이미지 프로세서

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1. 개요
2. 기능
3. 모델
- 3.1. 프로세서 브랜드 이름
4. 속도
5. 소프트웨어
참조

1. 개요

이미지 프로세서는 이미지 센서에서 얻은 데이터를 처리하여 최종 이미지를 생성하는 장치이다. 주요 기능으로는 베이어 변환, 디모자이킹, 노이즈 감소, 이미지 선명화 등이 있으며, 각 픽셀의 색상과 밝기 값을 조정하고 이미지의 디테일을 향상시킨다. 캐논의 DIGIC, 니콘의 Expeed, 소니의 Bionz 등 다양한 제조사에서 개발 및 생산하고 있으며, 이미지 센서의 픽셀 수가 증가함에 따라 처리 속도가 중요해지고 있다. 소프트웨어 라이브러리인 libcamera는 이미지 신호 처리기 사용을 지원한다.

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이미지 프로세서

2. 기능

이미지 처리 프로세서는 이미지 센서에서 캡처된 원시 데이터를 처리하여 최종 이미지를 생성하는 데 필요한 다양한 기능을 수행한다. 주요 기능은 다음과 같다.

베이어 변환 (Bayer Transformation): 이미지 센서의 포토다이오드는 빛의 세기만 기록하므로, 색상 정보를 얻기 위해 베이어 필터를 사용한다. 이미지 프로세서는 이 필터 정보를 바탕으로 색상을 생성한다.^[1]
디모자이킹 (Demosaicing): 각 픽셀의 색상 및 밝기 데이터를 주변 픽셀과 비교하여, 디모자이킹 알고리즘을 통해 적절한 색상과 밝기 값을 계산한다.^[1]
노이즈 감소 (Noise Reduction): 노이즈는 전자 회로에서 발생하는 현상으로, 디지털 사진에서는 무작위 점으로 나타난다. 이미지 프로세서는 노이즈를 제거하여 이미지를 선명하게 만든다.
이미지 선명화 (Image Sharpening): 이미지 처리 과정에서 발생하는 흐릿함을 완화하기 위해 이미지 선명화를 적용한다. 깊이, 선명도 및 세밀한 디테일에 대한 인상을 유지하기 위해 가장자리 감지를 정확하게 감지하고 과도한 선명화 없이 부드럽게 재현해야 한다.

2. 1. 베이어 변환 (Bayer Transformation)

이미지 센서에 사용되는 포토다이오드는 기본적으로 색상을 구분하지 못하고 빛의 세기(회색조)만 기록할 수 있다. 사진에 색상을 추가하기 위해 베이어 필터를 사용하는데, 이는 적색, 녹색, 청색(RGB)의 서로 다른 색상 필터를 지정된 패턴에 따라 배열한 것이다. 각 포토다이오드는 이미지의 정확히 하나의 픽셀에 대한 색상 정보를 기록하므로, 이미지 프로세서가 없으면 각 적색 및 청색 픽셀 옆에 녹색 픽셀이 있게 된다.^[1]

이 처리 과정은 매우 복잡하며 여러 가지 다른 작업을 포함한다. 이미지 품질은 센서에서 나오는 원시 데이터에 적용되는 알고리즘의 효율성에 크게 좌우된다. 수학적으로 조작된 데이터는 기록된 사진 파일이 된다.^[1]

2. 2. 디모자이킹 (Demosaicing)

이미지 프로세서는 주어진 픽셀의 색상 및 밝기 데이터를 평가하고, 이를 인접 픽셀의 데이터와 비교한 다음, 적절한 색상 및 밝기 값을 해당 픽셀에 생성하기 위해 디모자이킹 알고리즘을 사용한다.^[1]

2. 3. 노이즈 감소 (Noise Reduction)

노이즈는 모든 전자 회로에서 발견되는 현상이다. 디지털 사진에서 노이즈는 매끄럽게 색칠된 영역에 명백히 잘못된 색상의 무작위 점으로 나타나는 경우가 많다. 노이즈는 온도와 노출 시간에 따라 증가한다. 더 높은 ISO 설정을 선택하면 이미지 센서의 전자 신호가 증폭되어 동시에 노이즈 레벨이 증가하여 신호 대 잡음비가 낮아진다. 이미지 프로세서는 이미지 정보에서 노이즈를 분리하여 제거하려고 한다. 이미지에 미세한 질감이 있는 영역이 포함될 수 있으며, 노이즈로 처리하면 정의의 일부를 잃을 수 있으므로 이는 매우 어려운 작업이 될 수 있다.

2. 4. 이미지 선명화 (Image Sharpening)

이미지 처리 프로세서는 각 픽셀의 색상 및 밝기 값이 보간되면서 발생한 흐릿함을 완화하기 위해 약간의 이미지 선명화를 적용한다. 이미지 프로세서는 깊이, 선명도 및 세밀한 디테일에 대한 인상을 유지하기 위해 가장자리와 윤곽을 선명하게 해야 한다. 따라서 가장자리 감지를 정확하게 감지하고 과도한 선명화 없이 부드럽게 재현해야 한다.

