[영상 처리] 인간의 빛, 가시광선과 색의 표현

빛과 색

인간은 인간이 볼 수 있는 빛의 영역인 가시광선으로 색을 인식합니다.

파장의 길이에 따라 성질이 변화하여 각각의 색깔로 나타냅니다.

빨간색에 가까울수록 파장이 길고, 보라색에 가까울수록 파장이 짧습니다.

​

컬러 공간은 어떤 색깔과 다른 색깔과의 관계를 표현하기 좋은 논리적인 방법입니다.

우리가 흔히 아는 RGB는 빨강, 초록, 파랑으로 여러 색을 표현합니다.

또한, 컬러 공간 HSI는 색상, 채도, 명도로 여러 색을 표현합니다.

하지만, 가시광선 이외에 색도 있습니다.

적외선은 빨간색 바깥의 색으로 빨간색 보다 파장이 긴 광선입니다. 주로, 열 감지나 군사, 의료에 사용됩니다.

자외선은 보라색 바깥의 색으로 보라색 보다 파장이 짧은 광선입니다. 피부 노출이 많으면 피부 암을 일으킵니다.

눈의 구조

인체의 눈은 빛으로 물체를 인식합니다. 눈의 구조를 알아봅시다.

각막 : 안구 보호, 눈으로 들어오는 광선의 초기 초점을 형성

홍채 : 들어오는 빛의 양 조절

수정체 : 상을 망막에 맺게 하는 볼록 렌즈 역할, 초점 길이 조절 기능

망막 : 영상을 감지하는 기관, 간상세포와 원추세포 분포

- 간상세포 : 약 1억 개의 간상세포로 빛의 밝기에 민감하지만 색을 잘 구분하지 못함

- 원추 세포 : 약 600만 개의 원추세포로 세 종류의 시어 색소가 색에 따라 다르게 반응

황반 : 망막에서 가장 깊이 들어간 곳에 있음

시각에 따른 디지털 영상

디지털 영상은 현재 컬러와 흑백으로 나누어집니다.

​

흑백 디지털 영상

- 이진 영상 : 검은색 + 흰색

- 그레이 레벨(Gray-Level) 영상 : 검은색 + 회색 + 흰색 (명도만으로 색상을 인식)

​

컬러 디지털 영상

- 색 정보를 3가지 지각 변수로 인식한다.

색상(Hue) : 가시광선의 여러 파장으로 우리 눈에 비친 색의 느낌 (색도 : 색상 + 채도)

채도(Saturation) : 흰색이 섞이지 않은 것으로, 색의 순수성 정도를 표현

명도(Intensity) : 밝고 어두움을 표현하는 빛이 물체에 반사되어 느껴지는 강도

대비(Contrast)

대비는 디지털 영상에서 명도의 관계를 나타낸 것입니다.

가장 어두운 영역부터 가장 밝은 영역까지의 범위를 나타냅니다.

​

아래는 대비의 공식입니다. 최댓값과 최솟값의 연산으로 표현합니다.

​

인간의 지각 작용은 명도의 대비에 매우 민감합니다.

따라서, 동시적 대비는 명도의 느낌이 배경의 명도에 크게 의존합니다.

아래 사진을 보면 오른쪽 그림일수록 명암 대비가 커지면서 색상의 대비가 확연해지는 것을 알 수 있습니다.

RGB 컬러 공간

빛의 3원색 RGB는 빨강, 초록, 파랑을 더하거나 빼서 여러 색을 표현합니다.

하지만, 빛의 색은 여러 색을 혼합할수록 밝아지는 가산 체계(Additive System)에서 가산 혼합을 사용합니다.

​

기본 컬러 공간은 컬러 영상을 획득하여 표시하는 공간입니다.

즉, 색상의 빛을 물리적으로 검출하고 생성하는데 사용되기 때문입니다.

​

영상 처리에 있어 모니터는 필수이며, 컴퓨터 모니터에서 3원색을 조합하여 색상을 표현합니다.

​

모니터에서 색상 표현 단위는 bit입니다. 따라서, 2의 승수로 결정합니다.

아래는 비트 당 표현할 수 있는 컬러 영상 경우의 수입니다.

​