jpgファイルを、PowerPointでpngで保存すると画素値が変わってしまします

Question

実現したいこと

こちらのホームページからLENNA.jpgをダウンロードしました。

そのファイルをpngにファイルに変換するときに、
①　powerpointに貼り付けて、右クリック→図として保存：LENNA1.png

②　こちらのページで変換：LENNA2.png

という2つの方法を試したときに、①は結果がおかしくなって、②が正しい結果になります。

具体的には、①の結果result41.txtは
247 9 250 　・・・
10 250 251 ・・・
251 252 254 ・・・
・・・
・・・
となります。（偶然かもしれないですが、255付近の値が多い気がします）

②の結果result42.txtは
0 0 0 ・・・
0 0 0 ・・・
0 0 0 ・・・
・・・
・・・
となります。

何が起きているかがよく分からないので教えてください。
私は画像ファイルの変換をするとき、①のようにPowerPointでやることが多かったのですが、正確な画素値を扱いたいときにはこの方法はあまり良くないということでしょうか。

該当のソースコード

import cv2

img1 = cv2.imread('./LENNA1.png')
img2= cv2.imread('./LENNA2.png')
img3= cv2.imread('./LENNA.jpg')

img41 = img1-img3
file41 = open('result41.txt', 'w')
for j in range(0,150):
    for i in range(0,150):
        if i==149:
            file41.write(str(img41[j,i,0])+"\n")
        else:
            file41.write(str(img41[j,i,0])+"\t")   
file41.close()

img42 = img2-img3
file42 = open('result42.txt', 'w')
for j in range(0,150):
    for i in range(0,150):
        if i==149:
            file42.write(str(img42[j,i,0])+"\n")
        else:
            file42.write(str(img42[j,i,0])+"\t")   
file42.close()

試したこと

何が起きているか検討がつかなかったので、どのようなワードで検索すれば良いかも分かりませんでした。申し訳ありません。

Answer 1

jpegは同じファイル (JPEG変換する前の画像との差異の話ではないことに注意してください。JPEGが非可逆圧縮であることとはまた別の話です) であっても、デコーダが違えば得られる画素値は変わることがあります。もっと強い表現だと変わって当たり前です。

---

https://ja.wikipedia.org/wiki/JPEG

なお、周波数領域への変換前の画像フォーマットの色成分の数は1–4の間で選択でき、各色成分が何であるかを決める表色系も自由に選択することができる。そのため色成分が1つのグレースケール、色成分が3つのRGBおよびYCbCr、色成分が4つのYMCKなどのデータのどれも用いることができる。しかし、表色系の規定がない上にどの表色系であるかを示す情報もないことは互換性に大きな問題となる。そのためJFIF形式では、YCbCr表色系を用いること、さらに成分の順序はY、Cb、Crの順であることを規定している。

(私の注: 正確には、JPEGが圧縮手法の名前で、JFIFがファイルフォーマットの名前です。上の引用で正確にJFIF形式と書いてあるのは、要は"私たちが普段jpegと呼んでいるあのファイル形式"の事です。留意してください)

https://ja.wikipedia.org/wiki/YUV#RGB.E3.81.8B.E3.82.89.E3.81.AE.E5.A4.89.E6.8F.9B
も一緒に参照するとわかりますが、YCbCrからRGBへの変換は一意ではありません。
なんらかの工業規格を策定する際に変換式を決めているのは、逆に言うと「一意ではないから決める必要がある」ことを意味しています。

つまりjpegファイルに「正確な画素値」があると考えるのが、幻想もしくは誤りです。

(追記)
https://en.wikipedia.org/wiki/JPEG#Color_profile

Many JPEG files embed an ICC color profile (color space). Commonly used color profiles include sRGB and Adobe RGB.

ファイルのメタデータでカラープロファイルが指定されていたり、デコーダに「このカラープロファイルで変換しろ」と指定したりすれば、RGB値に再現性があるのかもしれないです。
（「カラープロファイルが指定されてない時のデフォルト値がたまたま一緒」とかもありえそう）

Comments

[quickquip]

ここからは想像なのでコメントですが、Powerpointは再現性よりも処理が軽いことを優先するデコーダだったりするのかもしれません

[yyicp]

ありがとうございます。
勉強になりました。

LENNA.jpgと各画素値のずれがないLENNA2.pngを作るサイトはどのように処理しているか気にはなりますね。

[ikadzuchi]

YCbCrからRGBの変換の違いもあるかもしれませんが、一番大きいのはCrCbがYに対して半分になっているのを2倍に拡大するときの補間方法の違いかなあと思っています。

Answer 2

そもそも論として、JPEGは非可逆な（1ピクセル単位で厳密な値を記録しない代わりに、大きく容量を削減できる）圧縮形式です。

そのJPEGをソースとして生成した画像について、1ピクセルの色が違うとかどうとかを議論していることが、意味があるのか疑わしいと考えます。

Comments

[yyicp]

ありがとうございます。
勉強になりました。

Answer 3

PowerPointは画像編集するためのソフトではないので、正しく変換できないという結果だとしても不思議ではありません。

Comments

[yyicp]

ありがとうございました。

正しく変換するソフトウェアにはどのようなものがありますでしょうか。
GIMPではうまくいきませんでした。
元々のjpegと、GIMPで新しく吐き出したpngの差分（本来は0になってほしい）
が所々1とか255になります。
②のサイトが閉鎖去れてしまったとき用に教えてください。

Answer 4

windowsであればフォトを利用ください
直接開くにはファイル名を指定して実行で「ms-photos:viewer」とします

追記

ちゃんとやるならGIMPなどのペイントツールで圧縮を指定してやると良いでしょう

• フォトでjpeg→png：24,050バイト
• GIMPでjpeg→png(圧縮レベル9)：18,083バイト

参考

画像のピクセル単位の比較ソフト
https://www.vector.co.jp/soft/dl/winnt/art/se520737.html

上記ソフトで元jpegと「フォト」で保存し直したpngを比較しましたが
不一致ピクセル数は0ですよ

Comments

[yyicp]

ありがとうございます。
フォトではうまくいきませんでした。

[yambejp]

「うまくいきません」の意味がわかりません。jpegを読み込んでpngにエクスポート（名前をつけて保存でファイルの種類をpngに変更）するだけなので、うまくいくはずですが・・・
私の環境だとオリジナルのjpegから24,050バイトのpngが生成されます

[yyicp]

元々のjpegと、新しく吐き出したpngの差分に関して
ほとんど0になりますが、所々1とか255になります。

[yambejp]

jpegと差分を取ること自体意味がありません。
ペイントツールを回答に追記しておきました

[yyicp]

私はjpegとpngを各画素値まで全く同じ画像にしたいので差分を取りました。

[yambejp]

差分の取り方がおかしいのでは？
参考までに画像比較ソフト～ピクセルコンペア～（フリー版）を紹介しておきます

[yyicp]

ソウトウェア、ありがとうございました。
このソフトウェアで比較すると
確かにLENNA.jpgと「フォトでpngファイルにしたもの」の一致度は100％と表示されますが、
1つ1つの要素値を調べてみると所々一致していない箇所がありました。

[yambejp]

元のjpegがグレースケールでしたね。
フォトの場合32ビットフルカラーに読み替えて保存してしまうので
たしかにちょっとおかしいかもしれません
（他のペイントツールで処理するのがベター）