5 장비트맵 이미지

5.1 해상도

5.2 이미지 압축

5.3 이미지 조작

5.4 기하학적 변환

2014-1 학기1 멀티미디어시스템

비트맵 이미지 래스터 그래픽 (raster graphic) 이라고도 함 . 이미지 내의 모든 픽셀 값을 저장 . 종종 외부 소스로부터 만들어지기도 함 .

스캐너 , 디지털 카메라 , … 등 페인팅 프로그램들은 재질 , 붓 놀림 , … 등이

자연스러운 이미지를 직접 만들 수 있음 .

2014-1 학기2 멀티미디어시스템

장치 해상도 프린터 , 스캐너 : 단위 길이 당의 도트 수로 나타냄 .

보통은 dot per inch (dpi) 로 표시함 . 데스크 탑 프린터는 600dpi, 책의 해상도는 1270dpi,

스캐너는 300–3600dpi, … 등임 . 비디오 , 모니터 : 픽셀 차원으로 나타냄 .

PAL TV 는 768x576 픽셀 , 17" CRT 모니터는 1024x768 픽셀 , … 등

dpi 는 스크린의 물리적 크기에 의존함 .

2014-1 학기3 멀티미디어시스템

이미지 해상도

픽셀들의 배열은 픽셀 차원 (pixel dimension) 을 가짐 . 그러나 , 물리적 차원 (physical dimension)은 아님 .

디스플레이 되는 크기는 출력 장치의 해상도 (dpi)에 의존함 . 물리적 차원 = 픽셀 차원 / 장치해상도

원래 이미지의 크기를 유지하도록 하기 위해 이미지 파일 내에 이미지 해상도 (image resolution) (ppi)를 저장할 수 있음 . 장치 해상도 /이미지 해상도 의 비율로 스케일링

2014-1 학기4 멀티미디어시스템

해상도 변경

만약 , 이미지 해상도 < 출력장치 해상도이면 , 추가되는 픽셀들에 대해서 보간을 해야 함 . 항상 품질의 저하 초래

만약 , 이미지 해상도 > 출력장치 해상도이면 , 반드시 다운샘플 해야 함 .( 픽셀들을 버림 ) 보통 , 이미지 품질은 장치 해상도보다 더 좋아짐 .( 더

많은 정보를 사용하므로 ) 사용할 출력장치의 해상도보다 더 높은 해상도로

샘플링 한 것을 오버샘플링 (oversampling) 이라 함 .

2014-1 학기5 멀티미디어시스템

압축 (Compression) 이미지 파일들은 , 비록 낮은 해상도인 경우라도 ,

네트워크 전송을 하기에 너무 큼 . 더 복잡한 데이터 표현 방법을 사용하거나 , 정보를

버리면 데이터 크기가 줄어듦 . 압축의 효율성은 실제의 이미지 데이터에 달려 있음 . 어떠한 압축 기법에서도 항상 , 일부의 데이터는

압축된 것이 원래의 데이터보다 더 클 수 있음 .

2014-1 학기6 멀티미디어시스템

무손실 압축 항상 압축된 데이터를 풀 수 있고 , 압축되지 않은

원래의 데이터를 정확히 얻을 수 있음 . 데이터는 단지 더 효율적으로 정렬될 뿐이며 , 어떤 것도

없어지지 않음 . 런 - 길이 인코딩 ( Run-length encoding ; RLE) 허프만 코딩 (Huffman coding) 사전 –기반 기법들 (Dictionary-based schemes) :

LZ77, LZ78, LZW (LZW 는 GIF 에서 사용 , 라이선스 요금 지불해야 함 .)

2014-1 학기7 멀티미디어시스템

JPEG 압축 손실 기법 , 사진이나 세밀한 표현의 연속적인

색조를 가진 이미지에 적합함 . 이미지를 공간적으로 변화하는 신호로 간주하므로 ,

주파수 영역에서 분석할 수 있음 . 실험적인 사실 : 사람들은 이미지에 들어있는 높은

주파수의 효과에 대해 정확하게 인식하지 못함 . 따라서 , 높은 주파수 정보는 품질의 인지적 손실

없이 버릴 수 있음 .

