chapter 1 디지털 영상처리의 개념

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Chapter 1디지털 영상처리의 개념

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디지털 영상처리• 디지털 영상처리의 시초

– 1964 년 미국의 캘리포니아에 있는 제트 추진 연구소에서 시작– 달 표면을 찍은 위성사진의 화질을 개선하기 위한 디지털

컴퓨터를 사용

• 디지털 영상처리 (digital image processing) 의 정의– 사진정보 ( 아날로그정보 ) 를 “디지털 정보”로 변환 , 디지털

컴퓨터에서 영상의 화질 강화나 변형을 수행하는 처리내용– 입력 /출력 : 디지털 영상

• 디지털 영상 분석 (digital image analysis)– 디지털 영상 안에 담긴 내용을 묘사하고 인식하기 위한 작업– Computer vision– 입력 : 디지털 영상– 출력 : 상징적 영상묘사 (symbolic image description)

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1. 디지털 영상 데이터의 흐름(1/2)

• 영상의 취득– 스캔– 디지털 카메라나 캠코더를 이용한 촬영– 아날로그 카메라 -> Frame Grabber Card(A/D 변환보드 )

• 영상의 편집 및 처리– 디지털 영상처리 도구 (Adobe Photoshop, JASC PaintShop, …)

– 목적 : 전자출판 , 자동화 검사를 위한 영상분석 , 인식처리… 방송 , 그래픽스 , 게임…

• 처리결과의 출력– 모니터 , 프린터 , 파일 저장 , 원격지 전송 , ….

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1. 디지털 영상 데이터의 흐름(2/2)

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2. 디지털 영상의 내부 (1/2)• 흑백

– 각 픽셀값 : 0 ~ 255• 0 : 어두운 픽셀• 255 : 밝은 픽셀

– 각 픽셀당 8 bit • 28 = 256

– M x N 흑백 영상의 크기 • M x N x 8 ( bit )

• 컬러– 각 픽셀값 : R, G, B

• R : 0 ~ 255• G : 0 ~ 255• B : 0 ~ 255

– M x N 컬러 영상의 크기• M x N x 8 x 3 (bit)그림 1-1 디지털 영상데이터

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2. 디지털 영상의 내부 (2/2)

그림 1-2 흑백영상의 예와 내부값

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3. 디지털 영상처리의 특징• 정확성

– 디지털 데이터에 대한 컴퓨터에 의한 처리이므로 정확

• 재현성– 정해진 알고리즘 적용 , 같은 데이터에 대해 같은 결과가 얻어짐

• 제어가능성– 동일 디지털 데이터에 대하여 다양한 알고리즘 적용 , 서로 다른

처리 가능

• 과도한 데이터량– FA 용 영상의 예 : 기본 307,200 개의 픽셀

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4. 디지털 영상처리의 응용분야 (1/7)

• OA 용 영상처리– OCR (Optical Character

Recognition)• 주로 흑백 이진 영상• CAD 도면의 자동입력 ,

우편번호 인식하여 편지를 자동으로 분류하는 시스템 , …

그림 1-3 OCR 에서의 자동 문자 분리의 예

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MR 영상의 해석

: Level Set 적용

• 의료용 영상처리– 각 영역을 분리하여 이를

합성– 각 영역의 기능 연구에 사용– 필요한 부분을 분리 , 이를

부각하여 진료에 사용

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• 위성사진 처리– 가시화를 증가시키기 위한

영상 복원 (image restoration) 분야에 집중적 연구 수행

– 3 차원 형상 자동 추출 , 특정 위치 자동 발견 , …

– 자원 , 기상정보 , 어업 , 환경오염 , 도시계획 , …

그림 1-5 위성사진에서의 지형인식

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• FA 용 영상처리– Machine vision

• 공장 부품결함의 자동 검출 ,

• 마크 인식• 반도체 웨이퍼의 결함검사• 부품 조립을 위한 위치

정합

그림 1-6 공장자동화에서의 영상처리 ( 금속면의 결합검사 )

