컴퓨터에서 이미지 표현 - keompyuteoeseo imiji pyohyeon

한국방송통신대학교 컴퓨터과학과

2021. 7. 10.

이미지 (image) : 장치를 통해 입력된 그림 등 시각 정보

그래픽 (graphic) : 컴퓨터 소프트웨어를 통해 만들어진 인위적인 그림

이미지 (image)

• 영상 또는 화상이라는 용어와 혼용해서 사용
• 다양한 표현 방법과 처리 방법
• 데이터 압축 방법에 따라 여러 가지 형태의 파일

픽셀 (picxel)

• 화면을 구성하는 기본 단위
• '화소'라고 표현
• 이미지는 픽셀 단위의 집합으로 표현, 저장 = 비트맵 방법
• 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 값을 배합여 표현시켜 표현
• 각 픽셀에 할당된 비트 크기에 따라 픽셀이 가질 수 있는 컬러 종류가 정해짐 - 작을수록 적은 컬러

비트수 와 색상

• 1비트 : 2색, 흑백
• 4비트 : 16색, 팔레트(인덱스 컬러) 

        그레이 스케일 or 컬러로 작업할 경우 비트 심도(bit depth) 필요

• 8비트 : 256색, 회색의 음영, 팔레트(인덱스 컬러) - gif에서 쓰이는 방식
• 16비트 : 65,536색, 하이컬러(R:G:B=5:5:5) - 원본 이미지와 거의 동일한 이미지
• 24비트 : 16,777,216색, 트루컬러(R:G:B=8:8:8)
• 32비트 : 16,777,216색 + 8비트 알파채널, 트루컬러 + 알파채널

알파채널 : RGB외의 256단계의 투명도 채널, 색상 정보 없음

• 투명도 0 = 100%불투명
• 투명도 255 = 100%투명

해상도

• 이미지의 선명함을 표현하는 수치
• 단위 길이당 표시할 수 있는 픽셀
• dpi(dot per inch)단위
• 장치 해상도 : 출력장치의 단위면적 당 표현 가능한 픽셀 수
• 이미지 해상도 : 이미지 자체 해상도

이미지 표현

레스터 방식

• 이미지를 픽셀 단위로 표현
• 비트맵 방식
• 파일 크기는 해상도에 비례
• 화면 확대 시 화질 떨어짐, 계단현상 발생(aliasing현상)

벡터 방식

• 점과 점 사이를 연결하여 구성하는 방식
• 대상체를 수학적으로 기술한 집합 형태
• 래스터 방식에 비해 적은 메모리 차지
• 이미지의 해상도가 출력장치에 무관 - 크기 변경에도 손실 없음
• 해상도가 높음

컬러 모델

• 디지털 환경에서 컬러를 표현하는 방법
• 색 공간을 의미
  • 색 공간 : 색의 색상, 명도, 채도를 3차원 공간의 좌표로 나타낸 것
• 색의 속성을 3차원 좌표 시스템에 대응하여 컬러 표현
• 종류
  • RGB
  • CMY(K)
  • HSV(HSB), HSL, HIS
  • YIQ, YUV, YCbCr

RGB 모델

• 빛의 3원색 : Red, Green, Blue
• 모니터 색상에 기초
• 가산혼합방식

CMY(K)모델

• Cyan, Magenta, Yellow
• 감산혼합방식
• 인쇄출력물과 관련
• CMYK에는 Kappa(검정)이 추가
  • 검정색을 위해 CMY를 혼합하면 잉크 낭비와 이상적인 색을 표현하기 어려워 검정색 잉크를 따로 사용

HSV(HSB)모델, HSL모델, HIS모델

• 인간의 직관적 시각에 기초
• '낮은 명도에서는 채도의 변화가 크지 않다'
• HSV(HSB) : 색상 Hue, 채도 Saturation, 명도 Value 
  • 색상 Hue, 채도 Saturation, 명도 Brightness라고도 함
  • 원뿔 모양의 좌표계 색공간
• HSL : 색상 Hue, 채도 Saturation, 명도 Lightness
  • 원뿔 두 개를 사용한 좌표계 색공간
• HSI : 색상 Hue, 채도 Saturation, 강도 Intensity
  • 영상 처리 분야에서 주로 사용

YIQ모델, YUV모델, YCbCr모델

• Y = 휘도, C = 색차를 이용
• YIQ모델, YUV모델
  • 인간의 시각 시스템은 채도보다 휘도에 잘 반영한다는 점을 반영
  • TV 방송에 적합
  • YIQ 모델 : NTSC방식에 적용, 과거 아날로그 방송 시스템에서 사용된 컬러 모델
  • YUV 모델 : PAL방식에 적용
• YCbCr모델
  • 색차 정보
    • Cb = 푸른 정도
    • Cr = 붉은 정도
  • JPEG와 같은 압축방식에 사용

이미지 처리(image processing)

• 그림을 컴퓨터 기술로 처리하는 학문 분야
• 포인트 처리, 영역 처리, 기하학 처리, 프레임 처리

포인트 처리

• 화소의 원래 값이나 위치를 기반으로 화소 값을 변경
• 그레이 영상 : 영상의 밝기 값 조절 (검은색 0 ~ 흰색 255)
• 히스토그램(histogram)
  • 영상의 명암 값 분포를 보여주는 도구 (가장 기본적인 방법)
  • X축 = 화소의 밝기, Y축 = 화소의 빈도
  • 히스토그램 평활화 : 영상의 밝기 값 분포를 균일하게 하는 방법 > 영상 개선

영역 처리

• 화소의 원래 값과 이웃하는 화소 값을 기반
• 블러링(bluring)
  • 영상의 노이즈 제거
  • 원본의 미세한 정보를 없애 영상 외곽의 선명도가 떨어짐
• 에지 추출(edge detection)
  • 영상의 윤곽 추출

기하학적 처리 : 화소들의 위치나 배열을 변화시키는 방법

프레임 처리 : 두 개 이상의 영상들에 대한 연산을 기본으로 화소값을 생성하는 방법

내용 출처

-      

한국방송통신대학교

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