이 책은 영상처리 프로그래밍에 필요한 기본적인 지식인 영상 조작을 먼저 다룬 후, 영상 개선, 형태학적 연산과 분석, 필터링, 비디오 처리, 시공간 처리, 영상 잇기 등 다양한 알고리즘을 매트랩의 IPT(Image Processing Toolbox)와 CVST(Computer Vision System Toolbox) 함수 사용 방법을 연계해 저자가 독자의 눈높이에 맞춰 유쾌하게 설명하며, 후반에는 예술 과학과 컴퓨터 비전 분야에서 접할 수 있는 기법 등을 설명한다.

■ 영상에 기본 기하학 변환 적용

■ 그레이스케일과 컬러 영상의 화소값 조작

■ 수동 또는 자동으로 영상 내 관심 영역 선택

■ 그레이스케일과 컬러 영상에 마스킹 기술 적용

■ 영상처리 스크립트와 함수 작성

■ 필터링 방법을 이용한 영상 품질 개선

■ 3차원 영상과 비디오 작업

■ 사진을 이용한 타임 랩스 비디오 생성

환경에 대한 지식이 얕거나 거의 없지만 매트랩을 일반적인 영상이나 비디오 에디터의 대안이나 대체 솔루션으로 사용하고 싶어하는 초보 프로그래머에게 매우 유용하다. 이 책을 시작하기 전에 해야 할 유일한 일은 이 책의 자료를 더 쉽게 이해하기 위해 영상처리와 비디오 처리에 관한 기본적인 지식을 미리 쌓는 것이다. 약간의 기본 프로그래밍 경험은 도움이 되지만 필수는 아니다. 대부분의 내용이 밑바닥부터 시작하기 때문이다.

