C言語でPGM形式の画像ファイルを書き出す方法

PGM形式とは

PGM（Portable Gray Map：ポータブルグレイマップ）は、グレースケール画像を扱うためのシンプルな画像フォーマットです。C言語で保持している2次元配列をPNGやJPEGなどの一般的な画像形式として保存するには、データを所定のフォーマットにエンコードするための複雑な処理を大量に実装する必要があります。

そこで役立つのがNetpbm形式です。Netpbmはオープンソースのグラフィックスプログラム群で、主にLinuxやUnixプラットフォームで利用されていますが、Microsoft Windows環境でも動作します。この形式を利用すれば、2次元配列のデータを簡単かつ移植性の高い形で画像ファイルとして書き出せます。

マジックナンバーについて

各ファイルは2バイトのマジックナンバーから始まります。このマジックナンバーは、ファイルの種類（PBM、PGM、PPMなど）とエンコーディング方式（ASCIIまたはバイナリ）を識別するために使われます。マジックナンバーは、大文字の「P」に1桁の数字を続けたもので表されます。

ASCIIエンコーディングでは人間が内容を読み取りやすく、他のプラットフォームへの受け渡しも簡単です。一方、バイナリ形式はファイルサイズの面で効率的ですが、バイトオーダー（エンディアン）に起因する問題が生じる可能性があります。

PGMファイルの書き込み手順

• マジックナンバー「P2」を設定する
• 空白文字（スペース、タブ、CR、LF）を追加する
• 幅（width）を10進数のASCII文字として追加する
• 空白を追加する
• 高さ（height）を10進数のASCII文字として追加する
• 空白を追加する
• 最大グレー値をASCIIの10進数で記述する
• 空白を追加する
• 幅 × 高さの個数のグレー値（0～最大値の範囲）を、上から下へ空白区切りでASCIIの10進数として並べる

サンプルコード

#include <stdio.h>
main() {
  int i, j;
  int w = 13, h = 13;
  // この2次元配列が画像に変換される（サイズは13 x 13）
  int image[13][13] = {
    { 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15 },
    { 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31},
    { 47, 47, 47, 47, 47, 47, 47, 47, 47, 47, 47, 47, 47},
    { 63, 63, 63, 63, 63, 63, 63, 63, 63, 63, 63, 63, 63},
    { 79, 79, 79, 79, 79, 79, 79, 79, 79, 79, 79, 79, 79},
    { 95, 95, 95, 95, 95, 95, 95, 95, 95, 95, 95, 95, 95 },
    { 111, 111, 111, 111, 111, 111, 111, 111, 111, 111, 111, 111, 111},
    { 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127},
    { 143, 143, 143, 143, 143, 143, 143, 143, 143, 143, 143, 143, 143},
    { 159, 159, 159, 159, 159, 159, 159, 159, 159, 159, 159, 159, 159},
    { 175, 175, 175, 175, 175, 175, 175, 175, 175, 175, 175, 175, 175},
    { 191, 191, 191, 191, 191, 191, 191, 191, 191, 191, 191, 191, 191},
    { 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207}
  };
  FILE* pgmimg;
  pgmimg = fopen("my_pgmimg.pgm", "wb"); // バイナリモードでファイルを開く
  fprintf(pgmimg, "P2\n"); // マジックナンバーをファイルに書き込む
  fprintf(pgmimg, "%d %d\n", w, h); // 幅と高さをファイルに書き込む
  fprintf(pgmimg, "255\n"); // 最大グレー値を書き込む
  int count = 0;
  for (i = 0; i < h; i++) {
    for (j = 0; j < w; j++) {
      fprintf(pgmimg, "%d ", image[i][j]); // 配列からグレー値をファイルへコピー
    }
    fprintf(pgmimg, "\n");
  }
  fclose(pgmimg);
}

このプログラムでは、値が15から207まで16ずつ増加する13×13の2次元配列を用意しています。各行の輝度値が異なるため、実行すると濃淡の異なる横縞模様のグレースケール画像が生成されます。

出力結果

上記のコードをコンパイルして実行すると、「my_pgmimg.pgm」という名前のPGMファイルがカレントディレクトリに作成され、GIMPやIrfanViewなどの対応ビューアで開くことで以下のような画像を確認できます。

なお、ここで紹介した「P2」はASCII形式の指定です。よりコンパクトなファイルサイズが必要な場合は、バイナリ形式を表すマジックナンバー「P5」を使用する方法もあります。その際はfwrite関数を使ってグレー値を直接書き出すことになります。