제 3장. 이미지.

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1 제 3장. 이미지

2 목차 이미지의 개념 및 분류 이미지 데이터 코딩 이미지 데이터의 입출력 이미지 데이터의 활용 요약 및 참고문헌

3 이미지의 개념 및 분류 이미지의 개념 이미지란 인간의 감각 기관 중에서 눈을 통해서 인지되는 매체를 일컬음
소리와 더불어 멀티미디어를 구성하는 가장 중요한 요소임 다른 매체보다 전달 효과가 우수해 다양한 응용들이 개발되고 있음

4 이미지의 개념 및 분류 (계속) 이미지의 분류 이미지의 저장 및 전송 방식에 따라 이미지의 동적 특성에 따라
아날로그(analog) 이미지: 아날로그 신호 디지털(digital) 이미지: 디지털 신호, 이진 신호 이미지의 동적 특성에 따라 정지(still) 영상: 시간에 따라 움직임이나 변화가 없는 이미지 동(moving)영상: 시간에 따라 변화하고 움직이는 이미지 이미지의 표현 대상에 따라 실(real) 이미지: 실제 존재하는 객체를 담은 이미지 인공(virtual) 이미지: 인공적으로 생성된 이미지

5 이미지의 개념 및 분류 (계속) 구분 실 이미지 인공 이미지 정지 영상 스캔 이미지, 캡쳐 이미지
스캔 이미지, 캡쳐 이미지 그래픽 이미지, CAD/CAM 동영상 컴퓨터 영화, 텔레비전 컴퓨터 애니메이션, 가상 현실 이미지의 분류

6 이미지 데이터 코딩 이미지 데이터 벡터(vector) : 이미지 객체를 명령어의 집합으로 표현하는 것
예) CAD/CAM 프로그램, 그래픽 편집기, windows의 Power Point 등 벡터 이미지의 예

7 이미지 데이터 코딩 (계속) 이미지 데이터 비트맵(bitmap) : 이미지를 기억 장치에 저장하거나, 래스터 디스플레이(raster-scan display)를 위하여 사용되는 비트들의 격자 모양 양식을 의미 비트맵 이미지의 예

8 이미지 데이터 코딩 (계속) 이미지 데이터 벡터 이미지와 비트맵 이미지: 이미지의 처리 시간과, 저장 공간의 측면에서 서로 다른 특성을 가짐 벡터 이미지: 이미지를 구성하는 객체들에 대한 정보를 기록  객체들이 다양하고 많을 수록 처리시간과 저장 공간이 많이 소요됨 비트맵 이미지: 이미지의 픽셀에 대한 정보를 기록  이미지의 품질에 따라 처리시간과 저장 공간이 정해짐 비트맵 이미지의 저장 공간 = (가로의 픽셀 수) X (세로의 픽셀 수) X (픽셀 깊이)

9 이미지 데이터 코딩 (계속) 이미지 데이터 이미지의 품질: 화면에 이미지가 얼마나 선명한가를 나타내는 것, 픽셀 깊이와 영상의 해상도에 따라 결정됨 픽셀 깊이(depth): 픽셀의 색상을 표현하기 위하여 사용되는 비트들의 수 (bits per pixel : bpp) 해상도(resolution) 화면 해상도: 이미지를 상영하는 모니터의 픽셀 수 이미지 해상도: 이미지를 표현하기 위해 사용된 픽셀 수 재깅(jagging) 현상: 낮은 해상도의 모니터에서 사선이 계단형으로 나타나는 현상, 픽셀 깊이로 보완 가능 재깅 현상의 예

10 이미지 데이터 코딩 (계속) 이미지 데이터의 코딩
RGB : Red, Green, Blue의 3가지 색상 신호를 사용하여 이루어짐 YUV : 하나의 밝기 신호인 Y(luminance) 정보와 두개의 색채 U, V(chrominance) 정보를 사용 Y = 0.30R G + 0.1B U = (B – Y) x 0.493 V = (R – Y) x 0.877 YIG : NTSC 방식을 근간으로 함 Y = 0.30R G B I = 0.60R – 0.28G – 0.32B Q = 0.21R – 0.52G B

