영상 흑백디지털영상 n 이진영상 ( 검정색, 흰색으로구성 ) 과그레이레벨 (Gray-Level) 영상 ( 검정색, 회색, 흰색으로구성 ) 분류 컬러디지털영상 n 색정보를세가지지각변수 ( 색상, 채도, 명도 ) 로인식 n 색상 + 채도 = 색도 (Chromaticity)

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서민 최
6 years ago
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1 디지털영상처리 디지털영상의구조 방송영상미디어과 영상이란? 광원의백색광이물체에반사되면고유의빛만반사하며눈이나필름등에의해상이맺힌형상 백색광 필름에맺힌영상 반사광 망막에맺힌영상 1

(contrast) 디지털영상에서명도의관계를나타내는것 가장어두운영역부터가장밝은영역까지의범위를나타냄 I Contrast = I max max -

2 영상 흑백디지털영상 n 이진영상 ( 검정색, 흰색으로구성 ) 과그레이레벨 (Gray-Level) 영상 ( 검정색, 회색, 흰색으로구성 ) 분류 컬러디지털영상 n 색정보를세가지지각변수 ( 색상, 채도, 명도 ) 로인식 n 색상 + 채도 = 색도 (Chromaticity) 대비 (contrast) 디지털영상에서명도의관계를나타내는것 가장어두운영역부터가장밝은영역까지의범위를나타냄 I Contrast = I max max - I + I min min 인간의지각작용이단순한명도보다명도의대비에더민감 동시적대비는명도의느낌이배경의명도에크게의존함. 명암대비가큰오른쪽그림으로갈수록색대비가확연함 2

3 컴퓨터에의한영상처리흐름 영상기기 컴퓨터 피사체 ( 풍경 ) 캠코더 CPU 디스플레이 Analog 카메라 영상처리칩 (chi) Digital Hard Disc 스캐너 그래픽카드 Analog/Digital 디지털영상이란? 필름대신디지털영상장치 (CCD: Charge-Couled Device) 에맺힌영상을디지털값으로표현한영상 CCD 의세부모습 CCD 에맺힌영상 CCD 를확대한모습 화소 (ixel) 3

해상도는가로, 세로픽셀의수를곱하기의형태로나타내는데예를들어가로픽셀수가 2500 개, 세로픽셀수가 2000 개면해상도는 2500ⅹ2000 이며 2500 by

4 CCD 란? 빛의세기에비례하여충전되는반도체디바이스로서해당픽셀의밝기를 0~255 의디지털숫자로나타낸다. CCD 는평면이며가로, 세로를매우잘게분할하여각점을픽셀로표현한다. 그러므로세분된픽셀의개수에따라해상도를표시하며개수가많을수록해상도가높으며영상은선명해진다. 해상도는가로, 세로픽셀의수를곱하기의형태로나타내는데예를들어가로픽셀수가 2500 개, 세로픽셀수가 2000 개면해상도는 2500ⅹ2000 이며 2500 by 2000 이라고읽는다. 이때화소 ( 픽셀 ) 수는 500 만화소가된다. ( 사진출처 : Wikiedia) CCD 의동작원리 충전량 빛의세기

5 CMOS 이미지센서 상보성금속산화막반도체 (Comlementary metaloxide-semiconductor) CCD 처럼이미지센서이며광다이오드를사용한다는점이같지만제조공정과신호읽는법다름 장점 : 단위셀마다증폭기있으며대량생산과제조단가가낮으며소비전력적음 단점 : 낮은조도에서노이즈많이발생하며화소마다증폭기를갖고있어서고정된패턴 ( 형태 ) 의노이즈발생 최근단점을상당부분극복하여 CMOS 채용한영상기기많이출시됨 CMOS 의구조및사진 ( 출처 : Wikiedia) 5

