LG CNS 자세히보기

IT Life

세상을 하나의 이미지로 남기는 “영상처리 기술”의 매력!

LG CNS 2013. 9. 13. 15:57

 

안녕하세요. LG CNS 대학생 기자단 원규희입니다.

세상을 하나의 이미지로 남기는 방법은 참 많은 것 같습니다. 우리의 눈(目)을 시작으로 추억의 순간을 담기 위해 찍는 사진, 그리고 중요한 사건 단서가 되어주는 CCTV와 카메라 블랙박스에 이르기까지 세상을 보는 시선의 종류가 다양한데요. 그 중에서도 이미지와 동영상에 담긴 정보를 다룰 때 빠질 수 없는 기술이 바로 영상처리(image processing) 기술입니다.

영상처리 (image processing): 입출력이 영상인 모든 형태의 정보 처리를 가리키며, 사진이나 동영상을 처리하는 것. 영상의 개선, 강조, 압축 등과 같이 인간의 이해를 돕거나 이차적인 응용을 위해 영상을 가공하고 변형시키는 기술 및 이론을 뜻한다. [참조] 위키피디아, 전남대학교 이칠우

영상처리라는 말 자체가 생소한 분도 계시죠? ‘영상을 처리한다’는 의미로 쉽게 이해할 수도 있지만, 정확히 어떤 의미인지 와 닿지 않기 때문인데요. 이처럼 왠지 우리와 직접적인 상관이 없을 것 같은 이 기술은 사실 우리 생활 안에서 널리 사용되고 있습니다. 이 추세에 따라 현재 영상처리 관련 학과도 많이 개설되었고, 앞으로도 계속 늘어날 것으로 예상되는 각광받는 분야 중 하나입니다.

그럼 지금부터 영상처리 기술이란 무엇이고 어떤 곳에 적용하고 있는지, 그리고 향후 발전 방향은 어떨지 등에 대해 알아볼까요?

1950년대부터 영상처리 기술에 대한 이론 개발 및 군사적 연구가 이뤄졌습니다. 현재는 흑백에서 컬러영상으로, 정지영상에서 동영상으로 바뀌는 등 기술이 발전하여 점차 실제와 흡사한 정보를 담게 되었습니다. 이에 따라 자신이 원하는 방향으로 정보를 가공하는 기술이 필요해졌는데요. 이 필요성이 바로 영상처리 기술의 발전을 가져왔습니다.

사실 우리가 자주 사용하는 디지털카메라에서 영상처리의 기본 원리를 찾을 수 있습니다. 디지털카메라로 촬영한 사진은 .raw 파일로 0과 1이 담긴 디지털 조합으로 이뤄져 있는데요. 이것을 압축 방법에 따라 .bmp나 .jpg로 구현하는 것입니다. 이때 촬영 시 생긴 잡음을 제거하거나, 좀 더 명확하게 혹은 부드럽게 편집하는 것이 바로 영상처리의 기본 원리입니다.

그렇다면 포토샵 같은 이미지 프로그램을 사용하는 것 역시 일종의 영상처리 기술을 활용하는 것이라 얘기해도 무방하지 않을까요? 다시 말해, 영상처리를 해보지 않은 사람이 거의 없을 정도로 이미 이 기술이 우리 생활에 깊게 들어왔다고 할 수 있습니다.

오래 전부터 의료분야에서는 영상처리 기술을 사용해 왔는데요.
만약 내 몸 속 어딘가가 아플 때 늘 해부해서 확인해야 한다면 정말 끔찍한 일이겠죠? 하지만 직접 확인하지 않아도 X-ray, 초음파 영상, CT(Computed Tomography), 자기 공명 영상기술(MRI: Magnetic Resource Imaging) 등을 통해 환자의 상태와 병의 유무를 판단할 수 있습니다. 바로 이 부분이 영상처리 기술을 적용한 대표적인 예입니다.


<그림1. 영상처리를 이용한 CT, MRI 사진 (avermedia.com, NI, scienceall)>

좀 더 자세히 살펴보면, CT는 인체의 한쪽 단면 주위에 가는 X-선을 투사하고 X-선이 인체를 통과하면서 감소한 양을 측정하는 방식입니다. 그리고 MRI는 자력에 의해 발생하는 자기장을 이용하여 임의로 생체의 단층상을 얻는 방식인데요. 이렇게 얻은 정보를 토대로 만든 영상은 질병에 대해 정확한 진단을 할 때 중요한 역할을 합니다.

요즘 방영 중인 KBS 드라마 ‘굿닥터’에 나온 장면 중 환자의 초음파 영상을 보며 의사들이 초음파 사진상의 오류라고 지적하는 상황이 있었습니다. 이처럼 환자의 문제 상황이 생명에 직결될 경우, 정밀한 영상처리 기술 속에서 의사들은 작은 오류에도 민감하게 반응할 수 있게 됩니다.