11 이미지 데이터의 입출력 이미지 데이터 입출력 장치의 분류 입력 대상 또는 출력 방식 입력 기기 출력 기기 비인쇄물
아날로그 방식 필름 카메라, 영화 촬영 카메라 CRT 모니터, 영화 영사기 디지털 방식 디지털 카메라, 캠코더 LCD 모니터, 프로젝터 인쇄물 스캐너 프린터 이미지 데이터 입출력 장치의 분류

12 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 입력 장치 비인쇄물 입력 장치: 필름(Film) 방식 (아날로그 방식)
자연 상태의 빛을 받아(촬영) 이를 필름에 고정(현상) 실제 이용 기기: 필름 카메라, 영화 촬영용 카메라 필름의 구조 청,녹,적감유제층: 감광층 보호층, 황필터층, 할레이션방지층, 지지층: 보호층 보호층 청감유제층 황필터층 녹감유제층 적감유제층 할레이션방지층 지지층 필름의 구조

13 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 입력 장치 비인쇄물 입력 장치: CCD/CMOS 방식 (디지털 방식)
감광 장치가 빛을 감지해서 디지털 신호로 저장하는 방식 감광 장치의 종류 CCD (Charge-Coupled Device) 화질이 선명하지만 고전력을 필요로 함 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 저전력이지만 화질이 CCD에 비해 떨어짐 실제 이용 기기 디지털 카메라 디지털 캠코더 웹캠 핸드폰 pixel 빛 CCD의 구조

14 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 입력 장치 인쇄물 입력 장치: 스캐너 처리 방법에 따라 입력 형태에 따라
흑백 스캐너: 문자 입력용 그레이 스캐너: 고해상도 흑백 사진 입력용 컬러 스캐너: 컬러 사진 입력용 입력 형태에 따라 핸드 헬드 스캐너 (Hand-held Scanner): 손으로 스캐너를 인쇄물 위를 지나가면서 읽음 플렛베드 스캐너 (Flatbed Scanner): 스캐너의 평면 위에 인쇄물을 올려 놓고 읽음 시트피드 스캐너 (Sheet-feed Scanner): 인쇄물이 스캐너로 밀려 들어가 읽음

15 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 출력 장치 비인쇄물 출력 장치: 브라운관(CRT) 방식 (아날로그 방식)
CRT (Cathode Ray Tube): 음극선관 전자총에서 발사된 전자 광선을 편향 코일을 통해 전면 유리의 발광체에 뿌려줌으로써 전기 신호를 영상으로 변환 실제 이용 기기: 브라운관 텔레비전, CRT 모니터 전자총 전자 광선 편향 코일 전면 유리 CRT의 구조

16 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 출력 장치 비인쇄물 출력 장치: 액정(LCD) 방식 (디지털 방식)
LCD (Liquid Crystal Display): 액정을 이용 전압이 가해지면 전계의 방향에 따라 액정의 분자 배열이 바뀌는 특성을 이용해서 전기 신호를 영상으로 변환 TFT-LCD (Thin Film Transistor-LCD) 기존의 화면 전체에 대한 전기 공급 방식을 개선해서 각 셀의 TFT에 셀 정보를 저장함으로써 보다 빠른 속도로 액정을 운용 깜빡임 감소, 반응시간 개선 LCD의 구조

17 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 출력 장치 비인쇄물 출력 장치: 프로젝트 방식 (아날로그 방식, 디지털 방식)
전기 신호를 영상으로 변환한 후 렌즈를 통해 확대 전방 투사(Front Projection) 방식 시청자와 같은 방향에서 스크린에 영상을 보여줌 실제 이용 기기: 프로젝터 후방 투사(Rear Projection) 방식 시청자와 반대 방향에서 스크린에 영상을 보여줌 실제 이용 기기: 프로젝션 TV 프로젝터 스크린 프로젝터 거울 스크린

