[영상 처리] 간단한 엣지(Edge) 검출 기법

엣지(Edge)

엣지(경계선)는 디지털 영상의 밝기가 낮은 값에서 높은 값으로 또는 그 반대로 변하는 지점을 말합니다.

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우리는 이 엣지로 물체를 식별하거나, 방향성을 탐지할 수 있는 정보를 제공받습니다.

아래는 다양한 엣지 패턴입니다.

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엣지 검출

엣지를 검출하기 위해 영역 기반 처리를 사용합니다.

주변에 위치하는 화소를 특정 연산으로 새로운 화소를 생성하고, 생성된 화소가 모여 경계부분과 그렇지 않은 부분을 구분지어 줍니다.

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엣지를 검출하는 방법 중 간단한 방법은 유사 연산자와 차 연산자가 있습니다. 이는 연산이 간단하고 빠릅니다.

이 두 방법으로 얻은 엣지를 강화하거나 약화시키는 추가적인 임계 값을 처리하는 방법도 있습니다.

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미분을 이용한 엣지 검출 방법은 엣지가 화소의 밝기 변화율에 관여한다는 것을 기반으로 합니다.

1차 미분으로 엣지를 검출하였으나, 검출된 엣지가 조금 뭉뚝하게 나온다 싶으면 2차 미분을 하여 좀 더 세밀한 엣지를 검출하므로, 과정이 복잡한 고오급 테크닉입니다.

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이렇게 검출된 엣지를 응용하는 분야는 영상 분할, 영상 합성이 있습니다.

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- 영상 분할 응용으로 구한 영상의 경계를 바탕으로 하나의 영상을 여러 개로 분할하여 사용

- 영상 합성

- 서로 다른 시간이나 카메라로 획득된 영상의 경계를 획득하고, 이 경계를 바탕으로 정렬하는데 사용

- 엣지에 근거하여 영상 내 객체의 특징이나 물체를 인식하는 영상 분석에 활용

 

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엣지 검출기

디지털 영상의 엣지를 검출하는 가장 쉬운 방법은 화소 간의 차이를 이용하는 것입니다.

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1) 이동과 차분(Shift And Difference)

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화소의 위치를 위, 아래, 왼쪽, 오른쪽으로 하나씩 이동시키면, 이동 한만큼 화소 값의 기울기가 발생합니다.

그리고 원래 화소에서 이동 위치의 화소를 단순히 빼서 엣지를 구하는 방법입니다.

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아래 그림을 보면 이동과 차분 방법으로 엣지를 검출하기 위한 마스크가 있습니다.

수직 엣지 검출 마스크는 중심 화소에서 왼쪽으로 하나 이동한 화소를 빼서 수직 엣지를 검출하는 마스크입니다.

수평 엣지 검출 마스크는 중심 화소에서 위쪽으로 하나 이동한 화소를 빼서 수평 엣지를 검출하는 마스크입니다.

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2) 유사 연산자 기법(Homogeneity Operator)

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가장 단순한 엣지 검출 방법으로 화소를 감산한 값에서 최대 값을 결정하여 엣지를 검출하는 방법입니다.

뺄셈 연산이 여러 번 수행되므로 계산 시간이 많이 소요됩니다.

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3) 차 연산자 기법(Difference Operator)

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중앙 화소를 중심으로 마주보는 값을 뺄셈한 절대 값 중 가장 큰 값을 설정합니다.

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유사 연산자의 많은 연산 단점을 보완합니다.

뺄셈 연산이 유사 연산자보다 2배 줄어들기 때문에, 연산 시간이 빠릅니다.

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4) 임계 값을 이용한 엣지 처리

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효율적으로 영상 처리를 하려면 검출된 엣지를 강조하거나 약화시킬 필요가 있습니다.

임계 값을 이용한 엣지 처리는 엣지 추출기와 함께 사용되므로, 강한 엣지는 더 강하게! 약한 엣지는 더 약하게!

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아래 그림을 봅시다.

그림 (b)와 같이, 단일 임계 값 처리로 단일 임계 값을 48로 고정하면 48 이상은 255, 48 이하는 0으로 처리되어 엣지가 더욱 강조됩니다.

그림 (c)와 같이, 다중 임계 값 처리로 다중 임계 값 48과 192를 적용하면 검출된 엣지가 더욱 강조되어 경계 구분이 더더욱 명확해집니다.