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• 방송 / 영화에서의 영상처리– 뉴스 예

• blue screen 에서 아나운서 촬영

• 아나운서 영상을 위성 영상과 합성

– 영화 예• 영화 “터미네이터”에서

사이보그가 사람으로 변하는 것을 표현하기 위해 영상 몰핑 (image morphing) 기술 적용

그림 1-7 영화에서의 영상처리

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• 자동 영상 인덱싱– 인터넷이나 이미지 데이터

베이스에서 필요로 하는 정보를 포함하는 영상 데이터를 자동으로 찾아 오는 기술

• 영화영상 예 : 전체 영화에서 주인공이 등장하는 장면의 컷 추출

• 그림 검색 예 : 뒷 배경이 초록인 꽃병이 그려진 그림 찾기…

그림 1-8 유사한 특징을 가지는 영상들

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• 고화질의 영상압축 및 통신– 영상화질 (quality) 의 열화

(degradation) 을 최소화하면서 많은 영상 데이터를 전송하기 위한 기술

– JPEG, MPEG-1, 2, 4, 7emd의 영상 압축 및 전송에 대한 국제 표준화 규격이 발표된 상태 , 이 표준을 따르는 상업용 기기들이 판매되고 있음

– 압축 /복원 알고리즘 예• Wavelet• DCT(Discrete Consine

Transform)• Object 기반 영상압축• …

그림 1-9 DCT 를 이용한 영상압축과 복원

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Chapter 2페인트샵을 이용한 영상처리 맛보기

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JASC 소프트사의 페인트샵

그림 2-1 페인트샵의 초기 실행 화면

• 표준화된 영상형식을 읽고 처리– JPG, GIF, RAW, PCX, ….

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1. 입력영상의 정보 보기• [View]->[Image Information]

– 현재 active 된 영상에 대한 정보가 나타남•영상크기 : 세로 551, 가로 579•1 인치당 72 pixel 존재•각 pixel 은 24 bit•1600 백만 컬러 표현

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2. 파일 형식의 변경과 저장• 다양한 영상 형식

– JPG : JPEG 압축표준을 사용한 압축 저장한 영상

– RAW : 헤드 정보 없이 영상데이터값만 들어 있는 영상파일

– BMP : 비트맵 헤더 정보와 영상데이터 값을 가지는 영상파일

그림 2-6 영상파일을 다양한 형식으로 저장할 수 있는 대화박스

Head

영상데이터

영상의 크기 , 컬러수 , 팔레트등의 정보 포함

영상의 크기 , 컬러수 , 팔레트등의 정보 포함

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3. 히스토그램 기능• Toolbar 에서 histogram icon 선택

그림 2-7 히스토그램 기능의 선택 그림 2-8 흑백영상에 대한 밝기 히스토그램의 표시

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4. 간단한 영상처리 (/)

• 부분 영역확대 기능– 돋보기 아이콘 선택 :

• 왼쪽 마우스 클릭 : 영상 확대 , 오른쪽 마우스 클릭 : 영상 축소

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• 반전 /거울 비치기 기능원영상

Flip 영상

Mirror영상

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4. 간단한 영상처리 (/)• 크기 조정 기능

– [image]->[canvas size] : 영상을 담는 외각크기만 변경 , 영상크기는 불변– [image]->[resize] : 영상크기를 변경

영상의 크기 조정을 위한대화박스

원영상(255x273) Canvas 크기

변경 (300x300) 영상크기 변경(300x300)

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• 저역 통과 필터 ( low pass filter ) 기능– [image]->[blur]->[Gaussian Blur]– 영상내에서 밝기나 컬러값이 급격하게 변화하는 부분을 줄여주는 효과

Gaussian Blurring 처리 전 , 후 영상

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• 에지 (edges) 추출 기능

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• 히스토그램 분석 처리 영상– [Colors]->[Histogram Functions]->[Equalize]

• 히스토그램 정규화 ( 영상의 밝기값이 0~255 사이에 골고루 분포되도록 영상을 변형시킴 )

– [Colors]->[Histogram Functions]->[Stretch]• 영상의 밝기 히스토그램을 넓혀서 밝기의 분포를 넓게 펼침

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원영상 Equalized 영상

Stretched 영상

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4. 간단한 영상처리 (/)• 컬러 성분 분석 기능

