1.1.1 디지털 영상 처리란?
영상 처리image processing란 영상을 대상으로 하는 신호 처리signal processing의 한 분야로써 영상으로부터 원하는 정보를 얻기 위해 행하는 모든 종류의 처리를 의미한다. 영상 처리에서 주로 다루는 분야는 영상의 화질 향상, 소실된 정보의 복원, 데이터의 압축, 영상의 인식 등이다. 일반적으로 영상은 2차원 배열의 형태로 표현되기 때문에 2차원 평면 공간에서 다양한 신호 처리 기법을 이용하여 원하는 결과를 얻는다.
영상 처리는 20세기 중반까지 아날로그analog 방식으로 이루어졌다. 그러다가 영상을 처리할 수 있는 능력을 가진 컴퓨터가 개발되면서 디지털 방식의 영상 처리digital image processing가 발전하기 시작하였다. 1960년대 미국에서 위성으로부터 전송 받은 달 표면 사진의 화질을 복원시키는 방법에 대한 연구가 디지털 영상 처리의 시초로 알려져 있다. 1970년대에는 의료 영상 처리, 위성 사진 처리 등의 분야로 영상 처리 영역이 확대되었고, 현재는 문자 인식, 얼굴 인식, 군사 감시 시설, 공장 자동화 등의 폭넓은 분야에서 영상 처리가 사용되고 있다.
최근에는 개인용 컴퓨터의 성능 향상과 인터넷의 발달, 디지털 카메라의 보급 등으로 인하여 학계뿐만 아니라 일반인도 영상 처리 분야에 높은 관심을 보이고 있다. 1990년대까지만 하더라도 산업체, 의료 기관, 과학 연구소 등에서만 사용되던 영상 처리 기술들이 점점 일상 생활 속으로 들어오고 있는 것이다. 특히 카메라와 네트워킹 기능을 기본으로 장착하고 있는 스마트폰의 대중적 보급을 통해 모바일에서의 영상 처리 응용 분야도 급속도로 성장하고 있다. 카메라에서 사람의 얼굴을 찾아 초점을 맞추고 웃을 때 사진을 찍어주는 기능은 이제 놀랍지도 않은 일상적인 기능처럼 여겨지기도 한다. 또한, 카메라로 영어 문장을 비추면 자동으로 한글로 번역해주는 앱도 있고, 유명한 화가의 그림을 비추면 관련 정보를 검색해주기도 한다.
영상 처리는 다음과 같은 다양한 분야로 나눌 수 있다.
• 영상의 화질 향상
• 영상의 기하학적 변환
• 영상 분할
• 객체의 모양 기술
• 객체 인식
• 영상 압축
• 동영상 처리
영상의 화질 향상은 전체적으로 어두운 영상을 밝게 만들거나 흐린 영상을 선명하게 만드는 것과 같이 영상을 보기 좋은 상태로 변환하는 작업을 의미한다. 기하학적 변환이란 영상의 이동 변환, 크기 변환, 회전 변환 등을 이용하여 영상의 전체적인 형태를 변형하는 것을 의미한다. 영상 분할은 영상을 객체와 배경으로 분리하거나 또는 영상을 의미 있는 영역으로 구분하는 작업이다. 이렇게 분할된 각 영역에 대해 모양을 기술한다거나 색상과 엣지edge 등의 정보를 이용하여 무엇인지를 인식하는 객체 인식 작업을 수행하기도 한다. 영상 압축은 JPEGJoint Photographic Experts Group, MPEGMoving Picture Experts Group와 같이 영상을 적은 수의 데이터로 표현하기 위한 방법을 말한다. 때로는 한 장의 영상에서 정보를 추출하는 작업 대신 일련의 영상으로부터 움직임 정보를 추출한다거나 원하는 제스처gesture를 인식하는 등의 처리도 필요하다. 이처럼 다양한 영상 처리 기술이 현재 어떤 분야에서 어떻게 사용되고 있는지 알아보자.