5 장 비트맵 이미지

1. 5장비트맵 이미지 • 5.1 해상도 • 5.2 이미지 압축 • 5.3 이미지 조작 • 5.4 기하학적 변환 멀티미디어시스템

2. 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. 멀티미디어시스템

3. 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 TV는 768x576 픽셀, 17" CRT 모니터는 1024x768 픽셀, …등 • dpi 는 스크린의 물리적 크기에 의존함. 멀티미디어시스템

4. 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 멀티미디어시스템

5. 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. 멀티미디어시스템

6. 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 기법에서도항상, 일부의 데이터는 압축된 것이 원래의 데이터보다 더 클 수 있음. 멀티미디어시스템

7. 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 (LZW는 GIF에서 사용, 라이선스 요금 지불해야 함.) 멀티미디어시스템

8. 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. 멀티미디어시스템

9. 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. 멀티미디어시스템

10. JPEG – 양자화 • DCT를 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. 멀티미디어시스템

11. JPEG – 인코딩 • 양자화 후에는, 0의 계수가 매우 많아짐. • 지그재그 순서(zig-zag sequence)로 RLE를 적용함.(지속 개수를 최대로 하기 위해) • 다른 계수들은 허프만 코딩을 사용함.(사용 가능한 비트들을 가장 잘 이용하기 위해) 멀티미디어시스템

12. JPEG – 복원 • 반복되는 0과 허프만 코딩된 계수들을 복원하여 주파수 계수들의 배열로 재구성함. • 역DCT(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.) 멀티미디어시스템

13. 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. 멀티미디어시스템

14. 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 멀티미디어시스템

15. 선택(Selection) • 구별되는 객체가 없음. (벡터 그래픽과 대조적) • 선택 툴은 픽셀들의 영역을 정의함. • 선택 영역을 그리거나(펜 툴, 올가미) • 정형적인 도형을 선택(사각형, 타원형, 1픽셀의 marquee 툴) • 색깔/윤곽선에 기초한 선택(마술 지팡이, 자석 올가미) • 수정은 선택된 영역에만 국한됨. 멀티미디어시스템

16. 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. 멀티미디어시스템

17. 픽셀 점 처리 • 픽셀에 대한 새로운 값을 이전 값으로부터 계산함. • p' = f(p), f는 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) 멀티미디어시스템

18. Photoshop의 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 멀티미디어시스템

19. 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. 멀티미디어시스템

20. 블러링(Blurring) • 고전적인 단순한 블러링 • 동일한 가중치를 가진 컨벌루션 마스크 • 부자연스런 효과 • 가우스(Gaussian) 블러링 • 점진적으로 계수가 감소되는 컨벌루션 마스크 (가우스의종 곡선) • 더 부드럽고, 크기나 반경을 설정할 수 있음. 멀티미디어시스템

21. 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 블러링을적용한 후, 원래 이미지로부터 뺌. • 이미지 형태를 향상시킴. 멀티미디어시스템

22. 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. 멀티미디어시스템

23. 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 spline을 사용하여 가중치를 줌 멀티미디어시스템