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chapter 04 화소 점 처리

 

1. 화소 점 처리의 개념

 

1) 화소

• 색의 밝기 값을 디지털로 표현한 데이터

화소의 십진수 값	화소의 이진수 값	표현되는 밝기
0	0000 0000	검정색
63	0011 1111	어두운 회색
127	0111 1111	회색
191	1011 1111	밝은 회색
255	1111 1111	흰색

 

2) 화소 점 처리

• 원 화소의 값이나 위치를 바탕으로 단일 화소 값을 독립적을 변경하는 기술
• 다른 화소의 영향을 받지 않고 단순히 화소 점의 값만 변경하기 때문에, 포인트 처리라고도 함
• 대표적 기법 : 산술연산, 논리연산, 반전, 광도보정 등

 

 

2. 디지털 영상의 산술 연산

 

1) 산술 연산

• 디지털 영상의 각 화소 값에서 임의의 상수 값으로 사칙연산(+,-,*,/)을 수행하는 것

산술 연산 - 사칙 연산 별 비교

 

덧셈 산술 연산 주요 코드

덧셈 산술 연산 전/후 비교 (상수 : 30)

 

2) 산술 연산의 문제점과 해결 방법

• 산술 연산의 결과 값은 화소의 최대값과 최소값을 넘을 수 있음
• 해결 방법 : 클램핑 기법, 랩핑 기법

 

3) 클램핑 기법

• 연산의 결과 값 < 최소 값 à 연산의 결과 값 = 최소 값
• 연산의 결과 값 > 최대 값 à 연산의 결과 값 = 최대 값
• 8비트 그레이 영상의 최소 값과 최대 값은 0, 255이므로, 음수 값은 0으로, 255 초과 값은 255로 설정

클램핑 기법 그래프

 

4) 랩핑 기법

• 연산의 결과 값 < 최소 값 à 연산의 결과 값 = 최소 값
• 연산의 결과 값 > 최대 값 à 연산의 결과 값 = 최소 값부터 최대 값까지를 주기로 하여 반복
• 예1) 연산의 결과 값 = 최대 값 + 1 à 연산의 결과 값 = 최소 값
• 예2) 연산의 결과 값 = 최대 값 + a à 연산의 결과 값 = a - 1

랩핑 기법 그래프

 

 

3. 디지털 영상의 논리 연산

 

1) AND 논리 연산

• 원하는 비트를 선택적으로 0으로 만드는 기능 수행 (Mask 연산이라고도 함)

AND 연산 예

AND 연산 주요 코드

AND 연산 전/후 비교 (상수 : 128)

 

2) OR 논리 연산

• 원하는 비트를 선택적으로 1으로 만드는 기능 수행 (Selective-set 연산이라고도 함)

OR 연산 예

 

3) XOR 논리 연산

• 입력이 다를 때만 1을 출력 (Compare  연산이라고도 함)
• 일반 영상에서 특정 화소 값을 찾는 데 활용됨

XOR 연산 예 (상수 : 128)

4) NOT 논리 연산

• 화소 비트를 반전시킴
• 검정색 -> 흰색, 흰색 -> 검정색

NOT 연산 예

 

 

4. 디지털 영상의 다양한 화소 점 처리 기법

 

1) 화소 점 처리의 일반화 식

• P : 입력 영상 화소 값
• T : 화소 값을 변환하는 매개
• q : 값을 변환하여 얻는 출력 화소 값

 

2) 기법 종류

• 명암 변환
• 명암 대비 변환
• 경계 값을 이용한 처리
• 범위 강조 변환

 

5. 명암 변환 (Intensity Transform)

 

1) 명암 변환

• 말 그대로, 밝기를 변경하는 변환 기법
• 미리 지정된 변환 함수를 바탕으로, 입력 영상의 이전 화소를 새로운 화소로 변환하는 점 처리 기법
• 종류 : 널 변환, 영상 반전 변환, 감마 보정

 

2) 널 변환 (Null Transform)

• 입력 영상을 출력 영상으로 변환해도 변화가 없는 것
• 단순히, 입력 화소를 출력 화소로 바꾸는 변환

널 변환 예

 

3) 영상 반전 변환 (Negative Transform)

• 사진학적 역변환을 말함
• 각 화소의 값이 영상 내에 대칭이 되는 값으로 변환

영상 반전 변환 예

영상 반전 변환 주요 코드

영상 반전 변환 전/후 비교

 

 

4) 감마 보정 (Gamma Transform)

• 입력 값을 조정하여 출력을 제대로 만드는 과정을 말함
• 감마 값에 따라, 영상을 밝게 하거나 흐리게 조절할 수 있음
• 감마 값 > 1 -> 어두워짐
• 감마 값 < 1 -> 밝아짐

감마 보정 그래프

감마 보정 참고 자료

 

 

6. 명암 대비 변환 (Intensity Contrast Transform)

 

1) 명암 대비 스트레칭 (Intensity Contrast Stretch)

• 밝기 차이를 크게 하는 것
• 가장 밝은 값 -> 최대한 밝게
• 가장 어두운 값 -> 최대한 어둡게
• 높은 명암 대비를 보이는 영상을 생성하는 것

명암 대비 스트레칭 그래프

 

 

2) 명암 대비 압축 (Intensity Contrast Compress)

• 밝기 차이를 작게 하는 것
• 가장 밝은 값 -> 최대한 어둡게
• 가장 어두운 값 -> 최대한 밝게
• 낮은 명암 대비를 보이는 영상을 생성하는 것

명암 대비 압축 그래프

 

 

 

7. 경계 값을 이용한 처리

 

• 주어진 경계 값으로 화소 값을 그룹화하여, 결과적으로 화소 값의 수를 감소시킴
• 종류 : 포스터라이징, 이진화

 

1) 포스터 라이징 (Posterizing)

• 영상 속 화소의 명암 값의 범위를 경계 값으로 축소하는 기법

8비트 그레이 레벨 영상(a)에 경계 값을 8로 적용한 영상(b)

 

2) 이진화

• 영상 속 화소 값에 경계 값을 적용하여, 두 개만 있는 영상으로 변환하는 기법

이진화 예

 

 

8. 범위 강조 변환

 

• 일정 범위의 화소는 강조하고, 나머지 부분은 그대로 유지하는 기법
• 원하는 부분이 다른 부분에 비해 도드라져 보임

범위 강조 변환 예

 

범위 강조 변환 주요 코드

범위 강조 변환 전/후 비교 (범위 : 100 ~ 150)