[OpenCV] 영상 파일 형식, 그리고 BMP

zzwon1212·2023년 10월 22일

cpp opencv

OpenCV

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1. 파일 형식

1.1. BMP

픽셀 데이터를 압축하지 않고 그대로 저장하기 때문에 파일 용량이 큼
파일 구조가 단순하여 별도의 라이브러리 없이 파일 입출력 프로그래밍 가능

1.2. JPG

주로 사진 같은 컬러 영상을 저장
손실 압축(lossy compression)
압축률이 좋아서 파일 용량이 크게 감소하기 때문에 디지털 카메라 사진 포맷으로 주로 사용

1.3. GIF

256 색상 이하의 영상을 저장하기 때문에 일반 사진을 저장할 시 화질 열화가 심함
무손실 압축(lossless compression)
움직이는 GIF 지원

1.4. PNG

Portable Network Graphics
무손실 압축(컬러 영상도 무손실 압축)
알파 채널을 지원

1.5. 정리

① 파일 크기를 고려하지 않을 경우: BMP
② 파일 크기를 고려해야 하는 경우: PNG, TIF
③ 파일 크기를 고려해야 하며, 픽셀 값이 조금 변해도 괜찮은 경우: JPG

2. 비트맵(bitmap)

2.1. 개요

비트들의 집합 → 픽셀의 집합
영상의 전체 크기에 해당하는 픽셀 정보를 그대로 저장
- 장점: 표현이 직관적이고 분석이 용이함
- 단점: 메모리 용량을 많이 차지함, 영상의 확대/축소 시 화질 손상이 심함
용도: 사진, 포토샵
종류
- 장치 의존 비트맵(DDB):
  - 출력 장치(화면, 프린터 등)의 설정에 따라 다르게 표현됨
- 장치 독립 비트맵(DIB)
  - 출력 장치가 달라지더라도 항상 동일하게 출력됨
  - BMP 파일은 Windows 환경에서 비트맵을 DIB의 형태로 저장한 파일 포맷

2.2. BMP 파일 구조

비트맵 파일 헤더: 비트맵 파일에 대한 정보

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
    WORD    bfType;     // 16진수: 0x42(B), 0x4D(M)
    DWORD   bfSize;     // BMP 파일 크기
    WORD    bfReserved1;
    WORD    bfReserved2;
    DWORD   bfOffBits;  // 비트맵 비트까지의 오프셋
} tagBITMAPFILEHEADER;

14byte 자료형(WORD: 2byte, DWORD: 4byte)
bfType: 이 파일이 BMP 파일인지 아닌지 나타내는 2byte 크기의 지시자
bfOffBits: BMP 파일 헤더로부터 픽셀 데이터가 있는 위치까지의 거리

비트맵 정보 헤더: 비트맵 영상에 대한 정보

// 비트맵 정보 헤더
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {
    DWORD   biSize;         // BITMAPINFOHEADER 크기
    LONG    biWidth;        // 비트맵 가로 크기, 4byte
    LONG    biHeight;       // 비트맵 세로 크기
    WORD    biPlanes;       // 항상 1
    WORD    biBitCount;     // 픽셀당 비트 수
    DWORD   biCompression;  // BI_RGB
    DWORD   biSizeImage;
    LONG    biXPelsPerMeter;
    LONG    biYPelsPerMeter;
    DWORD   biClrUsed;
    DWORD   biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER;

biBitCount: 한 픽셀의 컬러를 표현하기 위해서 사용되는 비트 수. 트루컬러 영상은 24, 그레이스케일은 8

색상 테이블/팔레트
```
typedef struct tagRGBQUAD {
    BYTE    rgbBlue;
    BYTE    rgbGreen;
    BYTE    rgbRed;
    BYTE    rgbReserved;
} RGBQUAD;
```
- 4byte
- 그레이스케일 비트맵
  - (0, 0, 0, 0), (1, 1, 1, 0), (2, 2, 2, 0), ..., (255, 255, 255, 0)
  - 전체 4*256=1024bytes
- 트루컬러 비트맵은 색상 테이블이 존재하지 않음
픽셀 데이터
- 그레이스케일 비트맵: RGQUAD 배열의 인덱스 저장
- 트루컬러 비트맵: (B, G, R) 순서로 픽셀 값 저장
- 일반적으로 상하가 뒤집힌 상태로 저장됨(bottom-up)
- 효율적 데이터 관리를 위해 영상의 가로 크기를 4의 배수로 저장