2014-1 학기8 멀티미디어시스템

DCT Discrete Cosine Transform

푸리에 변환 (Fourier Transform) 과 유사 , 신호를 주파수 성분들에 의해 분석함 .

픽셀 배열의 값을 취하고 , 이미지 내의 주파수 성분들의 계수를 배열로 만듦 .

계산 비용이 많은 처리 과정임 : 시간은 픽셀 수의 제곱에 비례함 . 픽셀들의 8x8 블록에 대해 적용함 .

2014-1 학기9 멀티미디어시스템

JPEG – 양자화

DCT 를 적용하는 것이 데이터 크기를 감소시키지는 않음 . 계수들의 배열은 픽셀들의 배열과 크기가 같음 .

정보 중에서 높은 주파수 성분들을 구분하여 제거함 .

높은 주파수 성분들은 더 적은 비트를 사용함 . 각각의 주파수 성분들에 대한 레벨의 수는 양자화

매트릭스에서 분리하여 지정할 수 있음 .

2014-1 학기10 멀티미디어시스템

JPEG – 인코딩 양자화 후에는 , 0 의 계수가 매우 많아짐 .

지그재그 순서 (zig-zag sequence) 로 RLE 를 적용함 .( 지속 개수를 최대로 하기 위해 )

다른 계수들은 허프만 코딩을 사용함 .( 사용 가능한 비트들을 가장 잘 이용하기 위해 )

2014-1 학기11 멀티미디어시스템

JPEG – 복원 반복되는 0 과 허프만 코딩된 계수들을 복원하여

주파수 계수들의 배열로 재구성함 . 역 DCT(Inverse Discrete Cosine Transform)

변환을 사용하여 , 데이터를 주파수 영역에서 공간 영역으로 바꿈 .

압축 과정의 양자화 단계에서 무시된 데이터는 복구될 수 없음 .

복원된 이미지는 원래 이미지에 대한 개략적인 것임 .( 보통 , 품질은 매우 좋음 .)

2014-1 학기12 멀티미디어시스템

압축 결함 만약 , 품질을 낮게 설정하면 ( 즉 , 거친 양자화를

하면 ), 8 x 8 블록 사이의 경계선이 보이게 됨 . 만약 이미지에 날카로운 윤곽이 있으면 , 이

부분들은 흐릿해짐 . 사진 이미지의 경우 , 이것은 거의 문제가 되지 않지만 텍스트의 경우에는 특히 문제가 됨 .

텍스트나 컴퓨터로 만든 이미지에는 손실 없는 방법을 사용하는 것이 좋음 .

2014-1 학기13 멀티미디어시스템

이미지 조작

사진을 변화시키는 암실 기술들과 유사한 , 매우 많은 조작 방법을 사용할 수 있음 .

이미지의 결함 수정 . 적목 ('red-eye‘) 제거 , 콘트라스트 향상 , … 등

인공적으로 효과를 줌 . 필터 : 스타일을 바꿈 , 왜곡 시킴 , … 등

기하학적 변환 . 스케일 ( 해상도 변경 ), 회전 , … 등

2014-1 학기14 멀티미디어시스템

선택 (Selection) 구별되는 객체가 없음 . (벡터 그래픽과 대조적 ) 선택 툴은 픽셀들의 영역을 정의함 .

선택 영역을 그리거나 ( 펜 툴 , 올가미 ) 정형적인 도형을 선택 ( 사각형 , 타원형 , 1 픽셀의

marquee 툴 ) 색깔 /윤곽선에 기초한 선택 ( 마술 지팡이 , 자석 올가

미 ) 수정은 선택된 영역에만 국한됨 .

