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디지털 이미지

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디지털 이미지(digital image)는 그림 요소(또는 픽셀)들로 구성된 영상이다. 각 화소는 유한하고 이산적인 양의 수치로 표현된 강도나 회색조 값을 가지며, 이는 각각 x축과 y축의 공간 좌표를 입력으로 하는 2차원 함수의 출력값이다.[1] 이미지는 벡터 또는 래스터 유형이 될 수 있다. 보통 "디지털 이미지"라는 용어는 (벡터 이미지와 반대되는 개념으로서) 래스터 이미지 또는 비트맵 이미지를 지칭한다.[2]

래스터

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래스터 이미지는 그림 요소 또는 픽셀이라고 불리는 유한한 디지털 데이터 값의 집합을 가진다.[3] 디지털 이미지는 고정된 수의 픽셀 행과 열을 포함한다.[4] 픽셀은 이미지 내에서 가장 작은 개별 요소로, 특정 지점에서 주어진 색상의 밝기를 나타내는 양자화된 값을 보유한다.

일반적으로 픽셀은 컴퓨터 메모리에 래스터 이미지 또는 래스터 맵, 즉 작은 정수들의 2차원 배열 형태로 저장된다. 이러한 값들은 종종 압축된 형태로 전송되거나 저장된다.

래스터 이미지는 디지털 카메라, 스캐너, 좌표 측정기, 지진 프로파일링, 항공 레이더 등 다양한 입력 장치와 기술을 통해 생성될 수 있다. 또한 수학적 함수나 3차원 기하학적 모델과 같은 임의의 비이미지 데이터로부터 합성될 수도 있는데, 후자는 컴퓨터 그래픽스의 주요 하위 분야이다. 디지털 화상 처리 분야는 이러한 이미지의 변환을 위한 알고리즘을 연구한다.

래스터 파일 형식

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대부분의 사용자는 여러 이미지 파일 형식 중 하나를 사용하는 디지털 카메라를 통해 래스터 이미지를 접하게 된다.

일부 디지털 카메라는 Raw 이미지 포맷을 사용하여 카메라에 캡처된 거의 모든 데이터에 대한 접근을 제공한다. 유니버설 사진 이미징 가이드라인(UPDIG)은 raw 파일이 최상의 품질의 이미지를 생성하므로 가능하면 이 형식을 사용할 것을 권장한다. 이러한 파일 형식은 사진가와 처리 주체에게 출력에 대한 최대 수준의 제어와 정확성을 허용한다. 일부 카메라 제조사의 독점 정보(영업 비밀)로 인해 사용이 제약되기도 하지만, 제조사가 이러한 기록을 공개하도록 영향을 미치는 OpenRAW와 같은 이니셔티브가 있었다. 대안으로는 어도비의 독점 제품이자 "디지털 카메라 raw 데이터를 위한 공개 보관용 형식"으로 설명되는 디지털 네거티브 (DNG)가 있다.[5] 이 형식이 아직 보편적으로 수용되지는 않았지만, 제품에 대한 지원이 늘어나고 있으며 저명한 기관에서 근무하는 전문 아카이브 관리자와 보존 전문가들이 보관 목적으로 DNG를 제안하거나 추천하는 경우가 많아지고 있다.[6][7][8][9][10][11][12][13]

벡터

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벡터 이미지는 수학적 기하학(벡터)으로부터 생성된다. 수학적 용어로 벡터는 크기(또는 길이)와 방향을 모두 가진다.

종종 래스터와 벡터 요소가 하나의 이미지에 결합되기도 한다. 예를 들어 텍스트(벡터)와 사진(래스터)이 포함된 광고판의 경우가 그러하다.

벡터 파일 형식의 예로는 EPS, PDF, AI가 있다.

이미지 보기

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이미지 뷰어 소프트웨어는 이미지를 화면에 표시한다. 웹 브라우저는 JPEG, GIF, PNG를 포함한 표준 인터넷 이미지 형식을 표시할 수 있다. 일부 브라우저는 표준 W3C 형식인 SVG 형식을 보여줄 수 있다. 과거 인터넷 속도가 느렸을 때는 메인 이미지가 대체되기 전에 웹사이트에 먼저 로드되어 나타나는 "미리보기" 이미지를 제공하는 것이 일반적이었다(사전 인상을 주기 위해). 현재는 인터넷 속도가 충분히 빨라져 이러한 미리보기 이미지는 거의 사용되지 않는다.