6 컬러표현 - 빛의 3 원색 RGB : 빛은빨강 (Red), 초록 (Green), 파랑 (Blue) 의 3원색으로이루어져있다. 모든영상은 3원색이서로다른비율로섞여서이루어지는색이다. CCD에서도각픽셀에서 RGB 3원색으로분리하여데이터를읽어낸다. 오늘날컬러표현에는다양한방식이있다. 컬러표현 - RGB v 빨강 (red), 초록 (green), 파랑 (blue) 빛의삼원색으로구성 v RGB는빛의특성상가산특성 (additive) 을갖는다 v RGB 시스템은빛을내는대부분의영상 (CRT, 디지털사진 ) 에서사용 v R + B = Magenta B v R + G = Yellow Blue v G + B = Cyan v R + G + B = White Magenta White 가산에의한컬러 Cyan Red Green Black Gray-Scale Green G Blue Red Yellow Gray-Scale R 6

7 RGB 에의한그림표현 원래영상 Red Image Green Image Blue Image 컬러표현 CMY/CMYK 청록색 (cyan), 자홍색 (magenta), 노랑색 (yellow) à RGB의보색관계 ( 반대되는색 ) CMYK는인쇄계열에서사용 CMY에서 CMYK로변환하는식 Red(255, 0, 0) Green(0, 255, 0) Blue(0, 0, 255) Cyan(0, 255, 255) Magenta(255, 0, 255) Yellow(255, 255, 0) K = min(c,m,y) C = C K M = M K Y = Y K Cyan Magenta Yellow Gray-Scale 감산에의한컬러 7

CMYK 에의한그림표현 원래영상 Black(K) Image Cyan Image Magenta

(I) 를사용하는모델 v 많은어플리케이션에사용, 특히머신비젼 (Machine Vision)

명도 : 0 ~ 1까지의 Z 축 H = cos é ê ê ê ë 1 ù [( R - G) +

3 S = 1- [min( R, G, B)] ( R + G + B) 1 I = ( R + G

8 CMYK 에의한그림표현 원래영상 Black(K) Image Cyan Image Magenta Image Yellow Image 컬러표현 HSI v 색상 (H), 채도 (S), 명도 (I) 를사용하는모델 v 많은어플리케이션에사용, 특히머신비젼 (Machine Vision) 에사용 v 색상 : 0 o ~ 360 o v 채도 : 0 ~ 1 까지의반지름 white v 명도 : 0 ~ 1까지의 Z 축 H = cos é ê ê ê ë 1 ù [( R - G) + ( R - B) ú ú 2 ( R - G) + ( R - B)( G - B) ú û S = 1- [min( R, G, B)] ( R + G + B) 1 I = ( R + G + B) 3 I green yellow cyan red blue magenta H black S 8

HIS 컬러모델 컬러표현 색차신호계 (YCbCr) 컬러 TV 방송규격 : 명도 Y와푸른정도를나타내는 Cb, 붉은정도를나타내는 Cr의 3성분으로표시함 RGB 색체계보다데이터를감소시킬수있는장점을지닌다 Y = 0.29900R + 0.

9 HIS 컬러모델 컬러표현 색차신호계 (YCbCr) 컬러 TV 방송규격 : 명도 Y와푸른정도를나타내는 Cb, 붉은정도를나타내는 Cr의 3성분으로표시함 RGB 색체계보다데이터를감소시킬수있는장점을지닌다 Y = R G B C b = R G B C r = R G B R = Y C r G = Y C b C r B = Y C b NTSC - National Television System Committee 방식 - 미국의텔레비전시스템위원회가제안한규격 - 주사선 : 525 개, 수평주파수 : 60 Hz - YIQ Color system 사용 PAL/ SECAM - Phase Alternation by line - Sequentiel a memoire - 주사선 625 개 - YUV color system 사용 9

10 색차신호계는어떻게데이터를줄이나? 일반적으로 4픽셀을하나의단위로취급각 4 픽셀에서색차신호계식에의해 RGB를휘도신호 (Y) 로바꾼다 4 픽셀의평균색차신호 Cb와 Cr을계산한다픽셀데이터가 4ⅹ3=12바이트에서 4+2=6바이트로 1/2로줄었다 (153,153,255) (204,236,255) (0,0,255) (0,153,0) RGB 영상 Red Green Blue ( 상호변환 ) 복원영상 Y Cb Cr YCbCr 모델 10