18 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 출력 장치 비인쇄물 출력 장치: 기타 (디지털 방식)
PDP (Plasma Display Panel) 진공 상태에서 전압을 가하면 발광하는 플라즈마의 특성을 이용해서 영상을 나타냄 시야각이 넓고 수명이 길지만, 단가가 높고 구동 전압이 높음 FED (Field Emission Display) 진공 상태에서 전자가 전계 방출을 한다는 이론을 바탕으로 영상을 나타냄 CRT와 LCD의 단점을 보완 아직 개발 단계

19 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 출력 장치 비인쇄물 출력 장치: 기타 (디지털 방식)
VFD (Vacuum Fluorescent Display) 진공 상태에서 전자가 형광 물질을 가격해 이미지를 출력 자동차 전자 계기판 등에 이용 메모리 기능이 없어 대용량 영상 출력이 어려움 LED (Light Emitting Diode) 발광 다이오드를 이용해서 영상을 출력 역 구내나 공항 내의 교통 정보 표시로 이용 점 발광 LED는 각종 표시 소자로도 이용

20 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 출력 장치 인쇄물 출력 장치: 프린터 이미지에 대한 전기 신호를 인쇄물 형식으로 출력
충격식 방식 활자식 프린터: 이미 만들어진 활자를 찍어 출력 도트매트릭스 프린터: 점을 연속적으로 찍어 내용을 출력 비충격식 방식 잉크젯 프린터: 노즐로부터 분사된 잉크가 종이에 부착 레이저 프린터: 레이저로 종이의 원하는 부분에 전하를 띄게 한 후 그 부분만 토너가 묻도록 하는 방식

21 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 입출력 인터페이스 표준
입력기기, 출력기기, 그리고 컴퓨터 간에 이미지 정보를 주고 받기 위한 인터페이스 표준 아날로그 인터페이스 컴포지트(composite) S-VIDEO 컴포넌트(component) 디지털 인터페이스 DVI (Digital Video Interface)

22 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 입출력 인터페이스 표준 아날로그 인터페이스
컴포지트(composite): 휘도 신호인 Y와 색차 신호인 Cb, Cr을 하나의 신호로 합쳐서 전송하는 방식 경제적이고 호환성이 뛰어나나 고화질을 표현하기 어려움 S(Seperate)-VIDEO: 색차 신호인 Cb와 Cr은 합치고 휘도 신호인 Y는 따로 전송하는 방식 컴포지트보다 높은 해상도를 표현할 수 있음 컴포넌트(component): Y, Cb, Cr을 나누어 전송하는 방식 S-VIDEO보다 정확한 색상 표현이 가능함

23 이미지 데이터의 입출력 (계속) 이미지 입출력 인터페이스 표준 디지털 인터페이스
DVI (Digital Video Interface) LCD 모니터 보급으로 인해 등장 아날로그 방식은 신호 손실, 간섭에 의한 노이즈 등으로 화면의 화질이 저하됨 DVI의 분류: 전송 신호 방식에 따라 DVI-D (Digital): digital-to-digital DVI-A (Analogue): analogue-to-analogue DVI-I (Integrated Digital/Analogue): 둘 다 지원 DVI-D와 DVI-I는 일반적인 단연결 (single link)보다 전송 속도와 고화질을 향상시키는 이중연결 (dual link)이 가능

24 이미지 데이터의 활용 이미지 데이터의 활용 이미지의 효용성 매체는 기존의 문자 매체에 비해 뛰어난 의미 전달 능력을 가짐
시각적(visual) 사용자 인터페이스 영상회의(video conferencing) 연예/오락: 광고, 영화, 컴퓨터 게임 등