3. 모델

여러 제조사에서 이미지 처리 프로세서를 개발 및 생산하고 있으며, 각 제조사는 고유한 브랜드 이름을 사용한다. 대표적인 예로 캐논은 DIGIC, 니콘은 Expeed, 올림푸스는 TruePic, 파나소닉은 비너스 엔진, 소니는 Bionz 등이 있다.^[1] 이들 중 일부는 후지쯔 밀뷰트, 텍사스 인스트루먼트 OMAP, 파나소닉 MN103 등을 기반으로 제작되기도 한다.^[1]

ARM 아키텍처 프로세서는 NEON SIMD 미디어 프로세싱 엔진 (MPE)을 탑재하여 휴대폰 등에 널리 사용된다.^[1]

니콘의 "EXPEED"는 특정 부품이나 기능을 지칭하는 것이 아니라 디지털 이미지 처리 전반에 대한 개념적인 명칭이지만, D 시리즈, Nikon 1 시리즈 등에 사용되는 "EXPEED 2" 이후부터는 이미지 처리 엔진으로 간주된다.^[1]

3. 1. 프로세서 브랜드 이름

ATI - Imageon (초기 모바일 사진에서 카메라 이미지 신호 처리를 제공하기 위해 사용된 그래픽 보조 프로세서)^[12]^[4]
캐논 - DIGIC (텍사스 인스트루먼트 OMAP 기반)^[13]^[5]
카시오 계산기 - EXILIM 엔진
엡손 - EDiART
후지필름 - EXR III 또는 X 프로세서 Pro
구글 - Pixel Visual Core^[14]^[6]
HTC - ImageSense
인텔 - IPU^[7]
미디어텍 - Imagiq
코니카 미놀타 - CxProcess가 탑재된 SUPHEED
라이카 - MAESTRO (후지쯔 Milbeaut 기반)^[15]^[8]
니콘 - Expeed (후지쯔 Milbeaut 기반)^[16]^[9]
올림푸스 → OM SYSTEM - TruePic (파나소닉 MN103/MN103S 기반)
오포 - MariSilicon X
파나소닉 - Venus Engine (파나소닉 MN103/MN103S 기반)
펜탁스 - PRIME (Pentax Real IMage Engine) (최신 변종은 후지쯔 Milbeaut 기반)
퀄컴 - Qualcomm Spectra (Qualcomm Snapdragon 기반)
리코 - GR 엔진(GR 디지털), Smooth Imaging Engine(캡리오)
삼성 - DRIMe (삼성 Exynos 기반)
산요 전기 - Platinum 엔진
시그마 - True
샤프 - ProPix
소시오넥스트 - [http://socionextus.com/products/image-processors-milbeaut/ Milbeaut] ISP 제품군 - SC2000 (M-10V), SC2002 (M-11S)
소니 - Bionz
THine - THP 시리즈 [https://www.thine.co.jp/en/products/camera_processor/Image-Signal-Processor/] 펌웨어 개발을 위한 호환 SDK 키트 포함 [https://www.thinesolutions.com/camera-development-kit-cdk]
UNISOC - Vivimagic

4. 속도

이미지 센서의 해상도가 높아짐에 따라 이미지 처리 프로세서의 처리 속도는 더욱 중요해지고 있다. 이미지 처리 속도는 카메라의 반응 속도와 연속 촬영 성능 등에 직접적인 영향을 미친다.^[1] 사진작가들은 카메라의 이미지 프로세서가 작업을 완료할 때까지 기다리고 싶어하지 않으며, 카메라 내부에서 처리가 진행되고 있다는 것을 알아차리는 것조차 원치 않는다.^[1] 따라서 이미지 프로세서는 동일한 시간 내에, 또는 더 짧은 시간 내에 더 많은 데이터를 처리할 수 있도록 최적화되어야 한다.^[1]

5. 소프트웨어

libcamera는 사진 캡처를 위해 이미지 신호 처리기를 사용하는 것을 지원하는 소프트웨어 라이브러리이다.

참조

_[1] 문서 DIGITAL SIGNAL & IMAGE PROCESSING http://www.robots.ox[...]
_[2] 문서 Fundamentals of digital image processing http://homepages.inf[...]
_[3] 학술지 Parallel processing for image and video processing: Issues and challenges https://www.scienced[...] 2008-12-01
_[4] 웹사이트 Handheld Products http://www.ati.com/p[...] 2006-03-11
_[5] 웹사이트 Inside the Canon Rebel T4i DSLR http://www.chipworks[...]
_[6] 뉴스 Surprise! The Pixel 2 is hiding a custom Google SoC for image processing https://arstechnica.[...] Ars Technica 2017-10-17
_[7] 웹사이트 7.8. Intel Image Processing Unit 6 (IPU6) Input System driver — The Linux Kernel documentation https://docs.kernel.[...] 2024-08-30
_[8] 웹사이트 Fujitsu Microelectronics-Leica's Image Processing System Solution For High-End DSLR http://www.fujitsu.c[...]
_[9] 웹사이트 Milbeaut and EXPEED http://www.dslrbodie[...]
_[10] 문서 DIGITAL SIGNAL & IMAGE PROCESSING http://www.robots.ox[...]
_[11] 문서 Fundamentals of digital image processing http://homepages.inf[...]
_[12] 웹인용 Handheld Products http://www.ati.com/p[...] 2006-03-11
_[13] 웹사이트 Inside the Canon Rebel T4i DSLR http://www.chipworks[...]
_[14] 뉴스 Surprise! The Pixel 2 is hiding a custom Google SoC for image processing https://arstechnica.[...] Ars Technica 2017-10-17
_[15] 웹사이트 Fujitsu Microelectronics-Leica's Image Processing System Solution For High-End DSLR http://www.fujitsu.c[...]
_[16] 웹사이트 Milbeaut and EXPEED http://www.dslrbodie[...]