아날로그에서 디지털 이미지로 변환되는 원리 (디지털 카메라 기준)

Intensity(실제 빛의 강도, 객관적 지표) vs Brightness (우리가 인지하는 밝기 정도, 주관적 지표)

 

1. 광원에서 발생한 빛이 피사체에 부딪혀 반사되고, 그 반사된 빛이 카메라 렌즈를 통해 카메라 내부로 들어온다.

2. 렌즈(lens)는 카메라 바깥으로부터 들어온 빛을 굴절시켜 이미지 센서로 모아 주는 역할을 한다.

- 렌즈가 있기에 보다 선명한 이미지를 얻을 수 있는 것

3. 이미지 센서(image sensor)는 빛을 전기적 신호로 변환하는 포토 다이오드(photodiode)가 2차원 평면상에 배열되어 있는 장치이다.
- 렌즈에서 모인 빛이 이미지 센서에 닿으면 이미지 센서에 포함된 포토 다이오드가 빛을 전기적 신호로 변환한다.
- 빛을 많이 받은 포토 다이오드는 큰 신호를, 빛을 적게 받은 포토 다이오드는 작은 크기의 신호를 생성함으로써 명암이 있는 2차원 영상을 구성한다.

4. 포토 다이오드에서 생성된 전기적 신호는 아날로그-디지털 변환기(ADC, Analog-to-Digital Convertor)를 거쳐 ISP로 전달된다.

5. ISP(Image Signal Processor)는 화이트밸런스 조정, 색 보정, 잡음 제거 등의 기본적인 처리를 수행한 후 2차원 디지털 영상을 생성한다.

6. 구성된 영상은 곧바로 컴퓨터로 전송되거나 또는 JPG, TIFF 등의 영상 파일 형식으로 변환되어 저장된다.

 

 

ADC (Analog-to-Digital Conversion)

1. 샘플링(Sampling Process) -> 2. 양자화(Quantization Process) -> 3. 부호화(Coding Process)

 

1. 연속적인 이미지를 이산적인 구조로 만들기 위해 표본을 대표하는 값으로 쪼개어 나타내는 것

2. 연속된 변화량을 일정한 폭 ∆로 불연속적으로 변화하는 유한 개의 레벨로 구분하고, 각 레벨에 대하여 각각 유니크한 값을 부여하는 것 (네이버 지식백과)

3. 양자화된 신호를 부호화(이진화)하는 것

 

- 표본화와 양자화가 완료된 이미지를 디지털 이미지라고 한다.

- 픽셀 단위로 intensive level(L)에 따라 특정한 값이 부여되고 2차원 행렬 형태로 나타낸다.

- 특정 값은 [0, L-1] 범위의 이산적인 값을 가진다.

- L = 2^k이며, k는 bit-depth이다. (ex. 8비트는 0~255의 intensive level을 가진다.)

- 특정 값은 정규화하여 [0, 1] 범위로 나타내기도 한다. (알고리즘이 k(또는 L)에 무관해 지도록 )

- 이미지 처리를 고속으로 하기 위해선 2차원 행렬을 1차원으로 변형하는 것이 유리하다.

- bit depth가 클수록 고해상도이며, 작으면 contour artifact가 선명해진다 (밝기 차이에 따른 등고선 형태의 경계선?)

 

 

해상도 (Spatial Resolution)

가로가 몇 픽셀이고, 세로가 몇 픽셀이냐 나타낸 것.

FHD (2K) Full HD 1920 1080 ~2MB

4K UHD Ultra HD 3840 2160 ~8MB
8K UHD Ultra HD 7680 4320 ~32MB

 

K는 가로 픽셀 따라 결정되는 듯