<그림2. 인공 위성에서 받은 정보를 통한 지도 생성 및 측량 등의 이용 (KARI, engit)>

위성이 촬영한 우주와 지구의 아름다운 모습을 보신 적이 있지요? 그리고 포털 사이트나 핸드폰 애플리케이션에서 위성이 촬영한 지도를 보고 목적지나 위치를 쉽게 찾은 경험도 있을 겁니다. 바로 여기에도 영상처리 기술이 숨어 있는데요.

우주에서 촬영한 영상을 바로 전송 받으면 사진 정보가 명확하지 않은 경우가 많습니다. 정전기, 태양의 섬광, 또는 다른 외부 요인 때문에 잡음이 생기기 때문인데요. 이때 화면을 재구성하고 필터링 기술로 잡음을 제거 및 복원하는 과정이 필요합니다. 이 과정에 영상처리 기술을 활용하는 것이죠.

이 외에도 촬영한 위성 사진을 토대로 정확한 측량을 하거나, 기상 관측 및 재난 감지, 그리고 군사용으로 적국을 감시하는 등 다양한 목적으로 영상처리 기술을 사용합니다. 특히, 이번 8월 22일 발사에 성공한 아리랑 5호의 경우에는 1~2mm의 작은 움직임을 잡을 수 있고 야간에도 촬영할 수 있다고 하니 앞으로 더 정확하고 많은 정보로 우리에게 도움을 줄 것입니다.


<그림3. 블랙박스를 통한 차량 인식 및 사람 인지 (Dalikorea, CCTVNEWS)>

사생활 침해와 같은 부정적인 요소가 많음에도 CCTV는 범죄를 예방해주고 범죄가 발생했을 때 중요한 단서를 제공해주는데요. 이전까지 중요 기관, 보석가게, 혹은 호화 주택에만 달려있던 CCTV가 이젠 학교의 사각지대나 우범 지역, 심지어 가정에 있는 가전제품에까지 설치될 정도로 널리 퍼졌습니다.

몇 년 전부터 중요한 대회나 졸업 작품 전시회에서 이러한 카메라를 이용하는 사례가 많아지고 있습니다. 이 카메라는 사람의 움직임, 또는 불(火)이나 다른 기타 요인을 포착했을 때 이를 사용자에게 전화나 핸드폰 애플리케이션으로 알려주는 기능을 갖고 있는데요. 이와 같은 카메라의 감지 기능에 영상처리 기술을 사용합니다. 이뿐만 아니라 차량 번호판을 인식하는 과속/신호 위반 단속 카메라나 블랙박스 역시 이 기술을 적용한 사례입니다.


<그림4. 인공지능 로봇(왼쪽), OCR이 내장된 핸드폰(오른쪽 위), 영상이 덧붙여진 영화(오른쪽 아래)
(inews24, embeddedworld)>

영상처리 기술은 광학 문자 인식(OCR: Optical Character Recognition)에도 적용하는데요. 이 기능을 탑재한 핸드폰 카메라로 모르는 영어 단어나 문장을 찍으면 해당 문자를 인식하여 검색해줍니다. 그 외 분장술, 영화, 불량품 검사를 위한 공장 시설, 인공지능 로봇 등에도 영상처리 기술을 사용합니다.

영상처리 기술은 OpenCV(Open Computer Vision)라는 실시간 이미지 프로세싱에 중점을 둔 컴퓨터 라이브러리를 통해 쉽게 배우고 이용할 수 있습니다. 하지만 그 이면에는 대수학, 기하학, 해석학, 통계학 등 여러 가지 수학적 배경을 포함하는데요. 이처럼 다양한 배경 원리와 무궁한 실용성을 모두 갖춘 매력적인 분야입니다.

얼마 전, 피의자가 자동차 블랙박스 영상을 신호등을 빨간불에서 파란불로 바꾸는 등 자신에게 유리한 방향으로 변경시키다가 구속된 사건이 있었습니다. 분명 영상처리 기술이 우리 삶에 가져오는 긍정적인 부분이 많지만, 기술의 발전과 함께 올바른 윤리 의식도 함께해야 하지 않을까요?

제가 대학교에서 처음으로 영상처리 기술을 통해 얼굴 인식 기능을 만들던 때가 떠오릅니다. 지금은 영상처리를 이용한 OCR 영어 검색 사전을 졸업 프로젝트로 만들면서 이 기술의 영향력에 감탄하고 있습니다. 오늘 이 글을 통해서 여러분도 영상처리 기술의 위력을 조금이나마 느낄 수 있었기를 바랍니다.

 

* Reference
고병철, 『영상처리 기술을 이용한 의료 영상 분석 기술』, 계명대학교, 2010.
위키백과, “영상처리”, http://bit.ly/17DvakO
digital
image processing lab,
http://dong3640.com.ne.kr/
영상처리 수학 기본,
http://blog.naver.com/skkong89/90090719575