2014-1 학기15 멀티미디어시스템

마스크 (Mask) 선택되지 않은 영역은 , 마치 스텐실 (stencil) 에

의해 마스크 된 것처럼 , 보호됨 . 픽셀 당 1비트의 배열로 on/off 된 마스크를

표현할 수 있음 .(흑백 이미지 ) 회색조 이미지에 대해 일반화 시킨 것이 ( 반투명한 마스크 ) 알파 채널 (alpha channel) 임 . 선택 영역을 부드럽게 하고 앤티 앨리어싱 형태로 만듦 . 레이어 구성을 수정할 경우 , 레이어 마스크 (layer

mask) 처럼 사용 가능함 .

2014-1 학기16 멀티미디어시스템

픽셀 점 처리 픽셀에 대한 새로운 값을 이전 값으로부터 계산함 .

p' = f(p), f 는 매핑 함수 회색조 이미지에서 , ppp 는 밝기와 콘트라스트를

변경시킴 . 부족한 노출 , 잘못된 밝기 등 세밀한 부분을 보상 이미지의 일부를 수정하기 위해 마스크 사용 ( 즉 ,

그림자와 하이라이트 )

2014-1 학기17 멀티미디어시스템

Photoshop 의 수정 기술들 밝기와 콘트라스트 슬라이더들

선형적인 f 의 슬로프와 인터셉트 조정 레벨 다이얼로그

끝점들에 대해 흑백 레벨을 설정하여 조정 값을 눈으로 보고 선택할 수 있도록 , 이미지

히스토그램 ( image histogram) 사용 곡선 다이얼로그

그래프 f 의 모양을 상호작용적으로 수정

2014-1 학기18 멀티미디어시스템

픽셀 그룹 처리 픽셀의 예전 값으로부터 새 값을 계산하고 , 주변

픽셀들의 값을 계산함 . 필터링 동작들

픽셀 값들의 가중 평균치를 계산함 . 가중치들의 배열을 k/a 컨벌루션 마스크 배열 컨벌루션 k/a 에 사용된 픽셀들을 컨벌루션 커널이라

함 . 계산이 많이 소요되는 처리임 .

2014-1 학기19 멀티미디어시스템

블러링 (Blurring)

고전적인 단순한 블러링 동일한 가중치를 가진 컨벌루션 마스크

부자연스런 효과 가우스 (Gaussian) 블러링

점진적으로 계수가 감소되는 컨벌루션 마스크 ( 가우스의 종 곡선 ) 더 부드럽고 , 크기나 반경을 설정할 수 있음 .

2014-1 학기20 멀티미디어시스템

샤프닝 (Sharpening) 저주파수 필터링

3 x 3 컨벌루션 마스크 계수는 모두 -1 이며 , 중심만 9 임 .

날카로운 윤곽선을 만듦 . 무딘 (Unsharp) 마스킹

이미지를 복사하고 , 복사본에 가우스 블러링을 적용한 후 , 원래 이미지로부터 뺌 . 이미지 형태를 향상시킴 .

2014-1 학기21 멀티미디어시스템

기하학적 변환

스케일링 , 회전 , … 등 벡터 그래픽에서는 간단한 작업임 . 비트맵 이미지에서는 각각의 픽셀들을 전부 변환하는

것이 요구됨 . 변환은 '간격들 사이에 픽셀을 보내는‘ 작업임 .

즉 , 보간이 필요함 . 재구성 및 재 샘플링과 등가 : 이미지 품질이 저하되기 쉬움 .

2014-1 학기22 멀티미디어시스템

보간법 (Interpolation)

가장 가까운 이웃 (Nearest neighbour) 보간법 원래 이미지의 중심에 있는 픽셀의 값을 이상적으로

보간된 픽셀의 실제 좌표에 사용 쌍일차 (Bilinear) 보간법

인접한 4개의 픽셀 값을 모두 사용 , 목표 픽셀과 교차되는 것에 가중치를 줌

쌍이차 (Bicubic) 보간법 인접한 4개의 픽셀 값을 모두 사용 , cubic spline

을 사용하여 가중치를 줌

2014-1 학기23 멀티미디어시스템