Image Sensor

Image Sensor는 픽셀 단위로 빝 에너지를 전기 에너지로 변환한다 그 후에 변환된 전기 에너지가 Quantizatin(양자화)에 의해 디지털화된다

CCD VS CMOS Image Sensor

Sampling & Quantization in Image Sensor

샘플링한 결과에서 대칭되는 부분을 디지털화하면 quantization된 것임!

Sampling(샘플링)

• Continuous한 데이터들 가운데 적당히 유한한 개수의 데이터를 뽑아내면서, 전체의 패턴을 추정하기 위한 데이터 수집 행위이다
• 해상도와 관련있는 개념이며, 연속적인 신호에서 일정한 간격으로 샘플을 추출하여 pixel 단위로 나누는 과정이다

Quantization(양자화)

• 아날로그 형태로 Sampling한 데이터를 디지털화 하는 작업이다
• 연속적인 값을 갖는 아날로그 데이터를 양자화하여 이산적인 분포를 갖는 값들로 데이터를 재구성한다
• bit 수와 관련있는 개념이며, 연속적인 신호를 분할해서 이산적인 값을 가지도록 한다
• ex) 성격의 유형은 셀 수 없이 많이 존재한다 하지만 우리는 16가지 유형으로 나눈다 따라서 MBTI는 Quantization의 예시라고 볼 수 있다

  샘플이 많을수록 해상도가 높아지며, 더 많은 비트 수를 표현할수록 해상도 높아짐

Resolution by Sampling

Resolution = 해상도
해상도는 픽셀 단위의 이미지 크기이다

고해상도 -> 큰 이미지
낮은 해상도 -> 작은 이미지

PPI = Pixels in one inch (해상도의 밀도단위)
왼쪽 그림에서는 100개(10*x10) 의 픽셀을 사용하고 있고, 오른쪽에서는 400개(20x20)의 픽셀을 사용하고 있다 같은 면적에서는 더 많은 픽셀을 사용할 때 실제와 더 비슷하게 나타낼 수 있다 (+더 dense)

Image Quality with Resolutions

DPI = dots per inch
1inch당 존재하는 정사각형 화소의 개수를 의미한다
DPI는 주로 프린터의 출력 분해능을 표현하기 위해서 많이 사용하고, 모니터나 이미지의 분해능을 표현할 때는 PPI를 주로 사용하는 경향이 있다

High dpi -> High resolution

왼쪽 위 - 오른쪽 위 - 왼쪽 아래 - 오른쪽 아래 순서대로 930dpi, 300dpi, 150dpi, 72dpi이다 사진으로도 dpi가 높을수록 해상도가 높다는 것을 확인헐 수 있다

Quantization 함수

Quantization 함수는 stairs function과 유사하게 생겼다 입력 값을 이산적인 출력값으로 변환하는 과정에서 각 값들이 일정한 간격을 가지는 계단처럼 표현되기 때문이다

x = input = real number values
y = output = Binarized value

단계별 양자화 적용

1. range

양자화를 적용할 값의 범위는 다음과 같이 계산된다

2. the number of intervals

2^(비트 수) - 1

3. quantization step

round down (range / the number of intervals)

4. the numver of the quantized values

2^(비트 수)

the number of intervals와 헷갈리지 말기!

5. quantization result

The number of intervals보다 더 큰 값이 나왔다면 잘못 계산했을 것이다 만약 2비트의 경우에는 0,1,2,3만 나올 수 있기 때문에 계산 결과가 4이상이라면 내가 잘못 계산했을 확률 100%이다

6. quantization error

real value - estimated value

여기서 estimated value는 quantization result*quantization step(델타)이다

Image Coordinate System

• x축은 열을 나타내고 y축은 행을 나타낸다
• 픽셀의 위치는 항상 정수이다
• 행렬 연산을 row-column으로 표시하는 경우가 있기 때문에 (x,y)가 아니라 (y,x)라고 표기한다
• f(x,y)와 f(y,x)라고 표기하는 것도 가능하다
• y축이 아래로 향하고 있으므로 아래로 갈수록 수가 더 커진다

Neighbors of Pixels