[영상처리] 디지털 이미지

우리는 기억에 남기고 싶은 순간을 사진으로 남기기도 하고, 동영상을 찍기도 합니다. 0과 1밖에 알지 못하는 컴퓨터는 어떻게 사진과 동영상을 저장하고, 그것을 보여줄 수 있는걸까요?

 

 

 

아날로그? 디지털?

먼저 아날로그와 디지털에 대해 알 필요가 있습니다. 바로 눈 앞에서 김필(좋아하는 가수입니다)의 노래를 들을 수 있다고 합시다. 김필이 노래를 부른다면 공기를 곡선의 그래프로 진동시킬 것입니다. 그리고 그 진동은 우리 귀를 통해 그대로 들어오게 되죠.

 

당연히 '내가 좋아하는 김필이 눈 앞에서 노래를 부른다니' 하는 감동도 있지만, 그 노래는 우리가 스마트폰의 스트리밍 서비스로 음악을 들을 때와는 느낌이 또 다를 것입니다. 노래를 디지털 파일로 저장하기 위해서는 아주 짧은 주기로 매초마다의 소리의 높낮이를 측정하게 됩니다. 즉 실제 노래를 들었을 때와, 파일로 재생했을 때의 그래프가 다음과 같아집니다.

 

사운드처리 과목을 수강할 때 정리해놓은 것

 

 

 

이미지 = 배열

우리는 먼저 아날로그의 이미지를 디지털 이미지로 바꿔줄 필요가 있습니다.
사진을 바둑판처럼 나누고, 각 칸에 해당하는 숫자를 써넣습니다.
이 때 한 칸을 픽셀(pixel)이라고 하며, 각 픽셀에 써넣은 숫자를 강도(intensity)라고 합니다.
픽셀 수를 늘린다면(이미지를 더 잘게 나눈다면), 이미지가 더 실제 사진처럼 보이게 만들어줄 것입니다. 

 

원을 300×300, 10×10으로 나눴을 때와, 10×10의 배열

오른쪽에 있는 배열은 가운데의 이미지의 데이터입니다. 10×10의 배열이고, 각 픽셀은 8비트의 공간을 갖습니다.
2⁸=256이므로 각 픽셀이 0부터 255까지의 값을 표현할 수 있으며, 숫자가 커질수록 하얀색, 작아질수록 검정색에 가까워집니다. 

 

하지만 지금 이미지의 배열은 픽셀의 밝기를 저장한 것 밖에 되지 않습니다. 컬러이미지를 0~255까지의 숫자로 표현하는 것은 불가능합니다. 따라서 컬러이미지를 처리할 때는 빛의 3원색인 빨강, 초록, 파랑에 대한 각각의 강도를 저장합니다. 예를 들어 [255, 0, 0]은 빨강을 나타낼 것이고, [150, 150, 0]은 노랑 어디쯤의 색을 나타낼 것입니다. 

 

 

 

3D이미지 영상?

이미지를 배열의 어떤 행과 열을 입력했을 때, 그에 대한 강도가 나오는 f(x, y) 함수로 정의했을 때 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

• 영상 : f(x, y, t)
• 3D Object : f(x, y, z)
• 움직이는 3D Object : f(x, y, z, t)