1장, ‘기본 영상 조작’에서는 매트랩 환경을 소개하고 기본 도구와 기능을 둘러보게 한 후, 매트랩의 GUI를 보여주고 매트랩에서의 영상 가져오기와 영상 띄우기를 차례대로 논의한다. 영상 회전/뒤집기, 크기 조정, 잘라내기 등의 기본 영상 변환을 다룬다. 마지막으로 영상을 기록하는 다른 방법을 보여준다. 1장은 대부분 처리를 함께 묶은 실습 예제가 들어 있다.
2장, ‘그레이스케일 영상의 화소 다루기’에서는 영상의 화소 기반 처리 예제에 기반을 둔다. 임계화, 지역이나 전역 명암대비 개선 같은 여러 고전적인 방법으로 영상을 개선하는 처리 방법을 논의한다. 제시된 방법은 매트랩 프로그래밍의 비밀을 부드럽게 소개한 여러 기술을 사용한다. 영상을 개선하는 실전 예제로 2장을 마무리한다.
3장, ‘형태학적 연산과 객체 분석’에서는 형태학적 영상 분석 방법의 기본을 소개한다. 3장에서는 임계화 방법을 이용해 그레이스케일 영상에 이진화를 수행하는 방법을 다룬다. 관심 있는 특별한 영상 영역을 선택하고 조작할 수 있도록 에지 검출과 다른 형태학적 연산자를 제시해 설명한다. 또한 자영상 내 코너, 원, 선을 자동으로 검출하는 기술을 알려주며 이 모든 기술은 여러 실습 예제를 통해 생생하게 보여준다.
4장, ‘컬러 영상 다루기’에서는 앞서 다룬 방법을 컬러 영상으로 확장한다. 그레이스케일로 다뤘던 몇 가지 처리를 컬러 영상처리로 다시 논의한다. 매트랩에서 서로 다른 컬러 공간과 그 장점을 컬러 영상 개선에 관한 예제로 설명한다. 조명과 컬러를 분리할 수 있는 방법과 독립적으로 처리하는 방법을 배울 수 있다. 컬러 분리 기술을 실전 예제를 통해 설명한다. 마지막에는 인기 있는 응용인 사진 내 적목 교정을 어떻게 개발하는지 배울 때 이전 장에서 언급했던 몇 가지 방법을 사용한다.
5장, ‘2차원 영상 필터링’에서는 영상 디블러링과 샤프닝 같은 영상 필터링에 대한 좀 더 복잡한 문제에 뛰어든다. 영상 잡음을 제거하는 더 정교한 기술을 접할 수 있다. 더 흥미롭고 재미있는 예제로 경험을 더 깊이 즐길 준비를 시작한다. 특정 영상 영역을 개선하거나 부드럽게 하기 위해 일부 필터를 지역적으로 적용한다.
6장, ‘예술 과학을 위한 영상 혼합’에서는 예술가나 과학자를 눈뜨게 한다. 과학적 시각화를 위해 다중분광 영상의 채널을 합성하는 기술을 배운 후, 예술적인 결과를 만들기 위해 영상 섞기나 영상 잇기를 하는 실습 예제로 재미를 선사한다. 매트랩에서 예술적인 HDR(High Dynamic Range) 영상을 생성할 수 있다. 끝으로 파노라마 영상을 생성하는 간단한 방법을 제시한다.
7장, ‘움직임 추가 - 정지 영상에서 디지털 비디오’에서는 이전까지 습득했던 지식에 기반을 둔 비디오 처리를 소개한다. 정지 영상으로 비디오를 생성할 수 있다는 사실은 더 나은 기본 개념을 이해하는 데 도움을 준다. 따라서 매트랩에서 기본 비디오 프레임 처리를 다룬 후 비디오를 불러오고 재생할 수 있는 방법을 보여주고, 정지 영상으로 비디오를 어떻게 생성하는지 알려준다. 7장에서는 타임 랩스 비디오 구성을 기본 실습 예제로 돌려볼 수 있다.
8장, ‘비디오 취득과 처리’에서는 매트랩의 영상 취득 도구 기능을 보여준다. 카메라로 비디오를 촬영하고, 매트랩에 들어 있는 특수 GUI 도구를 이용해 컴퓨터를 디지털 비디오 레코더로 사용하는 방법에 관한 단계별 예제를 제공한다. 또한 8장에서는 비디오 압축과 기본 컬러 비디오 처리 기술을 성능 문제에 관한 논의와 함께 보여준다.
9장, ‘시공간 처리’에서는 명령행 조작과 비디오 처리를 소개한다. 매트랩에서 기본 비디오 프레임 조작을 다룬 후 인트라 프레임과 인터 프레임 혹은 혼합 기술을 사용한 비디오 디인터레이싱 방법을 배운다. 시공간 비디오 필터링 개념을 잡는 데 도움을 주는 실습 예제를 함께 제시한다.
10장, ‘입문자에서 전문가로 - 움직임과 3D 처리’에서는 비디오에서 움직임을 검출하는 방법을 소개한다. 기본 지식에 바탕을 두고, 매트랩에서 간단한 감시 시스템을 만드는 핵심을 설명한다. 매트랩 툴박스 중 하나에 포함된, 인기 있는 옵티컬 플로우 알고리즘을 이용한 기본 움직임 추정도 알려준다. 비디오 안정화를 위한 예제를 돌려볼 수 있다. 마지막에 3차원 비디오 예제를 소개하고, 일반 비디오를 3D 비디오로 변환하는 매우 기본적이고 재미 있는 예제를 다룬다.

디지털 시각 미디어는 의심할 여지없이 실생활의 중요한 부분으로 자리 잡았다. 아날로그적 정보 저장 및 처리 방법이 점차 사라졌으며, 요즘에는 아날로그 미디어 애호가나 매우 특수한 애플리케이션에서만 아날로그를 사용한다. 영상이나 비디오 정보 캡처와 저장에 관해 처리 과정이 날이 갈수록 쉽고 빨라진 데다가 저렴해졌다. 거의 모든 사람이 사진이나 비디오 카메라 혹은 심지어 휴대폰까지 목적에 맞는 디지털 전자 장치에 접근할 수 있기 때문이다. 시각 미디어 캡처 장치가 급격하게 증가하면서 아마추어 사진작가와 주말 영화 제작자가 늘어났고, 그들은 저장한 영상이나 비디오를 처리하는 소프트웨어를 결정하는 문제를 종종 접한다. 불변의 법칙이 있는데, 공개 소프트웨어 솔루션은 흔히 기능이 제한돼 있거나 매우 복잡한 반면 상업용 솔루션은 매우 비싸거나 가끔은 사용자가 원하는 모든 기능을 제공하지 않는다.
이 책은 꽤 흔하지 않은 대체적인 솔루션을 제시하며, 영상이나 비디오 편집 소프트웨어만 필요로 하는 사용자를 고려하지 않을 수 있다. 하지만 학생이나 과학자 혹은 매트랩이라고 하는 다기능의 고급 수준 프로그래밍 환경에 쉽게 접근할 수 있는 사용자들에게는 분명히 매력적으로 다가올 것이다.