25 이미지 데이터의 활용 (계속) 컴퓨터 그래픽스 사람이 컴퓨터를 사용하여 이미지를 생성해내는 일련의 과정들
생성된 이미지는 프리미티브(primitive)들과 속성(attribute)으로 표현됨 프리미티브(primitive): 점, 선, 타원, 사각형, 텍스트 등과 같이 그래픽 패키지에서 제공하는 기본적인 구성 요소들 속성(attribute): 선의 두께, 선의 유형이나 색 등과 같이 프리미티브들에 부여되는 성질 예) 다음은 원점의 위치가 (cx, cy)이고 반지름이 radius인 원을 그리고 원의 내부를 채울지 여부인 filled를 정하는 프리미티브를 나타낸다. procedure Circle (cx, cy, radius : real; filled : boolean);

26 이미지 데이터의 활용 (계속) 컴퓨터 그래픽스 응용 분야들
프레젠테이션 그래픽스: 목적이 다른 사람들에게 정보나 의사를 전달하는 분야 마이크로소프트사의 PowerPoint 페인트 시스템: 그림이나 디자인을 하기 위한 분야 PaintBrush, Adobe PhotoShop, Corell Drawer 프로세스 제어 시스템: 공장이나 발전소 등지에서와 같이 일련의 공정을 관리하기 위한 분야 시뮬레이션: 비용이나 위험성 때문에 가상으로 실행 애니메이션: 사용자와의 상호 작용을 포함에 정해진 순서로 수행 CAD/CAM: 기계, 건물, 전자 회로 등의 설계 분야 AutoCAD, VersaCAD, OrCAD

27 이미지 데이터의 활용 (계속) 이미지 프로세싱
이미지 프로세싱: 컴퓨터를 사용하여 이미지 데이터를 처리하는 일련의 과정을 일컫는 용어 예를 들면, 스캐너를 사용한 후 절단, 회전 작업 등 대부분 비트맵으로 표현된 이미지를 대상으로 함 동영상을 제외한 정지영상만을 대상으로 한정 종류: 생성 / 합성 / 분석 / 패턴인식 / 검색

28 이미지 데이터의 활용 (계속) 이미지 프로세싱 생성 스캔 이미지: 스캐너를 사용하여 사진이나 문서의 이미지를 입력한 것
스캐너: 평면 스캐너, 회전 스캐너, 수동 스캐너 스캐너 성능 요소: 스캔 해상도, 스캔 대비, 이미지 압축 기본 조작 과정: 절단, 회전, 스케일링 캡쳐(capture) 이미지: 디지털 카메라와 같은 도구를 통해 입력된 정지 영상 그래픽 이미지: 컴퓨터 그래픽 도구를 이용해서 사람에 의해 인공적으로 생성된 이미지

29 이미지 데이터의 활용 (계속) 이미지 프로세싱 합성
이미지 합성(synthesis): 실 이미지를 다른 실 이미지나 가상 이미지와 결합시키거나 변형시키는 작업 컴퓨터 예술, 광고 및 오락 등의 분야에서 널리 이용 모핑(morphing) 기법: 어떤 원시 이미지를 목적 이미지로 부드럽게 변환시키는 기술 이미지 합성의 예

30 이미지 데이터의 활용 (계속) 이미지 프로세싱 분석
이미지 분석(analysis): 이미지 속에 나타나는 객체를 식별하는 일련의 작업 이미지 분석의 단계 포맷팅(formatting): 원시 이미지 디지털 이미지 조건화(conditioning): 불필요한 요소 제거 구조 분석(labeling): 사물의 형태적 요소를 찾아냄 집단화(grouping): 관련성 있는 것들끼리 묶음 특징 추출(feature extraction): 광도, 색상, 중심점, 영역, 방향, 외접원, 내접원 등을 추출 매칭(matching): 어떤 사물인지 판단