일부 과학 이미지는 매우 클 수 있다(예를 들어 우리 은하의 46기가픽셀 크기 이미지는 약 194 GB에 달한다).[14] 이러한 이미지는 다운로드하기 어렵기 때문에 보통 복잡한 웹 인터페이스를 통해 온라인에서 탐색한다.

일부 뷰어는 일련의 이미지를 표시하기 위해 슬라이드쇼 유틸리티를 제공한다.

역사

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1957년 SEAC에 의해 수행된 최초의 스캔
SEAC 스캐너

바틀레인 케이블 영상 전송 시스템(Bartlane cable picture transmission system)과 같은 초기 디지털 팩스기는 디지털 카메라와 컴퓨터보다 수십 년 앞서 등장했다. 디지털 픽셀로 스캔되어 저장되고 재현된 최초의 사진은 NIST의 SEAC(SEAC) 컴퓨터에서 표시되었다.[15] 디지털 이미지의 발전은 1960년대 초 우주 프로그램의 발전 및 의학 연구와 병행하여 계속되었다. 제트추진연구소, MIT, 벨 연구소, 메릴랜드 대학교 등의 프로젝트에서 디지털 이미지를 사용하여 위성 사진, 전송 사진 표준 변환, 의료 영상, 영상전화 기술, 문자 인식 및 사진 향상 기술을 발전시켰다.[16]

디지털 이미징의 급격한 발전은 1960년대 MOS 집적 회로의 도입과 1970년대 초 마이크로프로세서의 도입, 그리고 이와 관련된 컴퓨터 메모리 저장 장치, 디스플레이 기술, 데이터 압축 알고리즘의 진보와 함께 시작되었다.

엑스선을 사용하여 3차원 물체의 "단면"을 디지털 이미지로 생성하는 컴퓨터 단층 촬영(CAT 스캐닝)의 발명은 의학 진단에 매우 중요했다. 디지털 이미지의 생성뿐만 아니라 아날로그 이미지의 디지털화를 통해 고고학 유물의 강화와 복원이 가능해졌으며, 핵의학, 천문학, 법집행기관, 국방, 산업 등 다양한 분야에서 사용되기 시작했다.[17]

마이크로프로세서 기술의 발전은 광범위한 이미지 캡처 장치에 사용되는 전하결합소자(CCD)의 개발과 마케팅을 위한 길을 열었으며, 20세기 말에는 사진과 비디오 촬영에서 아날로그 필름과 테이프의 사용을 점진적으로 대체했다. 디지털 이미지 캡처를 처리하는 데 필요한 컴퓨팅 성능은 컴퓨터로 생성된 디지털 이미지가 사진 실사(photorealism)에 가까운 정교함의 수준에 도달할 수 있게 했다.[18]

디지털 이미지 센서

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최초의 반도체 이미지 센서는 1969년 벨 연구소에서 윌러드 보일과 조지 E. 스미스가 개발한 CCD였다.[19] MOS 기술을 연구하는 동안 그들은 전하가 자기 버블의 아날로그이며 작은 MOS 커패시터에 저장될 수 있다는 것을 깨달았다. 한 줄로 일련의 MOS 커패시터를 제조하는 것이 상당히 간단했기 때문에, 그들은 전하가 하나에서 다음으로 단계적으로 이동할 수 있도록 적절한 전압을 연결했다.[20] CCD는 이후 텔레비전 방송을 위한 최초의 디지털 비디오 카메라에 사용된 반도체 회로이다.[21]

