고주파 통과 필터링

고주파 통과 필터링(High-Pass Filter: HRF)

- 고역 통과 필터라고도 하며, 저주파 성분을 차단하므로 저주파 차단 필터라고도 함

- (영상) 신호 성분 중 고주파 성분은 통과시키고 저주파 성분은 차단하는 필터

- 흐려진 영상을 개선하여서 *첨예화하는 결과 영상 생성

*첨예화: 상황이나 사태 따위가 날카롭고 격하게 되거나 그렇게 만들다.

 

- 고주파 통과 필터링의 마스크는 계수가 음수 또는 양수이고 전체 합이 0 또는 1 임

- 전체 합이 0인 경우: 엠보싱(embossing)

- 전체 합이 1인 경우: 샤프닝(sharpening)

- 동작 특성은 같음

 

엠보싱(embossing)

- 회선 처리를 이용한 가장 기본적인 영상처리 방법

- 경계선 검출 기법에서 사용되는 마스크와 같은 마스크 사용

- 샤프닝 마스크와 비교하면 더 많은 저주파 성분이 제거되어 단지 경계 부분만 확인할 수 있음

- 적절하게 구분된 경계선으로 영상이 볼록한 느낌을 갖게 됨(구리 판에 양각한 것 같은 효과)

- 가운데에 있는 계수가 다른 계수를 상쇄시키도록 구성해서 경계선을 검출

 이 경계선에서 양각한 효과를 얻을 수 있음

- 마스크에는 음의 계수 값이 -1이 있으므로 결과 영상의 픽셀값은 음수 또는 양수

 (해결방법) 밝기는 항상 양의 정수값만 있으므로 생성된 픽셀값에 일정한 상수(최대 밝기의 1/2)를 더해서 양의 픽셀값이 나오도록 함

 

샤프닝(sharpening)

- 영상 강화(image enhancement) 기법

- 블러링과 반대로 디지털 영상에서 고주파에 해당하는 상세한 부분을 더욱 강조하여 표현

즉, 대비 효과를 증가시킴

영상에서 저주파 성분만 제거하면 샤프닝 효과를 얻을 수 있음

- 사용되는 가중치의 마스크는 고역통과 필터가 됨

- 흐린 영상을 개선하여 선명한 영상을 생성하는 데 주로 사용됨

 

엠보싱과 샤프닝(embossing vs sharpening)

공통점: 디지털 영상에서 고주파에 해당하는 상세한 부분을 더욱 강조하여 표현

차이점: 마스크 내의 모든 계수의 합의 차이

- 엠보싱: 모든 계수의 합이 0

- 샤프닝: 모든 계수의 합이 1

결과 영상의 차이

- 엠보싱: 경계에 해당하는 부분이 두드러지는 양각이 포함된 구리판과 같은 결과 영상

- 샤프닝: 원영상에 경계 부분 정보까지 반영되어 선명화된 결과 영상

 

저주파 통과 필터를 이용한 샤프닝 처리

- 고주파 통과 필터를 통과한 결과 영상은 저주파 통과 필터를 활용하여 얻을 수도 있음

언샤프 마스킹 필터(Unsharp Masking Filter)

- 원본 영상에서 저주파 통과 필터를 통과한 결과 영상을 뺄셈 하여 얻음

Unsharp Masking = (원 영상) - (저주파 통과 필터링 결과 영상)

- 고주파 통과 필터는 세부 정보를 강조하지만 영상에서는 중요한 부분에 해당하는 낮은 공간 주파수 성분이 손실됨

 

고주파 지원 필터(High-Boost Filter)

- 저주파 영역에서 손실한 양에 해당하는 일정량의 이득을 주어 저주파 성분의 손실을 어느 정도 보상받을 수 있음

- 원본 영상의 밝기를 증가시킨 뒤 저주파 영상을 뺄셈 하는 방법을 이용하여 처리

High-Boost = a(원의 영상) - (저주파 통과 필터링 결과 영상)  

 

Original signal: f(x, y)

Blurred signal: f blur(x, y) = f(x, y)* mask

Unsharp mask: g mask(x, y) = f(x, y) - f blur(x, y)

Sharpened signal: g(x, y) = f(x, y) * a - f blur(x, y)