11 YIQ 와 YUV 컬러모델 YIQ 방식 n 북미와우리나라의텔레비전방송표준방식인 NTSC 시스템에서사용 YUV 방식 n 유럽의텔레비전방송표준방식인 PAL 시스템에서사용 색의밝기성분인명도 Y와색상성분인 IQ나 UV 분으로분해됨. 압축해도화질이떨어지지않는것은 YCrCb와똑같으며, 흑백텔레비전과도호환됨. 텔레비전방송에서컬러와흑백을동시에수행하면흑백텔레비전은명도성분의 Y만으로방송이가능함 YIQ 와 YUV 컬러모델 11

12 디지털신호의생성 아날로그 (analog) 신호 n 시간에대하여연속적인신호 n 자연계의신호 디지털신호 n 불연속신호 n 아날로그신호로부터디지털화과정으로얻어짐 n 디지털과정을거침 표본화 (Samling), 양자화 (Quantization), 부호화 (Coding Ste) 의 3 단계 표본화 연속된신호파형에서일정한시간간격으로값을취해불연속적인신호로변환하는것 표본화정리 (Samling Theory) n 아날로그신호에있는최대주파수의두배이상으로표본화하면원아날로그신호로복원할수있어정보손실없이재생이가능함. 12

13 양자화 표본값을디지털장치나컴퓨터에서표현할수있는근사값으로변환하는과정 부호화 양자화된표본값을디지털정보로표현 이진수로값을표현하는것 13

14 아날로그신호의디지털화과정 디지털영상신호 14

15 디지털영상신호 아날로그영상에서공간적, 시간적으로연속되는밝기강도 (Intensity) 의주사선을따라이산적인점을추출하는것 아날로그영상의연속적인명도를별개의이산적인점으로분리함 표본화로생성한이산적인점이디지털영상을구성하는최소단위 (= 화소 (Picture element), 픽셀 (Pixel), 펠 (Pel)) 영상신호의표본화 15

16 영상신호의양자화 디지털영상해상도 (1) l 디지털영상 : 디지털영상은픽셀이라고하는작은점들로구성됨 l 픽셀 : 명암과색상을가지고있는작은점 ( 화소 : 畵素 ) l l 2차원배열 : 디지털영상은픽셀들이가로세로의 2차원평면구조로구성해상도가높을수록선명한영상을얻을수있으며영상의분해능과관련이있음픽셀 <400ⅹ400 해상도 > <40ⅹ40 해상도 > 16

4,000,000 개의화소를갖게되므로 4 백만화소급 CCD 라함 컬러깊이 (Color Deth) Ø 컬러깊이란한픽셀에서나타낼수있는컬러의수가몇인가를나타내는단위 Ø 컬러깊이단위 : 일반적으로단색, 16 색, 256 색,

17 디지털영상해상도 (2) 디지털영상의확대 Ø 디지털영상의해상도가충분히크지않은경우에확대하면아래그림 과같이픽셀의크기가확대되어원하는확대영상을기대하기어려움 <400ⅹ400 해상도 > <40ⅹ40 해상도 > 디지털영상해상도와컬러깊이 CCD 와해상도 Ø Ø CCD 는가로와세로를일정한간격으로분리하여각소자에서 1 픽셀씩데이터를받는장치로서분해된숫자에의해해상도가결정됨 예 : 가로, 세로분해개수가각 2,000 개씩이면 4,000,000 개의화소를갖게되므로 4 백만화소급 CCD 라함 컬러깊이 (Color Deth) Ø 컬러깊이란한픽셀에서나타낼수있는컬러의수가몇인가를나타내는단위 Ø 컬러깊이단위 : 일반적으로단색, 16 색, 256 색, 65,536 색, 16,777,216 색등으로나타내는데이는픽셀당몇 bit 으로이루어졌는가에따라좌우됨 Ø 단색 =1bit, 16 색 =4bit, 256 색 =8bit, 65,536 색 =16bit, 16,777,216 색 =24bit 으로이루어짐 17