초기 CCD 센서는 셔터 랙 현상을 겪었다. 이는 핀드 포토다이오드(PPD)의 발명으로 상당 부분 해결되었다.[22] PPD는 1980년 NEC의 테라니시 노부카즈, 시라키 히로미츠, 이시하라 야스오에 의해 발명되었다.[22][23] 이는 낮은 지연, 낮은 노이즈, 높은 양자효율, 낮은 암전류를 갖는 광검출기 구조였다.[22] 1987년 PPD는 대부분의 CCD 장치에 통합되기 시작하여 가전제품 비디오 카메라와 디지털 스틸 카메라의 고정 장치가 되었다. 그 이후로 PPD는 거의 모든 CCD 센서와 CMOS 센서에서 사용되고 있다.[22]

NMOS 액티브 픽셀 센서(APS)는 1980년대 중반 일본의 올림푸스에 의해 발명되었다. 이는 MOS 반도체 제조 기술의 발전으로 가능해졌으며, MOSFET 스케일링이 더 작은 마이크론 및 서브 마이크론 수준에 도달했다.[24][25] NMOS APS는 1985년 올림푸스의 나카무라 츠토무 팀에 의해 제조되었다.[26] CMOS 액티브 픽셀 센서(CMOS 센서)는 이후 1993년 NASA 제트추진연구소의 에릭 포섬 팀에 의해 개발되었다.[22] 2007년까지 CMOS 센서의 판매량은 CCD 센서를 넘어섰다.[27]

디지털 이미지 압축

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디지털 이미지 압축 기술의 중요한 발전은 1972년 나시르 아메드가 처음 제안한 이산 코사인 변환(DCT) 손실 압축 기술이었다.[28] DCT 압축은 1992년 Joint Photographic Experts Group에 의해 소개된 JPEG에서 사용된다.[29] JPEG은 이미지를 훨씬 작은 파일 크기로 압축하며, 인터넷에서 가장 널리 사용되는 이미지 파일 형식이 되었다.[30]

모자이크

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디지털 이미징에서 모자이크는 겹치지 않는 이미지들이 특정 테셀레이션으로 배열된 결합체이다. 기가픽셀 이미지는 이러한 디지털 이미지 모자이크의 한 예이다. 위성 사진은 지구 지역을 덮기 위해 종종 모자이크 처리된다.

대화형 보기는 가상 현실 사진을 통해 제공된다.

