화소 그룹 처리

화소 그룹 처리(컨볼루션)란?

• 출력 영상의 새로운 화소의 값을 결정하기 위해 해당 화소 뿐만 아니라 그 주위의 이웃 화소들도 함께 고려하는 공간 영역 연산을 의미
• 컨볼루션 연산으로 처리한다.
  • 처리하고자 하는 화소 값을 이웃 화소의 각각에 대응하는 2차원 배열 내의 가중치를 곱하고 그 값들을 모두 더한 값을 변경하는 연산
  • 2차원 배열: 마스크(mask), 필터(filter), 템플릿(template), 커널(kernel)

 

컨볼루션(convolution)

• 중심 화소 및 인접한 화소들을 대응하는 2차원 배열 형태의 가중치(계수, offset)와 각각 곱하고 이들을 모두 더한 후에 이 값으로 중심 화소의 값을 변경하는 연산

ex) Linear spatial filtering

영상의 경계 처리 방법들(3번을 가장 많이 쓴다고 들은 것 같음)

1. 상수 값(ex. 0)을 덧붙임
2. 경계에 있는 화소값을 복사
3. 영상을 주기적인 신호로 해석하여 맞은 편 화소 값을 복사
4. 모든 이웃 화소가 정의되는 위치에서 컨볼루션 연산을 시작하고 출력 영상의 경계 부분은 입력 영상의 값으로 복사

 

 

주파수

• 영상에서 주파수가 높다는 것은 영상 밝기 값의 변화가 자주 일어난다는 것
  • '고주파' 성분이란 주변 영역과 색의 차이가 적은 부분
• 영상에서 주파수가 낮다는 것은 영상 밝기 값의 변화가 드물다는 것
  • '고주파' 성분이란 주변 영역과 색의 차이가 크게 나는 부분

 

선형 공간 필터

대표적으로 영상 평활화, 영상 첨예화, 에지 검출이 있다.

• 영상 평활화(Image smoothing or image blurring)
  • Low-pass filtering(LPF): 저주파 성분 통과
  • 영상을 부드럽게 표현하거나 노이즈(nosie)를 제거하기 위해 사용
  • 평균값 필터링(mean filtering) 및 중간값 필터링(median filtering) 연산을 통해 수행 가능
• 영상 첨예화(Image sharpening)
  • High-pass fultering(HPF): 고주파 성분 통과
  • 영상의 상세한 정보(객체의 경계, 질감의 경계)를 강화시키는 연산
  • Laplacian-type 및 difference-type의 enhancement filter 사용
• 에지 검출(Edge detection)
  • 영상 내의 포함된 에지를 추출하는 연산

 

저대역 필터링(LPF)

• 평균값 필터링(Mean Filtering)

 

Image Smoothing

• 중간값 필터링(Median Filtering)
  • Nonlinear filter
  • Center pixel is replaced with the median or center value present among its neighbors
  • Useful for removing salt-, pepper-, or salt-and-pepper noise

mefian filter result

Mean flitering vs Median filtering

 

고대역 통과 필터링(HPF)

• 고주파 성분 통과
• 영상의 경우는 명암도 값이 급격히 변하는 부분이 고주파 영역
• 고주파 성분은 통과시키고 저주파 성분은 차단(영상의 상세 정보를 강화함, 에지 영역 강조)

 

에지 검출은 다음 포스팅에서 하겠다.