に縮小できる）；
• 拡大縮小表示：画像ウィンドウのタイトルバーとステータスバーには現在のズーム倍率がリアルタイムで表示される（例：100%、200%）。

3.2 定点拡大縮小（マウスクリック位置を中心とする）

• 定点拡大：まず スペース キーを押し、次に Ctrl キーを押す（注意：中国語Windowsシステムでは、「Ctrl + スペース」はデフォルトで入力方式切り替えのため、スペースを押してからCtrlを押すことを推奨）、その後マウスで画像の特定領域をクリックすると、その領域が拡大中心となる；
• 定点縮小：まず スペース キーを押し、次に Alt キーを押し、マウスで画像の特定領域をクリックすると、その領域が縮小中心となる；
• 繰り返し操作：一度の拡大縮小の程度が不十分な場合、上記の手順を繰り返して調整を続けることができる。

3.3 画像がウィンドウを超えた場合の移動方法

画像サイズがウィンドウサイズを超えると、横方向/縦方向のスクロールバーが現れる。以下の方法で表示領域を移動できる（画像自体を移動するのではない）：

1. ウィンドウ右側または下側のスクロールバーをドラッグする；
2. スペース キーを押し、マウスが「ハンドツール」に変わるのを確認し、画像内でマウスを押しながらドラッグする（ドラッグ中はスペースキーを離してもよい）。

四、ディスプレイとラスタ画像の関連

ディスプレイの本質は「ラスタ式表示装置」であり、その表示原理とラスタ画像の表示は直接関係している。

4.1 ディスプレイのラスタ特性

• 一般的なディスプレイタイプ：従来のCRTディスプレイ（陰極線管）、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイはいずれもピクセル点を発光させて画像を表示する；
• 画面解像度設定：Windowsシステムでは【コントロールパネル】→【ディスプレイ】→【設定】を通じて画面解像度を確認/変更できる（例：1024×768ピクセル）。これはディスプレイの横方向に1024ピクセル、縦方向に768ピクセル表示できることを意味する。

4.2 画像表示と画面解像度の関係

画像が画面に完全に表示できるかどうか（100%原寸サイズで）は、画像ピクセルと画面解像度の一致に依存する：

• 類似例：6インチ写真を5インチフレームに完全に収められないのと同様に、画像の横/縦ピクセルがディスプレイの対応する方向の解像度を超える場合、画像は切り取られる（スクロールして表示が必要）；
• 視覚的サイズ変化：同じ画像（例：300×300ピクセルの正方形）が異なる解像度で、視覚的サイズが異なる：
  • 画面解像度800×600の場合、300ピクセルは横幅のおよそ1/2を占める；
  • 解像度1024×768の場合、横幅のおよそ1/3を占める；
  • 解像度1600×1200の場合、横幅のおよそ1/5を占める。 注：画像の実際のピクセル数は変化していない。視覚的サイズの変化は画面総ピクセル数の増加により「相対的比率の低下」が原因で、例えば「30階建てのビルからマンホールを見ると5階建てから見るより小さい」ようなもので、マンホールの実際の大きさは変わらない。

4.3 CRTディスプレイのピクセル発光原理

CRTディスプレイは「電子銃走査」によってピクセルを発光させ、具体的なプロセスは以下の通り：

1. ディスプレイ内には3本の電子銃があり、それぞれ赤（R）、緑（G）、青（B）の三色に対応する；
2. 電子銃が電子ビームを発射し、まず画面左上の「0点」（原点）を撃ち、信号の強弱に応じてRGBカラーを混合し、1ピクセルの励起を完了する；
3. 偏向コイルの作用により、電子ビームが右に1ピクセル移動し、励起を繰り返し、1行の全ピクセルを完了する（「走査線」と呼ばれる）；
4. 走査線が終了すると、電子ビームが下に1行移動し、左端に戻って次の行の走査を開始し、すべての行が完了するまで続ける（「フィールド走査」と呼ばれる）。

4.4 画面座標系の特徴

平面幾何座標系（原点が左下隅でY軸が上向き）とは異なり、ディスプレイ画面座標系の原点は左上隅で、X軸は右向き、Y軸は下向きである。これは電子銃の「左から右へ、上から下へ」の走査順序によって決定されており、Photoshopがラスタ画像を処理する際の座標基準でもある。

4.5 視覚残像効果

画面ピクセルは同時に発光するわけではないが、人間の目には「視覚残像」特性がある（画像が消えた後、視覚が0.1-0.4秒残る）。このため、完全で連続的な画像を見ることができる。

