[디지털 영상처리] 화소 영역 처리

화소 영역 처리

화소의 원값이나 위치를 바탕을 화소 값을 변경하는 화소의 점 처리와 달리 해당 입력 화소뿐만 아니라
그 주위의 화소 값도 함께 고려하는 공간 영역 연산을 의미합니다.
회선 기법으로 수행하므로, 화소의 영역 처리를 회선 처리 또는 컨벌루션 처리라고 합니다.
원시 화소와 이웃한 각 화소에 가중치를 곱한 합을 출력 화소로 생성합니다.

Output_pixel[x, y]: 회선 처리로 출력한 화소
I[m, n]: 입력 영상의 화소
M[m, n]: 입력 영상의 화소에 대응하는 가중치

엠보싱 효과

입력 영상을 양각 형태로 보이게 하는 기술

 

블러링

영상의 세밀한 부분을 제거하여 영상을 흐리게 하거나 부드럽게 하는 기술
영상의 세밀한 부분은 주파수 축에서 보면 고주파 성분인데, 블러링은 이 고주파 성분을 제거해 줌
사용하는 가중치의 회선 마스크는 저역통과 필터가 됨

샤프닝

블러링과는 반대로 디지털 영상에서 상세한 부분을 더욱 강조하여 표현
영상의 상세한 부분은 고주파 성분이므로 영상에서 저주파 성분만 제거하면 샤프닝 효과를 얻을 수 있음
사용되는 가중치의 회선 마스크는 고역통과 필터가 됨

 

경계선 검출

디지털 영상의 경계선을 찾아내는 기술
경계선은 영상의 밝기가 낮은 값에서 높은 값으로 또는 높은 값에서 낮은 값으로 변하는 지점에
있으므로 입력한 영상의 정보가 많이 필요

 

회선 처리의 원리

현재화소와 이웃화소들에 마스크를 곱해서 그 값들의 합을 출력화소에 넣습니다.
이를 모든 화소에 적용합니다.


회선의 경계 부분 처리

화소의 영역을 처리하려면 이웃 화소가 있어야 하지만 시작이나 끝부분에는 주변 화소가 없음
회선 마스크에 대응할 요소가 없는 영상을 처리하는 방법을 경계 부분 처리라고 합니다.

0 삽입

회선 마스크에 대응되는 빈 영상의 화소 값을 모두 0으로 가정해서 회선을 수행하는 방법
0으로 설정해서 영상의 경계 부분에서 정확한 회선 처리가 불가능하므로 손실이 발생함
프로그램을 단순하게 구현할 수 있다는 장점이 있음

중첩 부분에서만 회선 수행

회선 마스크와 영상이 완전하게 중첩되는 위치에서 회선을 시작하도록 하는 방법
중첩 부분에서 회선 수행이 끝나면 경계 부분은 입력 영상과 같은 화소 값을 복사해서 사용
경계 부분은 회선 처리가 되지 않아 모든 영역이 회선 처리된 영상의 새로운 화소값을 얻을 수 없음

영상의 크기를 조정하여 회선 수행

영상의 시작과 끝 부분이 연결된 것으로 처리하는 방법

 

회선 마스크의 특징

주변 화소의 값을 각 방향에서 대칭적으로 고려해야 함
회선 마스크의 크기는 행과 열 모두 홀수의 크기를 사용
회선 처리 기법으로 생성된 출력 영상은 밝기 에너지를 보존해야 하므로
영상의 평균 밝기를 원 영상과 똑같이 유지해야 함

 

엠보싱 

회선 처리를 이용한 가장 기본적인 영상처리 방법
경계선 검출 기법에서 사용되는 회선 마스크를 사용
적절하게 구분된 경계선으로 영상이 볼록한 느낌을 갖게 됨

컬러 영상의 회선 처리

컬러 영상은 R,G,B 채널 세 개를 이용해 다양한 색을 표현하므로 이 채널을 응용하여 회선 처리 수행

독립 채널별 회선 수행

RGB컬러 영상을 R, G, B 채널로 분리하여 채널별로 각각 회선을 수행한 뒤
회선 처리된 각 채널을 다시 조합해서 회선된 컬러 영상 생성
RGB 컬러 영상은 채널 세 개를 조합해서 색을 표현하므로 회선 과정에서
아주 작은 오류만 발생해도 조합된 회선에서 정확한 결과를 만들지 못함

HSI 컬러 모델로 변경 후 회선 처리

RGB 컬러 영상을 우선으로 해서 HSI 컬러 모델로 변환하여 색상, 명도, 채도 성분을 얻음
밝기 성분인 명도 부분만 회선 처리를 수행하고 나머지 두 성분은 수행하지 않음
마지막으로 HSI는 다시 RGB 컬러 영상으로 변환됨
색상에서 회선 처리를 하지 않아 원 영상의 색상 부분이 그대로 보존되므로
독립 채널별로 회선을 처리하는 방법보다 정확

블러링 회선 마스크

블러링 회선 마스크는 모든 계수가 양수로 전체 합은 1
디지털 영상에서 세세한 부분은 화소 값이 극단적인 값에 속함.
이 극단적 값을 제거하는 대표적인 방법이 평준화로, 평균값으로 대체하는 것
블러링 회선 마스크의 계수는 평균을 구하는데 사용되므로 모두 값이 같음

 

가우시안 스무딩 필터링 처리

영상의 세세한 부분을 제거하여 부드럽게 하므로 스무딩 처리라고도 함

σ에 따른 가우시안 함수 그래프

σ값이 클수로 높이는 낮지만 폭은 넓어지므로 많은 저주파 성분을 통과시킴
σ값이 작을 수록 적은 저주파 성분만 통과시킴

가우시안 필터

가우시안 함수를 표본화하여 마스크의 계수를 결정
모든 계수는 양의 값으로 합은 1

 

샤프닝

블러링과는 반대되는 효과를 보이는 기법, 영상 강화라고도 함
고주파에 해당하는 상세한 부분ㅇ르 더욱 강조하여 대비 효과를 증가시킴
흐린 영상을 개선하여 선명한 영상을 생성하는 데 주로 사용됨

 

화소 영역 처리.pptx

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