바이너리 이미지
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1. 개요
바이너리 이미지는 흑백 또는 두 가지 색상으로 구성된 이미지를 의미하며, 픽셀당 1비트의 정보를 저장한다. 이진 이미지 연산은 3x3 윈도우 기반, 구조 요소 기반 필터링, 거리 변환, 방향 무관 메트릭 기반 연산으로 나눌 수 있으며, 이미지 분할, 골격화 등의 과정을 거쳐 생성된다. 이진 값의 해석은 장치에 따라 다르며, 1비트 픽셀 아트, 컴퓨터 주변기기, 초기 모바일 컴퓨팅, 시각 암호화, 디지털 이미지 편집, 과잉 샘플링 이진 이미지 센서 등 다양한 분야에서 활용된다.
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| 바이너리 이미지 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 다른 이름 | 흑백 이미지 2진 이미지 비트맵 이미지 |
| 정의 | 각 픽셀이 0 또는 1의 두 가지 값만 가질 수 있는 디지털 이미지 유형 |
| 용도 | 컴퓨터 과학 디지털 이미지 처리 |
| 세부 사항 | |
| 값 | 두 가지 색상만 표현 (일반적으로 검은색과 흰색) |
| 저장 | 1비트로 저장 가능 |
| 응용 분야 | 텍스트 인식 지문 인식 이미지 세분화 |
| 변환 | 임계값 처리를 통해 생성 가능 |
| 추가 정보 | |
| 관련 개념 | 색 깊이 그레이스케일 디지털 이미지 처리 |
| 기타 | |
| 참고 자료 | CoderSource.net의 "컬러 이미지를 이진 이미지로 변환" (CoderSource.net) Graphics.com의 "Photoshop 기본 사항: 다양한 색상 모드 작업" (Graphics.com) |
2. 용어
바이너리 이미지는 ''bi-level'' 또는 ''two-level''이라고도 불린다.[2] 두 가지 색상으로 구성된 픽셀 아트는 각 픽셀을 저장하는 데 필요한 단일 비트를 참조하여 종종 ''1-bit''라고 한다.[2] ''흑백'', ''B&W'', ''모노크롬'' 또는 ''단색''이라는 이름이 종종 사용되지만, 픽셀당 하나의 샘플만 있는 다른 이미지 유형, 예를 들어 그레이스케일 이미지도 지정할 수 있다. 포토샵 용어로는 바이너리 이미지는 "비트맵" 색상 모드의 이미지와 동일하다.[3][4]
바이너리 이미지에 대한 연산은 크게 3x3 윈도우 기반 연산, 구조 요소를 사용한 필터링 기반 연산, 거리 변환, 방향 무관 메트릭 기반 연산으로 나눌 수 있다.
3. 이진 이미지 연산
3x3 윈도우 기반 연산은 이미지의 3x3 윈도우를 기반으로 작동하며, 29(512)개의 가능한 값을 가진다. 중앙 픽셀의 상태는 주변 픽셀에 따라 결정된다. 이러한 연산의 예로는 얇게 하기, 팽창, 분기점 및 끝점 찾기, 격리된 픽셀 제거, 이미지 이동, H-연결 끊기 등이 있다. 콘웨이의 생명 게임도 3x3 윈도우 연산의 일종이다.
구조 요소를 사용한 필터링 기반 연산은 침식과 팽창 연산을 기반으로 한다. 침식은 구조 요소 내 설정되지 않은 픽셀이 있으면 해당 픽셀을 설정되지 않도록 하고, 팽창은 구조 요소 내 설정된 픽셀이 있으면 해당 픽셀을 설정되도록 한다. 형태학적 열기와 형태학적 닫기는 침식과 팽창을 조합한 연산으로, 열기는 작은 구멍을 넓히고 작은 객체를 제거하며 객체를 분리하는 경향이 있고, 닫기는 작은 객체를 유지하고 구멍을 제거하며 객체를 결합한다.
거리 변환은 각 픽셀에서 가장 가까운 배경 픽셀(설정되지 않은 픽셀)까지의 거리를 계산하는 연산이다. 거리 변환은 보로노이 다이어그램 생성, 스켈레톤화, 객체 중심 결정 등에 활용될 수 있다. 스켈레톤화를 통해 원본 이미지를 복구할 수도 있다.
방향에 무관한 메트릭은 이미지 인식에서 카메라 방향의 영향을 제거하는 데 유용하다. 이러한 메트릭에는 오일러 수, 둘레, 면적, 콤팩트성, 구멍의 면적, 최소/최대 반경 등이 있다.
3. 1. 이미지 분할
바이너리 이미지는 영상 분할을 통해 컬러 이미지로부터 생성된다. 분할은 소스 이미지의 각 픽셀을 두 개 이상의 클래스로 할당하는 과정이다. 클래스가 두 개 이상인 경우, 일반적으로 여러 개의 이진 이미지가 생성된다. 흑백 명암을 기반으로 픽셀을 전경 또는 배경으로 할당하는 오츠의 방법은 가장 단순한 분할 방법 중 하나이다. 워터쉐드 알고리즘 또한 이진 이미지 생성에 사용될 수 있다. 가장자리 감지는 종종 일부 픽셀을 가장자리 픽셀로 할당하여 이진 이미지를 생성하며, 추가적인 분할의 첫 번째 단계이기도 하다.