31 이미지 데이터의 활용 (계속) 이미지 프로세싱 패턴인식 검색
이미지 패턴인식(pattern recognition): 이미지로 주어진 문자나 사람의 지문, 얼굴과 같은 패턴을 인식하는 것 예) 문서 이미징(document imaging) 시스템의 문자 인식(character recognition) 기술 검색 메타 데이터 (meta-data) 검색 방식: 이미지 파일명이나 파일에 대한 설명을 중심으로 이미지를 검색 내용 기반 (content-based) 검색 방식: 대상 이미지의 일정한 색상 패턴을 중심으로 다량의 이미지 파일로부터 유사 이미지를 검색

32 이미지 데이터의 활용 (계속) 컴퓨터 애니메이션 그래픽 도구를 사용하여 생성된 이미지들을 연속으로 상영하는 것
이미지 객체들의 움직임을 기술하는 언어 선형 리스트(linear list) 언어: 시작 프레임과 종료 프레임 사이의 행동을 기술 범용(general purpose) 언어: 프로그래밍 언어로 기술 컴퓨터 애니메이션

33 이미지 데이터의 활용 (계속) 가상 현실 협의의 가상 현실: 인간의 오감을 통한 감각적 가상 체험
사이버 공간: 컴퓨터 네트워크를 통한 사회적 가상 체험 광의의 가상 현실: 협의의 가상현실 + 사이버 공간 가상 현실의 활용 분야 네트워크 게임 모델 하우스 가상 전투 훈련

34 요약 이미지는 인간의 감각 기관 중에서 눈을 통해서 인지되는 매체를 일컫는다
이미지는 아날로그와 디지털이미지, 정지영상과 동영상, 그리고 실 이미지와 가상이미지로 분류할 수 있다. 이미지는 벡터 방식과 비트맵 방식으로 코딩 된다. 이미지를 생성하기 위한 입력장치와 이를 보여주기 위한 출력장치들이 있다. 이미지는 효용성이 뛰어나서 컴퓨터 그래픽스, 이미지 프로세싱, 애니메이션, 가상현실 등과 같은 많은 분야에서 활동된다.

35 참고문헌 Bono, P. and R. Bono, “A Survey of Graphics Standards and Their Role in Information Interchange,” IEEE Computer, Vol. 18, No. 10, 1985, pp Chang, Sik., Principles of Pictorial Information Systems Design, Prentice-Hall International, 1989 Foley, J. D. et al., Computer Graphics: Principles and Practice, Second Edition, Addison Wesley, 1990. Fox, E. A., “Advances in Interactive Digital Multimedia Systems,” IEEE Computer, Vol. 24, No. 10, 1991, pp. 9-21 Gall, D. Le, “MPEG: A Video Compression Standard for Multimedia Applications,” Communications of the ACM, Vol. 34, No. 4, April 1991, pp Henderson, Lofton , Margaret Journey and Chris Osland, “The Computer Graphics Metafile”, IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 6, No. 8, 1986, pp

36 참고문헌 (계속) Watt, Alan and Mark Watt, Advanced Animation and Rendering Techniques - Theory and Practice, Addison Wesley, 1992. Wallace, G. K., “The JPEG Still Picture Compression Standard,” Communications of the ACM, Vol. 34, No. 4, April 1991, pp Andleigh, Probhat K. et. al., "Multimedia Systems Design,” Prentice-Hall, 1996. Steinmetz, Ralf , et. al. , " Multimedia : Computing, Communications and Applications,” Prentice-Hall, 1995. Khoshafian, Setrag et. al., "Multimedia and Imaging Databases,” Morgan-Kaufmann Publishers, Inc Hill Jr, F. S., "Computer Graphics,” Macmillan Publishing Company, 1990. Morrison, Mike, "The Magic of Image Processing,” Sams Publishing, 1993. 신성용, 오영환, "컴퓨터 그래픽스,” 홍릉 과학 출판사, 1990.

37 참고문헌 (계속) Thalmann, Nadia Magnenat (Ed), "Virtual Worlds and Multimedia,” John Willy & Sons Ltd Winston, Patrick Henry, "Artificial Intelligence,” Addison-Wesley, 1993. 웹문서