Introduction#디지털 영상 처리를 활용하는 분야의 예시

오늘날 디지털 영상처리 기술은 굉장히 다양한 분야에 활용되고 있다. 이번 포스팅에서는 다양한 분야에 활용되는 예시를 살펴볼 것이다. 

영상을 분류할 때 영상이 얻어지는 근원(source)에 따라 분류할 수 있다. 일반적인 핸드폰이나 디지털 카메라를 이용해 얻는 영상 이외에도 우리는 굉장히 다양한 경로로 디지털 영상을 얻을 수 있다. X-ray도 하나의 예가 될 수 있다. 

이 근원을 이야기 하기 위해서 약간 어려운 얘기를 해보자. 오늘날 사용되고 있는 이미지에 대한 주요에너지원은 전자기 에너지 스펙트럼(Electromagnetic energy spectrum)이다. 다른 주요 에너지원으로는 음향에너지(acoustic energy), 초음파(ultrasonic) 그리고 전자현미경 등에 쓰이는 전자 에너지(electronic energy)가 있다. 이러한 근원을 바탕으로 컴퓨터가 이미지 형태로 합성하고 사람들에게 시각화를 해서 식별할 수 있도록 만드는 것이다. 그렇다면 어떻게 이러한 다양한 에너지들로부터 이미지가 만들어지고 또한 응용되는지 살펴보자. 영상을 디지털 형태로 변환하는 것은 이후 포스팅에서 다루도록 하고 이번엔 간단하게 개념적인 이야기들만 하도록 하자. 

전자기 스펙트럼, 즉 EM(Electromagnetic spectrum)을 기반으로한 영상이 우리에겐 가장 친숙한 형태인데, X-Ray와 가시광선 영역의 이미지들이 특히 그렇다. EM은 전자기 파동(Electromagnetic waves)으로부터 측정되는데, 이는 다양한 파장(wavelength)의 사인파(sinusoidal waves)를 전파하는 것으로 생각할 수 있다. 또는 질량이 없는 입자들의 흐름(stream)으로 간주할 수 있는데, 이때 이 흐름은 파동(wave)의 형태로 빛의 속도로 이동하는 것으로 생각할 수 있다. 여기서 각 무질량 입자들은 얼마의 에너지를 가지고 있고, 각 에너지 덩어리를 광자(photon)라고 부른다. 

스펙트럼 띠(spectral band)를 광자에 따른 에너지로 그룹을 나눈다면, 우리는 아래 그림과 같은 스펙트럼(spectrum)을 얻는다. 범위는 감마선(gamma rays)부터 전파(radio wave)까지 분포하며, 감마선으로 갈 수록 에너지는 높고 파장은 짧다. 

우리 눈에 보이는 영역은 Visible이라고 표시된 아주 일부분의 영역이며 빨주노초파남보로 표현되어있다. 느껴지는 것 과는 다르게 빨간색 부분이 에너지가 더 낮다. 

전자기 에너지 스펙트럼의 각 구간에 따라 여러 형태의 이미지를 만들어낼 수 있으며 각 이미지의 응용도 제각기 다르다. 

감마선 이미지, X-ray 이미지, 자외선 이미지, 가시광선 이미지(핸드폰 등으로 찍어 내는 영상), 마이크로파 이미지, 라디오파 이미지 등이 존재한다. 

1. 감마선 이미징(Gamma-Ray Imaging)

핵의학(nuclear medicine)이나 천체 관측(astronomical observations)에 주로 응용되며, 에너지가 높아 사람의 피부 등은 그대로 통과하기 때문에 인체의 뼈를 스캔하거나 멀리 있는 별의 관측 등에 응용된다. 

2. X-Ray 이미징

X-Ray는 우리가 병원에서 쉽게 접할 수 있는 형태의 이미지이다. 역시 뼈 사진을 본다거나, 혈관 등 인체의 장기 사진을 살펴보거나 할 때 사용된다. 이러한 의료 영상뿐만 아니라 산업현장에서 제품의 결함 등을 검사하는데 사용되기도 한다. 

3. 자외선 이미징(Ultraviolet Band)

자외선 빛은 형광현미경(Fluorescence microscopy)에 사용된다. 이 외에도 리소그래피(lithography), 산업용 검사 장비, 현미경 등에 사용된다. 

4. 가시광선과 적외선 이미징(Visible and Infrared Bands)

가시광선 이미지는 우리 눈에 보이는 파장을 이용해 생성한 사진이다. 즉 핸드폰, 카메라 등을 이용해서 찍은 이미지들을 의미한다. 

적외선 이미지는 종종 가시광선 이미징과 함께 사용된다. 응용분야는 광학현미경부터 산업현장, 우주산업, 법률 집행 등 무수히 다양한 분야에 응용된다. 

5. 마이크로파 이미징(Microwave Band)

마이크로파 이미징의 주된 응용처는 바로 Radar이다. Radar가 가지고 있는 고유한 특성이 조명이나 날씨 등에 상관없이 데이터를 수집할 수 있다. 

6. 라디오파 이미징(Radio Band)

라디오파의 주된 응용처는 의료와 천문학이다. 의료에서는 대표적으로 MRI(Magnetic Resonance Imaging)가 있다. 

각 영상들의 샘플들은 구글에 검색하면 쉽게 볼 수 있다.