3. 2. 골격화
골격화(skeletonization) 또는 세선화(thinning)는 바이너리 이미지를 픽셀 너비의 선으로 구성된 골격으로 변환하는 연산이다. 골격화된 이미지는 분기점과 종점을 추출하여 그래프로 변환될 수 있다. 이는 광학 문자 인식과 같은 이미지 인식에서 중요하게 활용된다.
4. 이진 값 해석
픽셀의 이진 값에 대한 해석은 장치에 따라 다르다. 어떤 시스템은 비트 값 0을 검정으로, 1을 흰색으로 해석하는 반면, 다른 시스템은 값의 의미를 반대로 해석한다. TWAIN 표준 PC 인터페이스는 이미지 스캐너 및 디지털 카메라의 경우, 전자를 ''바닐라''라고 부르고 후자를 ''초콜릿''이라고 부른다.
디더링은 종종 하프톤 이미지를 표시하는 데 사용된다.
5. 활용 분야
5. 1. 1비트 픽셀 아트
바이너리 픽셀 아트는 1비트 또는 1bit 아트라고도 불리며, 초기 컴퓨터 시대부터 그래픽을 표시하는 방법으로 사용되어 왔다. ZX81과 같은 초기 컴퓨터는 하드웨어 제약으로 인해 이 방식을 사용했지만, 게임 & 워치 및 다마고치와 같은 휴대용 LCD 게임과 매킨토시와 같이 그래픽 사용자 인터페이스에 중점을 둔 초기 컴퓨터는 1비트 아트의 제약, 기술 및 미학 문화를 발전시키는 데 큰 역할을 했다.[6]
현대에는 인디 비디오 게임 등에서 1비트 아트를 볼 수 있다.[7] ''Gato Roboto'', ''Return of the Obra Dinn'', ''Minit'', ''World of Horror''와 같은 게임들이 1비트를 레트로한 느낌을 주거나[8] 개발 시간을 절약하기 위해 사용한다.[9] Playdate와 같이 새로운 1비트 하드웨어도 개발되고 있다.[10]
픽셀 아티스트에게 1비트는 흔한 도전 과제가 되었다. 픽셀 아트 콘테스트인 ''Pixtogether''는 10번째 월간 콘테스트에서 참가자들에게 단 두 가지 색상만 사용하도록 요구했다.[11] 1비트 아트를 주로 하는 아티스트는 많지 않지만, 이들은 서로 연락하며 작업에 대한 지식을 교환하고 협업을 주최하기도 한다.[12]
1비트 및 기타 픽셀 아트에 대한 유튜브 튜토리얼을 제작하는 브랜든 제임스 그리어는[13][14] "제약 조건은 몇 가지 독특한 접근 방식을 낳는다"고 말하며 1-비트로 작업하는 것은 "매우 재미있고 독특한 도전"이라고 언급했다.[15]
1비트는 자체적인 예술 스타일이라고 할 수 있지만, 각 작품은 디더링 사용 여부, 사용량 및 종류, 이미지 해상도, 윤곽선 드로잉 사용, 작품의 세부 묘사 정도 등 두 번째 스타일에 속하기도 한다.
5. 2. 컴퓨터 주변기기
레이저 프린터, 팩스 기계, 그리고 2색 컴퓨터 디스플레이와 같은 일부 입출력 장치는 바이너리 이미지 처리만 가능하다.5. 3. 초기 모바일 컴퓨팅 및 인터넷
1999년, 무선 응용 프로토콜 포럼은 WAP 페이지 표시 표준의 일부로 .wbmp(무선 비트맵) 파일 형식 표준을 도입했다.[16]5. 4. 시각 암호화
모니 나오르와 아디 샤미르는 1994년에 바이너리 이미지를 ''n''개의 몫으로 나누어, 모든 ''n''개의 몫을 가진 사람만이 이미지를 해독할 수 있고, ''n'' − 1개의 몫만으로는 원본 이미지에 대한 정보를 알 수 없는 시각적인 비밀 공유 방식을 시연했다.[17] 각 몫은 별도의 투명 시트에 인쇄되었고, 해독은 몫들을 겹쳐서 수행되었다. 모든 ''n''개의 몫이 겹쳐지면 원본 이미지가 나타난다. 기본적인 방식의 여러 일반화가 있는데, 여기에는 ''k''개 중 ''n''개의 시각 암호화[18][19]와 불투명 시트를 사용하지만 단일 픽셀 검출기의 기록 하에 여러 세트의 동일한 조명 패턴으로 조명하는 방법[20]이 있다.
5. 5. 디지털 이미지 편집
이진 이미지는 디지털 이미지 처리에서 마스크 형태로 사용되거나, 임계값 처리의 결과, 그리고 디더링에 사용하기 위해 나타난다.5. 6. 과잉 샘플링 이진 이미지 센서
과잉 샘플링 이진 이미지 센서(oversampled binary image sensor)는 전통적인 사진 필름을 연상시키는 디지털 이미지 센서이다. 센서의 각 픽셀은 이진 응답을 가지며, 국부적인 빛의 세기를 1비트로 양자화된 측정값만 제공한다.참조
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뉴스
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Gato Roboto: Erinnert an Gameboy-Spiele, liegt aber voll im Trend
https://blog.wdr.de/[...]
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World of Horror Early Access Preview :: 1 Bit Macabre
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Q&A: Exploring the design of cat-in-a-mech Metroidvania Gato Roboto
https://gamasutra.co[...]
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Playdate Media Kit
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Extended capabilities for visual cryptography
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Visual cryptography in single-pixel imaging
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