あらゆる画像を PBMに 変換

PBM（ポータブルビットマップ）形式は、モノクロ画像の保存に使用される最もシンプルで初期のグラフィックファイル形式の1つです。グレースケール画像用のPGM（ポータブルグレイマップ）とカラー画像用のPPM（ポータブルピックスマップ）も含まれるNetpbmスイートの一部です。PBM形式は、プログラムで非常に簡単に読み書きでき、明確で曖昧でないように設計されています。スタンドアロン形式ではなく、さまざまな画像形式間を変換するための最小公分母です。

PBM形式は、白黒（1ビット）画像のみをサポートします。画像内の各ピクセルは1つのビットで表されます。白は0、黒は1です。形式が単純なので、特殊な画像処理ライブラリを必要とせずに、基本的なテキスト編集ツールやプログラミング言語を使用して操作できます。ただし、この単純さにより、PBMファイルは、ファイルサイズを削減するための圧縮アルゴリズムを使用するJPEGやPNGなどのより洗練された形式よりも大きくなる可能性があります。

PBM形式には、P1と呼ばれるASCII（プレーン）形式と、P4と呼ばれるバイナリ（ロー）形式の2つのバリエーションがあります。ASCII形式は人間が読める形式で、簡単なテキストエディタで作成または編集できます。バイナリ形式は人間が読める形式ではありませんが、スペース効率が高く、プログラムによる読み書きが高速です。保存方法の違いにもかかわらず、どちらの形式も同じタイプの画像データを表しており、情報を失うことなく相互に変換できます。

ASCII形式のPBMファイルの構造は、ファイルの種類を識別する2バイトのマジックナンバーで始まります。PBM ASCII形式の場合、これは「P1」です。マジックナンバーの後に空白（ブランク、タブ、CR、LF）があり、その後に幅の指定（画像内の列の数）が続き、さらに空白があり、その後に高さの指定（画像内の行の数）が続きます。高さの指定の後にさらに空白があり、ピクセルデータが始まります。

ASCII PBMファイルのピクセルデータは一連の「0」と「1」で構成され、各「0」は白いピクセルを表し、各「1」は黒いピクセルを表します。ピクセルは行に配置され、各ピクセル行は新しい行にあります。ピクセルデータ内の2文字シーケンス内を除いて、空白はピクセルデータ内の任意の場所に許可されます（シーケンスの2文字の間には許可されません）。ファイルの終わりは、width*heightビットを読み取った後に達します。

対照的に、バイナリPBM形式は「P1」ではなく「P4」のマジックナンバーで始まります。マジックナンバーの後は、ピクセルデータが始まるまで、形式はASCIIバージョンと同じです。バイナリピクセルデータはバイトに詰め込まれ、各バイトの最上位ビット（MSB）が左端のピクセルを表し、各ピクセル行は最後のバイトを埋めるために必要に応じてパディングされます。パディングビットは重要ではなく、その値は無視されます。

バイナリ形式は、少なくとも8バイト（ピクセルあたりの1文字と空白）を使用するASCII形式とは対照的に、1バイト全体を使用して8ピクセルを表すため、スペース効率が高くなります。ただし、バイナリ形式は人間が読める形式ではなく、画像を表示または編集するにはPBM形式を理解するプログラムが必要です。

PBMファイルをプログラムで作成するのは比較的簡単です。Cなどのプログラミング言語では、書き込みモードでファイルを開き、適切なマジックナンバーを出力し、空白で区切られたASCII数値として幅と高さを書き込み、ピクセルデータを出力します。ASCII PBMの場合、ピクセルデータは適切な改行を使用して一連の「0」と「1」として書き込むことができます。バイナリPBMの場合、ピクセルデータはバイトに詰め込まれ、バイナリモードでファイルに書き込まれる必要があります。

PBMファイルの読み取りも簡単です。プログラムはマジックナンバーを読み取って形式を決定し、空白をスキップし、幅と高さを読み取り、さらに空白をスキップし、ピクセルデータを読み取ります。ASCII PBMの場合、プログラムは一度に1文字を読み取ってピクセル値として解釈できます。バイナリPBMの場合、プログラムはバイトを読み取って個々のビットにアンパックし、ピクセル値を取得する必要があります。

PBM形式は、圧縮やエンコードの形式をサポートしていないため、ファイルサイズは画像内のピクセル数に正比例します。これにより、高解像度の画像では非常に大きなファイルになる可能性があります。ただし、形式が単純であるため、画像処理の学習、ファイルサイズよりも画像の忠実度が重要な状況での使用、または画像変換プロセスでの中間形式としての使用に最適です。

PBM形式の利点の1つは、そのシンプルさと操作の容易さです。たとえば、PBM画像を反転する（すべての黒いピクセルを白に変換し、その逆も同様）には、ピクセルデータ内のすべての「0」を「1」に置き換え、すべての「1」を「0」に置き換えるだけです。これは、簡単なテキスト処理スクリプトまたはプログラムで行うことができます。同様に、回転やミラーリングなどの他の基本的な画像操作は、簡単なアルゴリズムで実装できます。

その単純さにもかかわらず、PBM形式は一般的な画像の保存や交換には広く使用されていません。これは主に、圧縮がないため、大規模な画像の保存や、帯域幅が問題になる可能性のあるインターネット上での使用には非効率的であることが原因です。JPEG、PNG、GIFなどのより最新の形式は、さまざまな形式の圧縮を提供し、これらの目的により適しています。ただし、PBM形式は、ソフトウェア開発のシンプルなグラフィックスや、画像処理の概念の教育ツールとして、一部のコンテキストでまだ使用されています。

PBM形式を含むNetpbmスイートは、PBM、PGM、PPMファイルを操作するためのツールのコレクションを提供します。これらのツールを使用すると、Netpbm形式と他の一般的な画像形式との間で変換したり、スケーリング、クロッピング、カラー操作などの基本的な画像処理操作を実行したりできます。このスイートは、新しい機能を追加するためのシンプルなインターフェイスを備えており、簡単に拡張できるように設計されています。

結論として、PBM画像形式は、モノクロビットマップ画像を保存するためのシンプルで無駄のないファイル形式です。そのシンプルさにより、理解と操作が容易になり、教育目的や簡単な画像処理タスクに役立ちます。圧縮がないため、すべてのアプリケーションに適しているわけではなく、その結果、ファイルサイズが大きくなりますが、その強みが最も有益な特定のコンテキストでは依然として有用な形式です。PBM形式は、Netpbmスイートの他の部分とともに、基本的な画像処理と形式変換に取り組む人々にとって貴重なツールであり続けています。