五、ラスタ画像の保存とウェブ表示の特徴

5.1 ラスタ画像の保存ロジック

Photoshopでラスタ画像を保存する際、ソフトウェアは「画面走査順序」（左上隅の0点から始まり、X軸は右へ、Y軸は下へ）に従って、各ピクセルのRGBカラー情報を一つ一つ記録する。ラスタ画像を開く際は、同じ順序でピクセル情報を抽出し、画面に復元して表示する。

5.2 ウェブページにおけるラスタ画像の読み込み問題

ウェブページを閲覧する際、画像が「上から下へ徐々に表示される」ことがあるが、これは本質的にネットワーク伝送速度が遅く、ピクセル情報の読み取りが遅延することである。読み込み時間が長すぎるとユーザーエクスペリエンスが低下するため：

• ウェブページで使用するラスタ画像は、ファイルサイズを可能な限り小さくする必要がある（ピクセル数を圧縮し、解像度を下げるなど）。これにより伝送速度を向上させることができる（具体的な最適化方法は以降のチュートリアルで展開する）。

六、Photoshop情報パネルとピクセル座標

Photoshopの「情報パネル」はマウスの画像内ピクセル座標をリアルタイムで表示し、精確な位置決めに役立つ：

1. 「情報パネル」を開く：メニュー【ウィンドウ】→【情報】；
2. 座標確認：パネル内の「X」「Y」の数値は、マウスホットスポットの画像内ピクセル位置を表す（例：X=130、Y=35、すなわち横方向130番目、縦方向35番目のピクセル）；
3. マウスホットスポット定義：マウスカーソル内で位置決めに役立つ点を指す（矢印カーソルの場合、ホットスポットは矢印の先端部分）。

七、ラスタ画像拡大縮小の実験と歪み原因

「縮小してから拡大する」実験を通じて、ラスタ画像の歪みの本質を直感的に理解できる。具体的な手順は以下の通り：

7.1 実験操作手順

1. 初期画像：400×225ピクセル（総ピクセル数9万）、解像度72ピクセル/インチ；
2. ステップ1：画像を縮小
   • メニュー【画像】→【画像サイズ】で「幅」を200ピクセルに変更；
   • 「縦横比を固定」オプションがデフォルトでチェックされているため、高さは自動的に113ピクセルに調整される（225÷2=112.5ではない。ピクセルは分割できないため、整数にする必要がある）；
   • 縮小後：画像は200×113ピクセルになり、総ピクセル数は2.26万（6.74万ピクセル情報を破棄）。
3. ステップ2：画像を拡大
   • 再び【画像サイズ】を開き、「幅」を400ピクセルに戻す；
   • 高さは自動的に226ピクセルに計算される（113×2）、総ピクセル数は9万（400×226）に回復；
   • 最終効果：画像がぼやけ、ディテール（左手の指の隙間など）が失われる。

7.2 歪みの核心原因

1. 縮小プロセス：Photoshopは「等間隔でピクセルを抽出し破棄する」（例：10×6ピクセルを5×3ピクセルに縮小する際、半分のピクセルを直接破棄する）。破棄されたピクセル情報は回復できない；
2. 拡大プロセス：ピクセル数を補充するため（例：2.26万から9万へ）、Photoshopは「補間アルゴリズム」を使用する。すなわち、「空想で」失われたピクセルの色を推測する：
   • 例：2×2ピクセル（A、B、C、D）を3×3ピクセルに拡大するには、5つのピクセル（1、2、3、4、5）を追加する必要がある。ソフトウェアは隣接するピクセルの色の平均値を新しいピクセルの色として採用する（例：AとBの平均値がピクセル1、AとCの平均値がピクセル2、以下同様）；

     注意：上記は理解を簡単にするための類似例である。実際の補間アルゴリズム（例：「バイキュービック」）はこれよりはるかに複雑だが、その核心は「推定」であり、元のピクセルを復元することではない。

3. ディテール消失事例：元の画像の「左手の指の隙間」は暗いピクセルだが、縮小後は暗いピクセルが破棄され、明るいピクセルのみが残る。拡大時には、補間アルゴリズムは明るいピクセルに基づいて計算するしかできず、暗い指の隙間を復元できないため、画像がぼやける。

7.3 重要概念の明確化：「拡大≠復元」

実験中の「縮小してから拡大する」は「復元」ではない。その理由は以下の通り：

• 復元の定義：Photoshopにおける「復元」は「直前の操作を取り消す」ことを指す（例：メニュー【編集】→【元に戻す】）。画像自体は変更されない；
• 拡大の本質：「推定ピクセルを追加する」変更操作であり、ピクセル総数が回復しても、失われた元のディテールは取り戻せない；
• サイズの偏差：ピクセルは分割できない（例：225÷2=112.5≈113）ため、拡大後の高さは226ピクセルとなり、初期の225ピクセルと偏差が生じ、画像サイズが変化している。