그러므로 1000ⅹ1000ⅹ1Byte=1,000,000Bytes, 즉 1MBytes 65,536 색 : 2Byte/Pixel 이므로 256 색의 2 배즉 2MBytes 16,777,216 색 : 3Byte/Pixel 이므로 256 색의 3 배즉 3MBytes 디지털영상데이터의구조 - 흑백영상

18 디지털영상해상도와컬러깊이 영상의크기와해상도및컬러깊이와의관계 (1000ⅹ1000 의경우 ) Ø Ø Ø Ø Ø 단색 : 1bit/Pixel 이므로 1000ⅹ1000ⅹ1bit=1,000,000bit 이되며 1Byte=8bit 이므로 125,000 byte 가된다. 그러므로 125kBytes 의데이터량이됨 16 색 : 4bit/Pixel 이므로단색의 4 배, 125,000ⅹ4=500,000Byte 즉 500kBytes 256 색 : 8bit/Pixel 이므로 1Byte/Pixel 과같다. 그러므로 1000ⅹ1000ⅹ1Byte=1,000,000Bytes, 즉 1MBytes 65,536 색 : 2Byte/Pixel 이므로 256 색의 2 배즉 2MBytes 16,777,216 색 : 3Byte/Pixel 이므로 256 색의 3 배즉 3MBytes 디지털영상데이터의구조 - 흑백영상 흑백영상은흰점과검은점만으로이루어진영상이다. 그러므로흰점은 1, 검은점은 0 으로구성되며 1bit/ixel 이므로 8ixel 이 1Byte 로이루어지는특징이있다 f ff fd 7f ff fd 70 0f fd 77 e7 fd < 원영상 > <Bit 로표현한영상 > < 영상데이터 > 18

256 레벨회색음영영상 (Gray Scale Image) 회색음영영상은흑백영상으로빛의세기를 0~255 즉, 256 단계로표현한영상이다.

255 191 127 116 100 80 135 85 76 107 102 108 55 89 89 97 96 105 71 77 46 1ixel 의값 74 64 50 87 55 4c 6b 66 6c 37 59 59 61 60 69 47

19 256 레벨회색음영영상 (Gray Scale Image) 회색음영영상은흑백영상으로빛의세기를 0~255 즉, 256 단계로표현한영상이다. 흰색은 255, 회색은 127, 검은색은 0 으로나타내며 1 픽셀당 8bit 즉 1Byte 의데이터가필요하다 ixel 의값 c 6b 66 6c d 2e <10 진법표현 > <16 진법표현 > 64 0 Gray-Scale 256 컬러인덱싱영상 (Indexing Image) 영상은팔레트의위치정보를갖고있으며팔레트는각인덱스에대해 RGB 색깔정보따로관리. 그러므로영상에따라팔레트는모두다름 <256 색영상 > <256 개의팔레트 > < 팔레트의위치정보 > ind : (R,G,B) 이픽셀의색정보가아닌팔레트의위치정보를갖고있다 ( 픽셀값은 67) 0 : (0, 0, 0) 1 : (255,255,255) 2 : (0, 0, 2) 3 : (145, 39,40) ; 66 : (23,42,110) 67 : (55,73,143) 68 : (23,40,80) ; < 팔레트위치에따른 RGB 정보 > 19

20 RGB 영상 (RGB Image) RGB 영상데이터는팔레트를따로관리하지않고데이터자체가그픽셀의색깔을나타낸다. 그러므로 1 픽셀을나타내기위해서 3Byte 의데이터필요 진수표현 bd 2e 27 c4 3c 32 a4 2a 14 a3 12 0b 9b b1 1d b 0e a2 1a e 0e 52 1e 진수표현 1c

그룹웨어와 XXXXX 제목 예제

그룹웨어와 XXXXX 제목 예제 데이터통신 부호화 (encoding) 부호화 (Encoding) 의개념 정보 Encoder 신호 1 Digital - to - Digital 2 Analog - to - Digital 3 Digital - to - Analog 4 Analog - to - Analog 2 1 Digital-to-Digital Encoding Digital 정보를 Digital