컴퓨터 비전 영상처리 - 이진 모폴로지, 명암 모폴로지 (팽창, 침식, 열기, 닫기)

영상처리에서 모폴로지란 ? 

영상의 형태와 구조를 분석하고 처리하는 기술로서, 영상 내의 객체나 특정한 패턴을 찾고 수정하는 데 사용된다.

주로 이진화된 영상에서 객체의 형태, 크기, 경계 등을 분석하거나 영상의 노이즈를 제거하는 데에 많이 활용된다. 

 

모폴로지 

• 구조적 요소라고 불리는 작은 마스크를 사용하여 수행된다. 
• 원래 생물학에서 생물의 모양 변화를 표현하는 기법이였다.
• 수학적 모폴로지는 컴퓨터 비전에서 패턴을 원하는 형태로 변환하는 기법이다. 
• 이진 모폴로지와 명암 모폴로지가 있다. 

이진 모폴로지

이진 모폴로지 연산에는 4가지가 있다. 팽창, 침식, 열기, 닫기 가 있다. 

 

 

 

이진 모폴로지에서의 팽창, 침식, 열기, 닫기 연산

 

팽창은 객체의 크기가 감소하며 배경은 확대된다. 침식은 객체의 크기는 확대되고 배경은 축소된다. 

열기 연산은 침식을 먼저 하고 이후에 팽창을 한다. 닫기 연산은 팽창 이후에 침식 연산을 한다. 

 

 

 

 

모폴로지 연산 예제

 

 

위의 예제를 보면 구조 요소 S가 수평 방향이기 때문에 수평 방향으로만 변화가 발생할 것이라는 예측을 할 수 있다. 

팽창은 f의 1인 화소에 구조요소 S를 씌우고 S의 1인 점과 겹치는 곳을 모두 1로 바꾼다. 결과적으로 영상에 있는 연결요소는 구조요소만큼 외부로 팽창하게 된다. 

침식은 반대로 전부 다 1이 아니라면 0이 된다.

열기와 닫기 연산은 팽창과 침식 연산을 사용해서 계산하면 된다. 

 

 

명암 모폴로지 

 

평편하지 않은 구조요소는 왜 명암영상에서만 사용할까? 

이진 모폴로지는 평면 모양의 패인 곳을 메꾸거나 튀어나온 곳을 깎는 역할을 한다. 반면에 명암 모폴로지는 명암을 지표면부터의 높이로 간주하여 이 지형의 골짜기를 메꾸거나 봉우리를 깎는 효과를 준다. 

명암 영상에서는 깎으면 +, - 효과만 있고 이진 영상에서는 다 없애버린다. 그러므로 이진 영상에서는 평편한 구조 요소만 쓸 수 있다. (0, 1만 사용)

 

 

 

명암 모폴로지에서의 팽창, 침식, 열기, 닫기 연산

 

 

 

 

명암 모폴로지 예시

 

영상의 하얀색은 오브젝트로 인식하고 검정색은 배경으로 인식한다. 

팽창을 하면 영상의 크기가 커지며 하얀색이 많아진다. 
침식을 하면 영상의 크기가 작아지며 하얀색은 많이 깎여서 없어진다. 

⭐️ 침식과 팽창만 하면 영상의 크기는 달라진다. 하지만 열기와 닫기 연산을 하면 영상의 크기에는 변함이 없다. ⭐️

 

영상에 노이즈가 있을 경우에서 열기 연산은 외부의 잡음을 제거하는데 더 효율적이기 때문에 물체 윤관이 블러링 해져서 보일 것이다. 

닫기 연산은 내부의 잡음을 제거하는데 더 효율적이고 엣지가 도드라질 것이다.

 

 

 

 

코드

2023.08.22 - [Computer Vision] - 영상처리 - (팽창, 침식, 열기, 닫기) openCV Python 코드

영상처리 - (팽창, 침식, 열기, 닫기) openCV Python 코드