– [Colors]->[Cannel Splitting]->[Split to RGB]• 원영상 입력 컬러영상을 R, G, B 채널로 분리하는 기능

원영상

Red Green Blue

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• 컬러 성분 분석 기능– [Colors]->[Cannel Splitting]->[Split to HSL]

• 원영상 입력 컬러영상을 색상 [H], 명도 [I], 채도 [S]채널로 분리하는 기능

원영상

색상 (Hue):R->..G->..B 의 색상을 0 에서 255 구간에 표현R(0)->G(128)->B(255)

채도(Saturation) : 순색에 가까울수록 밝음

명도 (Luminance) :영상의 밝기를 나타내는 정도에 따라 색 결정

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Chapter 3누구나 쉽게 구현하는 영상처리

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1. Visual C++ 프로젝트 만들기

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프로그램[ 리스트 3-1] 입력프로그램[ 리스트 3-1] 입력

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2. 간단한 영상처리 코드 입력 : 역상처리

“char” 와 “unsigned char”

• Char : 부호비트 1비트 포함 표현범위 27 = 128 -128 ~ 127

• Unsigned char : 8 bit 모두 양수 표현 표현 범위 : 0 ~ 255

“char” 와 “unsigned char”

• Char : 부호비트 1비트 포함 표현범위 27 = 128 -128 ~ 127

• Unsigned char : 8 bit 모두 양수 표현 표현 범위 : 0 ~ 255

리스트 3-1

/// 이프로그램은 RAW 형식을 파일을 읽고 쓰는 가장 간단한 /// 영상처리 프로그램이다 .#include <stdio.h>

void main(){

int i, j;unsigned char OrgImg[256][256];

// 디스크에서 영상데이터 읽기FILE *infile = fopen("coin.raw","rb");if(infile==NULL) { printf("File open error !!"); return; }fread(OrgImg,sizeof(char),256*256,infile);fclose(infile);

// 역상계산을 위한 영상처리 for(i=0; i<256; i++){

for(j=0; j<256; j++) {

OrgImg[i][j] = 255-OrgImg[i][j];}

}

// 하드디스크에 영상데이터 쓰기 FILE *outfile = fopen("coin_inv.raw","wb");fwrite(OrgImg,sizeof(char),256*256,outfile);fclose(outfile);

}

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원영상 “coin.raw” 처리된 역상

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3. BMP 파일 입력을 통한 영상처리

헤드없음

영상데이터 영상데이터

BMP 파일에 대한 정보

BMP 영상에 대한 정보

팔레트 정보

RAW 포맷 BMP 포맷

BMP 파일헤드

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원영상 “talent.bmp” 처리된 역상

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4. 비트맵에 대한 소개• 비트맵의 종류

– DDB(Device Dependent Bitmap) : 디바이스에 종속적인 비트맵– DIB(Device Indenpent Bitmap) : 디바이스에 독립적인 비트맵

윈도우의 디스플레이 등록정보

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• 비트맵 영상의 컬러 표현– 트루컬러 ( true) 모드

• 영상 단위 픽셀이 24비트• RGB 가 각각 8 비트• 표현 가능 컬러 수 224 = 1, 600만 컬러

– 인덱스에 의한 컬러 모드• 단위픽셀당 24비트를 8 비트나 16 비트로 줄여서 저장하기 위한 것• 영상에서 가장 많이 사용된 색깔을 8 비트로 줄인다면 28 = 256 개를 고르고 16 비트라면 216 = 65,536 개를 골라 이를 테이블로 만들어 저장해 사용 • 이러한 컬러테이블을 팔레트 (Palette) 라 함 .

8bit 팔레트

인덱스에 의한영상저장

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• 흑백영상의 표현– R, G, B 가 모두 동일할 때 흑백영상 표현– 검정색 : R = G = B = 0– 밝은 백색 : R = G = B = 255

흑백 영상의 팔레트

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5. 비트맵 포맷의 구조

BMP 파일 헤드를 구성하는 구조체 변수들

chapter 1 디지털 영상처리의 개념

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