Introductory Image Processing

(1)

제 2 장 영상의 디지털화

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Prof. Doo-Hyun Choi

Introductory Image Processing

In this lecture?

 영상 모델

 그레이 영상 (Gray image)

 컬러 영상 (Color image)

 영상의 디지털화

 영상의 표본화

 영상의 양자화

 디지털 영상 신호의 저장

 디지털 영상의 데이터 양

 디지털 영상의 파일 저장 양식

 BMP 파일 / PCX 파일 / TIFF 파일 / GIF 파일 / JPG 파일 / PNG 파일 / Etc.

(2)

Introductory Image Processing Lecture Note 02

IISL, School of Electronics Engineering, KNU (3/12)

영상 모델

 그레이 영상 (Gray Image)

 영상: 빛의 세기를 2차원 함수 f (x, y)로 나타낸 것 f (x, y): 공간좌표 (x, y)에서 빛의 강도, 영상의 밝기.

 조명성분 i (x, y), 반사정도 r (x, y), f (x, y) = r (x, y) i (x, y) 여기서, 0< f (x, y) <∞, 0< i (x, y) <∞, 0< r (x, y) <1

 명암도 l, L_min < l < L_max 여기서, L_min < r_mini_min. L_max < r_maxi_max

l ∈[Lmin, L_max]  [0, L], 즉, [검정, 흰색]의 회색조, 8비트의 경우엔 [0, 255]

 컬러 영상 (Color Image)

 RGB 각각의 명암도로 표현됨.

) , ( yx f

) , ( yx i

) , ( yx r

영상의 디지털화 (1/5)

 영상의 디지털화

 표본화 (sampling): 공간적 디지털화

 양자화 (quantization): 명암도의 디지털화

 1차원 신호의 디지털화 = 시간 디지털화 (sampling) + 크기 디지털화 (quantization)

연속시간+연속값 t 크기

아날로그 신호

t 크기

이산시간+연속값 이산 신호

t 크기

이산시간+이산값 디지털

신호 4

6 7

Binary Code 0100 0110 0111

(3)

영상의 디지털화 (2/5)

 영상의 표본화

 영상 f (x, y): M x N 의 이산크기의 배열, f (m, n): (m, n) 위치의 화소 값, pixel, pel

y

원점

x

f (x, y) (그레이레벨)

] 1 , 0 [ ], 1 , 0 [ , ) 1 , 1 ( )

1 , 1 ( ) 0 , 1 (

) 1 , 1 ( )

1 , 1 ( )

0 , 1 (

) 1 , 0 ( )

1 , 0 ( )

0 , 0 ( )

,

( ∈ − ∈ −

 





 





−

= m M n N

N M f M

f M

f

N f f

f

N f f

f n

m f







영상의 디지털화 (3/5)

 다양한 공간 해상도의 Lena 영상들

256 x 256 64 x 64

32 x 32 8 x 8

128 x 128

16 x 16

(4)

영상의 디지털화 (4/5)

 영상의 양자화

 명암도 l ∈[Lmin, L_max]  [0, L], 8비트의 경우 l ∈ [0, 255] 256 단계의 명암도

 인간 눈: 500 단계의 명암 해상도 (9비트)

 CRT 디스플레이: 4-8 비트

 인쇄: 3-4 비트

 계측 장비: 고 명암 해상도가 필요함.

영상의 디지털화 (5/5)

 다양한 명암 해상도의 Lena 영상들

256 명암도 128 명암도 64 명암도 32 명암도

16 명암도 8 명암도 4 명암도 2 명암도

(5)

디지털 영상 신호의 저장(1/2)

 디지털 영상의 데이터 양

 정지 영상의 데이터 양 = 수평 방향 화소 수 x 수직방향 화소 수 x 화소당 비트 수

 예1: 영상의 크기: 512 x 512, 화소 당 256 명암도의 흑백 영상

512 x 512 x 8 = 2,097,152 bit or 2⁹ x 2⁹ x 2³ / 2³ = 256KBytes

 예2: 영상의 크기: 512 x 512, 화소 당 R,G, B 각각 256 명암도의 컬러 영상 3 x 256KB = 768KBytes

 초당 동영상의 데이터 양 = 정지영상의 데이터 양 x 초당 프레임 수

 예1: 영상의 크기: 512 x 512, 화소 당 256 명암도의 흑백 영상을 초당 30 프레임 처리 한다면

256KB x 30 = 7,680KB = 7.5MBytes

 예2: 영상의 크기: 512 x 512, 화소 당 R,G, B 각각 256 명암도의 컬러 영상을 초당 30 프레임 처리한다면

7.5M x 3 = 22.5MBytes

디지털 영상 신호의 저장(2/2)

 디지털 영상의 저장 형식

 BMP 파일

 장치 종속적 비트맵 (DDB: Device Dependent Bitmap)

 영상의 출력 속도를 높일 수 있으나 시스템에 따라 색이 다르게 표현된다.

 장치 독립적 비트맵 (DIB: Device Independent Bitmap)

 파일헤더에 색 정보를 포함하므로 장치에 무관하게 항상 일정한 색으로 표현됨.

 PCX 파일

 Paintbruth 프로그램을 개발한 Zsoft사에서 제안

 영상 데이터는 라인 별로 Run length Encoding 되어 있다.

 TIFF 파일

 Tagged Image File Format의 약자

 스캐너 판매자와 desktop publishing s/w를 위해 엘더스사와 마이크로소프트사가 공동 개발

 이종 컴퓨터간의 데이터 호환을 위해 개발된 형식

 GIF 파일

 Graphic Interchange Format의 약자

 미국의 CompuServe사에서 1987년 데이터 전송 및 화상 압축과 복구를 위해 규정한 방식

 수정된 LZW 압축 방식사용

 높은 압축률과 빠른 실행 속도가 장점.

(6)

Practice Lecture 2

 512 x 512 256 gray Lena 영상의 해상도를 변경.

 공간해상도 변화 (256 x 256, 128 x 128, 64 x 64, 32 x 32, 16 x 16)

 강의노트 6페이지 참조

 명암해상도 변화 (256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2)

 강의노트 8페이지 참조

 Sampling theorem에 대해 조사하고 정리하시오.

 BMP 파일의 내부구성(헤더 및 데이터)에 대해 조사하고 정리하시오.

 GIF의 압축 표준인 LZW에 대해 조사하시오.

 제출: [email protected] due to next Sunday.

Memo!