[영상 처리] 회선 처리 기법 활용과 가우시안 필터(Gaussian Filter)

엠보싱

엠보싱은 적절하게 구분된 경계선으로 영상이 볼록한 느낌을 갖게합니다.

가운데에 있는 계수가 다른 계수를 상쇄시키도록 구성해서 경계선을 검출하는데, 이 경계선에 양각한 효과를 얻을 수 있습니다.

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마스크에는 음의 계수 값 -1이 있으므로, 회선 처리로 생성된 영상의 화소 값은 음수입니다.

화소가 양의 값을 가지려면 일정한 상수 값인 중간값(최대 밝기의 1/2)을 더해줍니다.

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블러링

블러링은 저주파 통과 필터링을 거쳐 영상의 윤곽선 부분의 고주파 성분을 제거합니다.

전체적으로 영상이 부드러워지게 됩니다.

마스크 내의 계수의 합이 1이고, M × M 의 크기를 가진 마스크에서 마스크 내의 계수는 1/(M × M) 입니다.

예를 들어, 3 × 3 마스크는 계수가 모두 1/9, 5 × 5 마스크는 계수가 1/25 이며, 계수의 모두 합은 1입니다.

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마스크 내 계수의 값은 똑같기 때문에 주변 화소들과 평균한 결과 마스크의 크기가 크면 클수록 블러링의 효과는 커져 극단적인 값을 제거하는 능력이 좋아지게 됩니다.

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즉, 잡음 돌출되어 나온 값을 제거하는 것은 가능하지만 영상이 부드러워지고 희미해지기 때문에 영상 대비가 약화된다는 단점이 있습니다. 또한, 계산량이 많아져서 처리 속도가 줄어듭니다.

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이러한 블러링에는 한계가 있습니다.

영상 내에 있는 객체의 경계 부분이 모호해진다는 것은 잡음 제거에 있어서 가장 치명적이라는 뜻입니다.

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임펄스 잡음은 0-255로서 최소/최대 값만으로 이루어져 있는 잡음입니다.

경계 부분인 에지 또는 정보를 살리면서도 잡음을 제거할 수 있는 미디언 필터링(Median Filter) 알고리즘을 사용합니다.

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가우시안 잡음은 골고루 퍼져있는 잡음으로, 블러링이나 저역 통과 필터를 적용하여 잡음을 제거합니다.

 

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가우시안 스무딩 필터링 처리

영상의 세세한 부분을 제거하여 부드럽게 한다는 뜻으로, 스무딩 처리(Smoothing Processing)라고도 합니다.

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스무딩 처리에 사용되는 대표적인 저역 통과 필터로 가우시안 필터(Gaussian Filter)가 있습니다. 이 필터는 수학적으로 잘 정의된 가우시안 함수에서 얻을 수 있습니다.

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이 그래프는 가우시안 그래프입니다.

σ 값이 작을수록 적은 저주파 성분만 통과시킵니다.

σ 값이 클수록 높이는 낮지만 폭은 넓어지므로 많은 저주파 성분을 통과시킵니다.

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즉, 이렇게 σ 값을 조절하여 고주파량과 저주파량을 조절할 수 있는 것이 가우시안 필터링의 핵심입니다.

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가우시안 필터는 가우시안 함수를 표본화하여 마스크의 계수를 결정합니다.

아래와 같이 3x3 가우시안 필터이며, 모든 계수는 양의 값으로 합하면 1이 됩니다.

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아래와 같이 3x3 가우시안 필터를 이용하여 스무딩한 영상으로, 전체적으로 경계선이 약화되어 흐려집니다.

이처럼, 영상의 큰 손실 없이 스무딩한 영상으로 바꾸는 것이 가우시안 스무딩 필터링입니다.

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샤프닝

블러링과는 반대되는 효과를 보이는 ​샤프닝(영상 강화)​은 고주파에 해당하는 상세한 부분을 좀 더 강조하여 대비 효과를 증가시키고, 흐린 영상을 개선하여 선명한 영상을 생성할 때 주로 사용합니다.

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위와 같이 샤프닝 처리 마스크는 한 가운데 값은 양의 값으로 하고, 그 외는 음의 값을 가집니다.

따라서, 항상 샤프닝 마스크 계수의 합은 1입니다.

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블러링은 잡음을 제거하지만, 샤프닝은 잡음을 증가시키기 때문에 남용하면 안됩니다.

잡음에 민감한 영상일 경우, 어떤 알고리즘을 적용하기 전에는 전처리과정을 거치는 것이 바람직합니다.

위와 같이 ά 값에 따라 필터링의 양을 조절할 수 있습니다.