[측정원리#12] 비전 영상 처리 원리

컴퓨터에서 카메라를 통해 이미지를 취득한 후에 영상 처리하는 방법에 대해 소개한다.

1. 컴퓨터 시각이란?

컴퓨터 시각 시스템이란 컴퓨터가 이미지와 비디오를 분석하고 이해할 수 있도록 하는 기술입니다. 이 시스템은 인간의 시각을 모방하여 컴퓨터가 실제 세계의 시각적 정보를 인식하고 처리할 수 있게 해줍니다. 컴퓨터 시각의 주요 목적은 이미지에서 객체를 식별하고 분류하는 것으로, 보안 감시, 자동차 자율 주행, 의료 영상 진단, 산업 자동화 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

이 기술은 디지털 이미지를 입력으로 받아 여러 단계의 처리 과정을 거쳐 이미지 내의 중요 정보를 추출하고 해석합니다. 컴퓨터 시각 시스템은 특징 추출, 패턴 인식, 학습 알고리즘 등을 사용하여 이미지 내의 객체나 특징을 인식하고 분석하는 데 사용됩니다. 이 과정에서 머신 러닝과 딥 러닝과 같은 인공지능 기술이 크게 기여하고 있습니다.

• 컴퓨터 시각 시스템의 일반적 구조

• 영상취득 : 센서(카메라) 및 A/D 변환기를 통해 시각 정보를 컴퓨터에 입력
• 전처리 : 취득한 영상을 처리하기 쉬운 형태로 가공
• 영상분할 : 영산을 몇 개의 의미 있는 영역으로 나눔
• 정규화 : 영상 내에서 발생할 수 있는 크기나 위치, 방향 등의 변형을 회복하여 기준이 되는 형태로 변환
• 영상표현: 분할된 영역으로 구성되는 객체를 해석하기 위해 개별 영역을 적절한 방법으로 컴퓨터내 묘사
• 분석 : 표현된 대상으로부터 필요한 정보를 구하는 단계

2. 디지털 영상

• 픽셀
  • 2차원 평면상의 하나하나의 점
  • 일반적으로 사각형 격자 형태의 픽셀 구조 사용
  • 연결성 : 어떠한 점에 직접 연결된 주변 점에 대한 조건을 정할 것



디지털 영상의 취득

• 표본화 : 시간축에서 연속적으로 변화하는 신호를 이산(discrete)신호로 변환하는 것

• 양자화 : 값의 구간을 정해진 방법에 따라 분할하여 해당 구간에 대한 대표값을 부여하는 것

3. 전처리(preprocessing)

• 전처리: 영상을 최대한 실제 신호에 가깝게 만들거나, 보다 처리하기 좋은 형태로 영상의 특성을 개선
• 영상필터링
  • 필터 : 입력신호를 필터의 특성에 따라 변환하여 새로운 신호를 만들어 출력
  • 필터를 적용하는 기본 방법 : n * n 크기의 마스크를 이용하여 일정 영역의 픽셀의 가중치 합을 구함

• 평활화(smoothing)
  • 영상에 포함된 고주파 잡음을 제거하기 위해 한 픽셀의 값을 그 픽셀을 중심으로 한 이웃 픽셀과의 가중치 평균을 구하는 것
  • 영상 신호에 대해 저역 통과 필터를 취하는 의미 예) 가우시안필터, 중간값 필터

4. 영상분할

• 영상분할
  • 주어진 영상을 유사한 속성을 갖는 부분으로 분할하는 작업
    • 이진화 : 영상의 밝기 등에 의해 '0' 또는 '1'의 두 영역으로 구분

• • 영상밝기 히스토그램이 2개의 피크를 갖는 2정점 형태인 경우 두 피크 사이에 존재하는 최소값을 임계치로 선택하는 것이 일반적임.