디지털 이미지의 픽셀 단위 처리

1. 소개
픽셀 단위 처리란 디지털 이미지의 픽셀 단위로 연산을 수행하는 것을 말한다. 이미지의 명암 값의 변화나 이미지 합성 또는 이미지의 부각 등 많은 응용 분야에서 가장 기초적인 연산으로 사용된다.

만일 픽셀 주변의 인접하는 점을 동시에 사용하여 처리하였다면 이것은 픽셀 단위 처리가 아니라 디지털 이미지의 마스크 기반 영상 처리가 된다.2. 픽셀 단위 사칙연산(Image pixel operation)
픽셀 단위 사칙 연산은 두 가지 방법으로 구현할 수 있다. 첫 번째는 픽셀마다 일정한 상수 값과 사칙연산시켜 이미지의 명도 값에 변화를 주는 방법이고 두 번째는 두 이미지간의 사칙연산을 수행하여 합성된 이미지 영상을 보여주는 방법이다.

두 이미지간의 사칙연산은 프레임연산이라고도 하며 실용적으로 많은 응용 예를 가질 수 있다. 프레임연산은 서로 다른 두 영상의 픽셀값에 대한 산술연산이다. 프레임연산은 영상합성, 공장자동화문제에서 결함검사, 자동감시시스템에서 침입자감지 등 많은 응용분야에서 사용될 수 있다. 프레임 연산을 위해서는 입력으로 두 개의 원본 영상이 필요하다.2.1. 픽셀 단위 더하기 연산
상수 값을 이용한 더하기 연산은 각 픽셀의 명도 값을 높여주는 역할을 한다. 이는 이미지의 밝기에 관련된 연산으로 어두운 영상의 밝기를 밝게 해준다.

Output(x, y) = Image(x, y) + C(단 C = 임의의 상수 값)

두 이미지간의 더하기 연산은 좀더 재미있는 결과 값을 보여주게 될 것이다. 두 이미지를 더하면 어두운 값을 갖는 픽셀에 다른 이미지의 밝은 값을 갖는 이미지가 투영되어 두 이미지가 마치 합성된 듯한 느낌을 가져다준다. 두 이미지간의 더하기는 원 이미지의 경계선만 검출하여 더함으로써 이미지의 경계선을 뚜렷하게 보여주는 전처리에서도 많이 사용된다.

Output(x, y) = Image_1(x, y) + Image_2(x, y)

2.2. 픽셀 단위 빼기 연산
픽셀 단위의 명암 값을 낮춰주는 역할을 하는 빼기 연산은 이미지 전체의 밝기 값을 낮춰주는 역할을 한다. 만약 뺀 값이 음수 값이면 이미지의 반전이 일어나기도 한다.

Output(x, y) = Image(x, y) - C(단 C = 임의의 상수 값)

두 이미지간의 빼기 연산은 절대 값을 취하여 차이 값을 구하는 연산방법을 취하거나 또는 절대 값을 취하지 않고 이미지에서 원하지 않는 값을 제거하는 방법이 있다. 영상처리 중 전처리 부분에서 많이 사용되며 원하는 정보만을 추출하기 위한 처리방법이다.

Output(x, y) = |Image_1(x, y) - Image_2(x, y)|
Output(x, y) = Image_1(x, y) - Image_2(x, y)

2.3. 픽셀 단위 곱하기 연산
상수 값을 이용한 곱하기 연산의 특징은 명도 값을 조절할 때에 부각시키는 역할을 한다는 것이다. 더하기 연산과 마찬가지로 이미지의 명도 값을 향상시키지만 밝은 값은 더욱 밝게 어두운 값은 약간 밝게 만들어 이미지를 부각시키는 역할을 한다.

Output(x, y) = Image(x, y) * C(단 C = 임의의 상수 값)

두 이미지간의 곱하기 연산은 이미지를 합성하는 역할을 하는데 더하기 연산과는 달리 AND 연산의 효과를 나타낸다.

Output(x, y) = Image_1(x, y) * Image_2(x, y)

2.4. 픽셀 단위 나누기 연산
픽셀 단위 나누기 연산은 빼기 연산과 비슷한 면이 있다. 이동한 물체의 검출이나 이미지의 밝기를 조절하는 역할을 한다. 일반적으로 나누기 연산은 결과 값이 작게 나와 사람의 눈으로는 구별하기가 어려워 이미지의 밝기를 향상시켜 분석한다.

Output(x, y) = Image(x, y) / C(단 C = 임의의 상수 값)
Output(x, y) = Image_1(x, y) / Image_2(x, y)

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