1.1 디지털 영상 처리란?
영상은 2차원 함수f(x, y)로 정의될 수 있으며, x와 y는 공간 좌표이고 좌표 쌍(x,y)에서 f의 진폭을 영상의 밝기 또는 그레이 레벨이라고 한다.
x, y, f의 밝기 값이 모두 유한하며 이산적으로 표현되는 영상을 디지털 영상이라고 한다.
디지털 영상은 유한한 수의 요소들로 구성된다. 요소는 특정 위치와 값을 갖는다. 이 요소를 pixel, 화소라고 부른다.
디지털 영상 처리가 포함하는 것
- 입력과 출력이 영상인 프로세스
- 영상으로부터 속성들을 추출하는 프로세스
- 개별 객체 인식
1.2 디지털 영상 처리 기원
디지털 영상의 처음 응용 중 하나는 신문 산업이었으나 초기 디지털 영상에는 컴퓨터가 관련되어 있지 않기 때문에 정의상 디지털 영상 처리로 간주하지 않는다.
컴퓨터의 진보
- Bell 연구소에서 트랜지스터를 발명
- 50~60년대 고수준 프로그래밍 언어인 COBOL, FORTRAN 개발
- 58년 집적 회로 발명
- 60년대 초 OS 개발
- 70년대 초 Intel 마이크로프로세서 등장
- 81년 IBM의 개인용 컴퓨터 발표
- 부품의 점진적 소형화
60년대 초, 강력한 컴퓨터의 진보를 통해 디지털 영상 처리는 60년대부터 지금까지 왕성하게 발전해왔다. 의료, 우주, 생명과학, 고고학 등 다양한 분야에서 영상 처리 방법들이 적용되었다.
1.3 디지털 영상 처리 사용 분야의 예
EM(ElectroMagnetic) 스펙트럼으로부터의 방사에 기반한 영상들이 가장 익숙한 영상들이다.
감마선이 가장 에너지가 높고 라디오파 에너지가 가장 낮다. EM스펙트럼 대역들이 서로 뚜렷하게 구분되기보단 부드럽게 바뀐다.
1.3.1 감마선 영상화
감마선 영상화를 사용하는 주 분야는 핵의학과 천체 관찰등이다.
- 핵의학의 접근법
- 붕괴하면서 감마선을 방출하는 방사성 동위원소를 환자에게 주입하는 것
- 감마선 검출기로 수집된 방사물로부터 영상이 생성
- 감마선 영상화로 생성된 영상으로부터 환자의 감염, 뼈의 이상, 종양 등을 발견할 수 있다.
이 외의 예로 성운 내 폭발로 인한 자연 방사를 촬영한 영상이나 핵 원자로 밸브에서의 감마 방사 영상 촬영 등이 있다.
1.3.2 X-선 영상화
엑스레이는 의료 진단의 용도로 사용되는 것이 가장 널리 알려져있다. 의료 외 다른 분야에서도 널리 사용된다. 엑스레이는 음극과 양극을 갖는 진공관인 엑스레이관을 사용해서 생성된다. 음극이 가열되어 자유 전자가 방출되면 이 전자들이 양전하를 띤 양극으로 흘러가게 된다. 엑스레이가 관통하는 힘은 양극에 가해진 전압과 음극의 필라멘트에 가해진 전류에 의해 제어된다.
흉부 엑스레이 촬영 이미지는 환자를 엑스레이 소스와 엑스레이에 민감한 필름 사이에 위치시켜서 초라영한 것이다. 엑스레이의 세기는 환자를 통과할 때 흡수에 의해 변하며 필름에 도달하는 남은 에너지가 필름을 현상한다.
디지털에서는 두 가지 방법으로 엑스레이 영상을 얻는다.
- 엑스레이 필름을 디지털화
- 물체를 통과한 엑스레이가 엑스레이를 빛으로 바꾸는 장치에 직접 닿게한 후, 빛에 민감한 디지털화 시스템에 의해 포착
혈관에 도뇨관을 삽입하여 촬영하는 혈관 촬영법, CT, 천체 관찰 등 엑스레이 대역에서 영상화하는 응용법들이 있다.
1.3.3 UV 대역 영상화
현미경 검사, 석판술, 생물학 영상화, 천체 관찰, 레이저 등 자외선 응용은 다양하다. 자외선은 현미경 분야 중 형광 현미경 검사에서 사용된다. UV 광선이 비춰지면 형석이 형광을 내는 것을 이용한다. UV 방사의 광자가 형광 물질의 원자의 전자와 충돌할 때, 광자가 전자를 더 높은 에너지 레벨로 올린다. 여기 상태의 전자는 더 낮은 레벨로 내려오면서 가시광선 영역의 광자 형태로 빛을 낸다. 형광 현미경은 이 빛을 이용해 표본을 비추고 약한 방사 형광과 분리한다.
1.3.4 가시선, IR(적외선) 영상화
가장 익숙한 대역이기 때문에 다른 대역의 응용보다 중요하다.
지문 인식, 기상 관측 위성 사진, 자동차 번호판 인식 등 다양한 활용이 있다.
1.3.5 마이크로웨이브 대역 영상화
알려져있는 응용으로 레이다가 있다. Radar의 특징은 날씨, 주변 조명 조건 관계없이 데이터를 수집할 수 있는 능력이다. 구름 투과가 가능하고 식물, 얼음, 모래 등을 꿰뚫어볼 수 있다. 레이다는 지구 표면의 접근 불가 지역을 탐사하기 위한 유일한 방법이다. 레이다 영상에는 반사되어 레이다 안테나로 돌아오는 마이크로 웨이브 에너지만 보인다.
1.3.6 라디오 대역 영상화
라디오 대역에서의 주 응용 분야는 의학, 천문학이다. 의학에서는 MRI에 사용된다. 환자를 강한 자석 안에 두고 짧은 펄스의 라디오파를 신체로 통과시킨다. 각 펄스가 환자의 조직에 의해 라디오파 반응 펄스를 방사되게 만든다.
1.3.7 다른 영상화 유형이 사용된 예
EM 스펙트럼 외 음향, 전자 현미경, 합성을 통한 영상화 유형 등 다양한 유형들이 존재한다.
이 부분은 따로 정리 안함.
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