영상 감지 및 획득

대부분의 영상들은 '조명'원과 영상화되는 '장면'의 요소들에 의한 조명 원으로부터의 에너지의 반사 또는 흡수의 결합에 의해 생성된다.

조명의 예시 : 레이다, 적외선, X선 시스템과 같은 EM 에너지 원

장면 요소의 예시 : 분자, 바위, 인간의 뇌 등

 

광원의 종류에 따라 조명 에너지는 객체로부터 반사되거나 객체를 통과한다.

객체로부터 반사 : 평면으로부터 반사되는 빛

객체를 통과 : X-선이 환자의 몸을 통과함

 

(a) 조명(에너지)원, (b) 장면의 한 요소, (c) 영상화 시스템, (d) 장면의 영상 평면으로의 투영, (e) 디지털화된 영상

 

영상을 f(x, y) 형태의 2D 함수로 표기함

공간 좌표 (x, y)에서의 f(주파수, 진동수)의 값 또는 진폭은 영상의 광원에 의해 결정되는 스칼라량이다.

물리적 과정으로부터 영상이 생성될 때, 그 밝기 값들은 물리적 광원(ex: EM 파)에 의해 방사되는 에너지에 비례한다.

따라서 f(x, y)는 0이 아니고 유한해야 한다.

 

 0 < f(x, y) < ∞

 

함수 f(x, y)는 두 성분에 의해 특정지어진다.

(1) 조명 성분 i(x, y) : 관찰되는 장면에 입사하는 광원 조명의 양, 조명원에 의해 결정됨

(2) 반사 성분 r(x, y) : 장면의 객체에 의해 반사되는 조명의 양, 영상화된 객체의 특성에 의해 결정됨

이 두 함수가 곱해져서 f(x, y)를 형성한다

 

f(x, y) = i(x, y) r(x, y)

 

0 < i(x, y) < ∞

0 < r(x, y) < 1

 

0은 완전 흡수, 1은 완전 반사를 의미한다. (한마디로 0에 가까울수록 검정에 가깝고 1에 가까울수록 흰색에 가까움)

+ X-선과 같이 객체를 통과하는 조명 전송에 의해 형성된 영상에도 적용 가능하며, 이 경우 반사율(reflectivity) 함수 대신 투과율(trans-missivity)를 다루며 한계식은 0 < r(x, y) < 1 와 같음

 

i(x, y)의 예시 

- 맑은 날 낮의 태양 : 90,000lm/㎡

- 흐린 날 낮의 태양 : 10,000lm/㎡

- 맑은 날 보름달 : 0.1lm/㎡

- 사무실 조명 : 1000lm/㎡

 

r(x, y)의 예시

- 검은 벨벳 : 0.01

- 스테인리스 스틸 : 0.65

- 무광 백색 페인트 : 0.80

- 도금 금속 : 0.90

- 눈 : 0.93

 

임의의 좌표(x_0, y_0)에서의 단색 영상의 밝기(그레이 레벨)은 다음과 같다.

 

ℓ = f(x_0, y_0)

 

L_min ≤   ℓ  ≤  L_max

 

이때 L_min은 양의 값이어야 하고, L_max는 유한한 값이어야 함

L_min = i_min*r_min

L_max = i_max*r_max

 

구간 [L_min, L_max]를 그레이(밝기) 스케일이라고 한다. [0, L-1]로 옮기기도 함

그레이 스케일에서 ℓ = 0은 흑색, 1 = L-1은 백색으로 간주된다.