1주차 1. 바이오메디컬 디지털 영상의 기초

1 - 1. 디지털 영상이란?

• 디지털 영상
• 샘플링
• 양자화

디지털 영상

• 디지털 영상 : 아날로그 영상(= 자연 영상, = 바이오 및 메디컬 영상 및 데이터) 을 컴퓨터에서 처리하기 위해 변환된 0, 1로 이루어진 영상
  편집이 편함, 잡음에 강함, 고화질과 고기능 및 저가격화가 가능함
  아날로그 영상 -> 샘플링(sampling) -> 양자화(quantization) -> 디지털 영상

샘플링

• 샘플링(sampling) = 이미지 몇칸 x 몇칸 으로 나눌래?
  : 어떤 자료에서 수 많은(무한한) 데이터 가운데 유한한 개수의 데이터를 뽑는 것
  = 공간상의 2차원 함수를 규칙적이고 일정하게 특정한 좌표 x, y에서 존재하는 값으로 표본을 취하는 과정
  (많은 데이터를 뽑을수록 기존의 데이터와 유사해지겠지만 비용이 많이 소모된다.)

  • 픽셀(pixel = picture element) : 디지털 이미지를 구성하는 한 칸
    (디지털 이미지 = 픽셀의 집합)

  • 해상도(resolution) : 단위 면적 당 픽셀의 수
    (해상도 : 가로 픽셀 개수 * 세로 픽셀 개수)

양자화

• 양자화(quantization) = 샘플링한 이미지 픽셀 한칸 안을 어떻게 칠할래?
  : 무한대로 이루어진 셀 수 없는 아날로그 정보를 셀 수 있을 만큼의 간격으로 만들어서 유의미한 정보만을 사용하는 것
  (= 샘플링한 아날로그 형태로 되어 있는 신호나 정보를 디지털화 하는 작업)
  표본화된 각 픽셀의 밝기값을 정해진 몇단계의 밝기로 근사화 시키는 과정 (픽셀 한 칸의 밝기를 256칸으로 나누어서 어둠:0 ~ 밝음:255 으로 나타냄)
  

  

1 - 2.컬러 모델

• Gray 모델
• RGB 모델
• HSI 모델
• CMY(K) 모델

Gray 모델

• Gray 모델 : 색 정보를 사용하지 않고 밝기 정보만으로 영상을 표현 한 것 (= 무채색)
  gray level : 각 픽셀의 양자화된 값 (ex 0, 100, 255)
  gray scale : 모든 픽셀들의 양자화된 값들의 범위 (ex 0 ~ 255)
  

  

RGB 모델

• RGB 모델(Red, Green, Blue) : 빛의 3원색인 red, green, blue로 모든 빛을 표현할 수 있어서 나온 모델 (가산모델)
  각 컬러당 8bit로 구성됨.
  (모니터에 이용)
  

  

HSI 모델

• HSI 모델(Hue, Saturation, Intensity) : RGB 모델로는 사람이 직관적으로 색을 파악하기 어려워서 나온 모델
  (디지털에 이용)
  • Hue(색상 = 각도) : 0 ~ 360도 (0도 = red, 60도 = yellow, 120도 = green 180도 = cyan, 240도 = blue, 300도 = magenta)
  • Saturation(채도 = 반지름) : 0 ~ 1 (0은 무채색, 1은 순수한 색)
  • Intensity(명도 = 높이) : 0 ~ 1 (0은 검정색, 1은 흰색)
    

    

CMY(K) 모델

• CMY(K) 모델(Cyan, Magenta, Yellow, (BlacK) ) : 색의 3원색인 cyan, magenta, yellow로 모든 색을 표현할 수 있어서 나온 모델
  (현실 세계에서는 CMY를 완벽한 비율로 섞어서 검은색을 만들기 어려워서 black이 추가됨)(감산 모델)
  cyan은 red만 흡수하는 색, magenta는 green만 흡수하는 색, yellow는 blue만 흡수하는 색이기 때문에 cyan과 magenta를 섞으면 red와 green을 흡수해서 blue가 된다.
  (프린터에 이용)
  

  

1 - 3. 응용 사례

• Gland Segmentation : 전립선암의 악성도 분류체계인 글리슨 점수를 판단할 수 있게 해준다.

• X-ray 영상 : X선을 인체에 투과시켜 2D 단면 영상을 출력한다.

• CT Images(Computed Tomography Images) : X선을 여러 각도에서 인체에 투영하고 컴퓨터로 재구성 (일련의 2D 단면 영상)

• MR Images(Magnetic Resonance Iamges) : 강한 자기장에 놓인 수소 원자핵의 공명에 의한 신호차이를 영상화 (일련의 2D 단명 영상)
  인체에 무해하지만 해상도가 낮음.