영상처리 시스템의 구성 요소

1980년대 중반만 해도, 전세계적으로 판매되고 있는 영상 처리 시스템의 많은 모델들은 호스트 컴퓨터만큼이나 중요한, 그에 부착되는 주변 장치였다. 1980년대 후반과 1990년대 초반에, 산업 표준 버스와 호환적이며 공학 워크스테이션 캐비닛과 PC에 맞도록 설계된 단일 보드 형태의 영상 처리 하드웨어로 시장이 바뀌었다. 이 시장 이동은 가격을 낮추는 것 외에도 영상 처리에 특화된 소프트웨어의 개발에 전문화된 수많은 신생 기업들에 대한 촉매 작용도 하였다.

비록 대규모 영상처리 시스템이 아직도 인공위성 영상처리같은 대형 영상화 응용을 위해 판매되고 있지만, 추세는 소형화 그리고 범용 소형 컴퓨터와 특수 영상 처리 하드웨어의 조합을 진행되고 있다. 아래 도식은 디지털 영상 처리를 위한 대표적 범용 시스템 구성 요소들을 보여준다. 각 구성요소의 기능이 다음 문단에 영상 감지로부터 시작해서 설명된다.

디지털 영상처리 범용 시스템 구성요소 대표 예

감지에 관하여 디지털 영상을 획득하기 위해 두 요소가 필요하다. 첫째는 우리가 영상화하기를 원하는 객체에 의해 방사되는 에너지에 민감한 물리적 장치이다. 디지타이저라고 불리는 둘째는 물리적 감지 장치의 출력을 디지털 형태로 바꾸는 장치이다. 예를 들면, 디지털 비디오 카메라에서 센서들이 밝기에 비례하는 전기적 출력을 만든다. 디지타이저가 이 출력들을 디지털 데이터로 바꾼다.

특화된 영상처리 하드웨어는 대개 방금 언급된 디지타이저와 전체 영상에 대해 병렬로 산술 및 논리 연산을 수행하는 산술 논리 유닛(ALU)같은 다른 기본 연산을 수행하는 하드웨어로 구성된다. ALU가 어떻게 사용되는가에 관한 한 예는 영상이 디지털화되는 것만큼 빠르게 노이즈 축소를 위해 영상을 평균화하는 것이다. 이 유형의 하드웨어는 때때로 전치(前置, front-end) 서브 시스템이라고 불리며, 가장 두드러진 특징은 속도이다. 즉, 이 유닛은 일반적 메인 컴퓨터가 다루지 못하는 고속 데이터 처리(예를 들어, 30 fps로 비디오 영상을 디지털화 및 평균화하는 것)를 필요로 하는 기능을 수행한다. 영상처리 시스템의 컴퓨터는 범용 컴퓨터이며, PC에서부터 슈퍼컴퓨터까지 포함된다.

 

영상 처리를 위한 소프트웨어는 특정 작업들을 수행하는 특화된 모듈들로 구성된다. 잘 설계된 패키지는 최소한 사용자가 특화된 모듈을 이용하는 코드를 작성할 수 있는 기능도 포함한다. 더 복잡한 소프트웨어 패키지들은 이 모듈들과 적어도 한 컴퓨터 언어로부터의 범용 소프트웨어 명령들을 통합할 수 있게 해준다.

대용량 저장 특성은 영상 처리 응용에서 꼭 필요하다. 각 화소의 밝기가 8비트 수량인 크기가 1024 × 1024 화소인 영상은 만일 영상이 압축되지 않는다면, 1MB의 저장 공간을 필요로 한다. 수천 또는 수백만 장의 영상을 다룰 때는 적합한 공간을 영상처리시스템에 제공하는게 쉽지 않을 수 있다.

영상 처리 응용을 위한 디지털 저장은 세 가지 주요 부류로 나뉜다.

  1) 처리하는 동안 사용하기 위한 단기 저장

  2) 상대적으로 빠른 호출을 위한 온라인 저장

  3) 드문 접속 특징의 아카이브 저장. 저장 공간 크기는 바이트(8 비트), Kbyte(1024 바이트), Mbyte(약 1백만 바이트),          Gbyte(약 10억 바이트) Tbyte(약 1조 바이트) 등의 단위로 센다.

단기 저장을 제공하는 한 방법은 컴퓨터 메모리이다. 다른 방법은 프레임 버퍼라고 불리는 하나 이상의 영상을 저장하고, 보통 비디오 속도(예: 초당 30개 영상)로 빠르게 접근될 수 있는 특수보드이다.

 

오늘날 사용되는 영상 표시기는 주로 칼라(평판 스크린이 선호됨) 모니터이다. 모니터는 영상의 출력과 컴퓨터 시스템의 필수 요소인 그래픽 디스플레이 카드에 의해 구동된다. 컴퓨터 시스템의 일부로서 시판되고 있는 디스플레이 카드는 영상 표시 응용을 위한 거의 모든 요구 성능을 충족한다. 어떤 경우에는 스테레오 표시기가 필요하며, 이들은 사용자가 쓰는 안경에 들어가는 두 개의 작은 표시기를 포함하는 헤드 기어 형태로 구현된다. 영상을 기록하기 위한 하드카피 장치에는 레이저 프린터, 필름 카메라, 열감응 장치, 잉크젯 유닛, 광학 및 CD-ROM 디스크 같은 디지털 유닛 등이 있다. 피름이 가장 높은 해상도를 제공하지만 종이가 서류 소재로서 최선의 매체이다. 발표를 위해서는 영상이 투명 필름 슬라이드나 디지털 매체에 표시된다. 후자의 방법이 영상 발표를 위한 표준이 되어가고 있다.

 

네트워킹은 오늘날 사용되는 컴퓨터 시스템에 거의 고정된 기능이다. 영상 처리 응용은 특성상 데이터량이 많기 때문에, 영상 전송에서 대역폭이 중요하게 고려된다. 전용 네트워크에서는 이것이 별 문제가 되지 않지만, 인터넷을 통한 원거리 사이트들 간의 통신이라면 얘기가 다르다. 다행히, 이 상황은 광섬유 및 기타 광대역 기법들로 인해 빠르게 개선되고 있다.