같이 보기

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각주

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  1. ↑ Gonzalez, Rafael (2018). 《Digital image processing》. New York, NY: Pearson. ISBN 978-0-13-335672-4. OCLC 966609831.
  2. ↑ Pettigrew, Rob. “Research Guides: All About Images: Raster vs. Vector Images” (영어). 《guides.lib.umich.edu》. 2025년 6월 9일에 확인함.
  3. ↑ https://ijret.org/volumes/2014v03/i10/IJRET20140310044.pdf [{{{설명}}}]
  4. ↑ “Introduction to image and raster data—ArcGIS Pro | Documentation”. 《pro.arcgis.com》. 2025년 6월 9일에 확인함.
  5. ↑ Digital Negative (DNG) Specification 보관됨 2011-04-20 - 웨이백 머신. San Jose: Adobe, 2005. Vers. 1.1.0.0. p. 9. Accessed on 10 October 2007.
  6. ↑ universal photographic digital imaging guidelines (UPDIG): File formats - the raw file issue 보관됨 2011-10-20 - 웨이백 머신
  7. ↑ Archaeology Data Service / Digital Antiquity: Guides to Good Practice - Section 3 Archiving Raster Images - File Formats 보관됨 2011-12-14 - 웨이백 머신
  8. ↑ University of Connecticut: "Raw as Archival Still Image Format: A Consideration" by Michael J. Bennett and F. Barry Wheeler 보관됨 2011-09-14 - 웨이백 머신
  9. ↑ Inter-University Consortium for Political and Social Research: Obsolescence - File Formats and Software 보관됨 2011-11-02 - 웨이백 머신
  10. ↑ JISC Digital Media - Still Images: Choosing a File Format for Digital Still Images - File formats for master archive 보관됨 2011-11-16 - 웨이백 머신
  11. ↑ The J. Paul Getty Museum - Department of Photographs: Rapid Capture Backlog Project - Presentation 보관됨 2012-06-10 - 웨이백 머신
  12. ↑ most important image on the internet - Electronic Media Group: Digital Image File Formats 보관됨 2010-12-14 - 웨이백 머신
  13. ↑ Archives Association of British Columbia: Acquisition and Preservation Strategies (Rosaleen Hill)
  14. ↑ “This 46-Gigapixel photo of the Milky Way will blow your mind”. 2015년 10월 23일. 2018년 7월 5일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2018년 7월 5일에 확인함.
  15. ↑ “Fiftieth Anniversary of First Digital Image”. 2007년 6월 1일. 2010년 10월 14일에 원본 문서에서 보존된 문서..
  16. ↑ Azriel Rosenfeld, Picture Processing by Computer, New York: Academic Press, 1969
  17. ↑ Gonzalez, Rafael, C; Woods, Richard E (2008). 《Digital Image Processing, 3rd Edition》. Pearson Prentice Hall. 577쪽. ISBN 978-0-13-168728-8.
  18. ↑ Jähne, Bernd (1993). 《Spatio-temporal image processing, Theory and Scientific Applications》. Springer Verlag. 208쪽. ISBN 3-540-57418-2.
  19. ↑ James R. Janesick (2001). 《Scientific charge-coupled devices》. SPIE Press. 3–4쪽. ISBN 978-0-8194-3698-6. 2020년 11월 15일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2020년 6월 6일에 확인함.
  20. ↑ Williams, J. B. (2017). 《The Electronics Revolution: Inventing the Future》. Springer. 245–8쪽. ISBN 978-3-319-49088-5. 2020년 11월 15일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2019년 10월 10일에 확인함.
  21. ↑ Boyle, William S; Smith, George E. (1970). 《Charge Coupled Semiconductor Devices》. 《Bell Syst. Tech. J.》 49. 587–593쪽. Bibcode:1970BSTJ...49..587B. doi:10.1002/j.1538-7305.1970.tb01790.x.
  22. 1 2 3 4 5 Fossum, Eric R.; Hondongwa, D. B. (2014). 《A Review of the Pinned Photodiode for CCD and CMOS Image Sensors》. 《IEEE Journal of the Electron Devices Society》 2. 33–43쪽. Bibcode:2014IJEDS...2...33F. doi:10.1109/JEDS.2014.2306412.
  23. ↑ U.S. Patent 4,484,210: Solid-state imaging device having a reduced image lag 
  24. ↑ Fossum, Eric R. (1993년 7월 12일). 〈Active pixel sensors: Are CCDS dinosaurs?〉. Blouke, Morley M. (편집). 《Charge-Coupled Devices and Solid State Optical Sensors III》. 《SPIE Proceedings Vol. 1900: Charge-Coupled Devices and Solid State Optical Sensors III》 1900 (International Society for Optics and Photonics). 2–14쪽. Bibcode:1993SPIE.1900....2F. CiteSeerX 10.1.1.408.6558. doi:10.1117/12.148585. S2CID 10556755.
  25. ↑ Fossum, Eric R. (2007). “Active Pixel Sensors” (PDF). 《Eric Fossum》. S2CID 18831792.
  26. ↑ Matsumoto, Kazuya 외 (1985). 《A new MOS phototransistor operating in a non-destructive readout mode》. 《Japanese Journal of Applied Physics》 24. L323쪽. Bibcode:1985JaJAP..24L.323M. doi:10.1143/JJAP.24.L323. S2CID 108450116.
  27. ↑ “CMOS Image Sensor Sales Stay on Record-Breaking Pace”. 《IC Insights》. 2018년 5월 8일. 2019년 6월 21일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2019년 10월 6일에 확인함.
  28. ↑ Ahmed, Nasir (January 1991). 《How I Came Up With the Discrete Cosine Transform》. 《Digital Signal Processing》 1. 4–5쪽. Bibcode:1991DSP.....1....4A. doi:10.1016/1051-2004(91)90086-Z. 2016년 6월 10일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2019년 9월 14일에 확인함.
  29. ↑ “T.81 – Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Images – Requirements and Guidelines” (PDF). CCITT. September 1992. 2019년 12월 30일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2019년 7월 12일에 확인함.
  30. ↑ “The JPEG image format explained”. 《BT.com》. BT 그룹. 2018년 5월 31일. 2019년 8월 5일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2019년 8월 5일에 확인함.
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