조지 시오카스(George Siogkas)

현재 그리스 뉴욕 전문대 공학정보학과장이다. 지난 4년 동안 전임강사로 가르쳤으며, 학계 연구 경험도 10년이 넘었다. 지능형 교통 시스템을 위한 컴퓨터 비전 분야의 박사 학위를 목표로 노력하는 과정 중에 매트랩 프로그래밍, 특히 영상과 비디오 처리 영역에 열정을 갖게 되었다. 그는 2013년 그리스의 파트라스 대학교에서 전자컴퓨터공학 박사 학위를 받았다.
저자에 관한 상세한 정보는 그의 웹 페이지(http://www.cvrlab.com/gsiogkas)를 방문해 확인할 수 있다.

매트랩(MATLAB)을 처음 접했을 땐 18년 전이었으며 당시 버전은 5.0이었다. 시간이 흐르면서 기술이 발전함에 따라 어느새 버전이 높아지고 많은 기능이 추가되는 것을 보면서 실감한 부분은 예나 지금이나 변함없이 매트랩 프로그래밍 관련 기초적인 방법만 알고 있다면 버전과 관계없이 자신의 분야에서 매트랩을 잘 활용할 수 있다는 점이었다.
사실 선형 대수학에 기반을 둔 매트랩은 다른 프로그래밍 언어에 비해 사용하기가 쉽고 결과를 시각화하기가 편한 강력한 프로그래밍 언어다. 영상처리 전공자와 컴퓨터 비전 전공자를 비롯한 연구자는 알고리즘 프로토타입을 설계해 성능을 테스트할 경우 매우 빠른 시간 안에 만들어야 하므로 매트랩을 대부분 사용하며, 영상처리와 컴퓨터 비전 관련 함수를 내장한 IPT(Image Processing Toolbox)와 CVST(Computer Vision System Toolbox) 등을 활용한다. 알고리즘 검증을 마치면 C/C++로 직접 개발하거나 혹은 알고리즘을 C/C++ 코드로 자동으로 생성하는 툴을 사용하고, 아니면 OpenCV 같은 컴퓨터 비전 라이브러리를 이용해 이식 하는 과정이 일반적이다.
여기서 주지해야 할 부분은 앞에 언급한 매트랩의 툴박스는 결코 만능이 아닌 데다가 매트랩에서 제공하는 매뉴얼에는 함수 사용법과 결과만 제시하고 있을 뿐, 해당 알고리즘을 자세하게 다루지 않고 해당 함수의 소스를 공개하고 있지 않아 알고리즘 동작 원리를 알기 힘들기 때문에 입문자에게는 어느 정도는 한계가 있다는 점이다. 그런 이유로 관련 이론에 대한 이해가 뒷받침돼야만 툴박스의 내장 함수를 제대로 사용할 수 있고, 더 나아가 자신이 원하는 프로그램을 수월하게 개발할 수 있다는 점을 분명히 말씀 드리고 싶다.
이 책의 저자인 조지 사오스카 박사는 나름대로 기존 매트랩 책과 차별화를 시도했으며, 다음과 같이 정리할 수 있다.
첫째, 정지 영상에서 동영상 처리까지 매트랩의 IPT와 CVST 등을 연계해 설명하며, 비디오 처리와 관련된 내용을 다룬 책이 거의 없다는 점을 고려했다.
둘째, 그레이스케일 영상 기반 알고리즘을 컬러 영상을 처리할 때 그대로 적용할 수 없으니 어떻게 처리해야 할지 친절하게 알려주고 있다.
셋째, 독자가 직접 매트랩 코드를 입력하고 결과를 바로 볼 수 있도록 실습을 유도한 후, 왜 그렇게 나왔는지 친절하게 설명한다.
넷째, 예술 공학의 꽃인 합성과 컴퓨터 비전의 움직임 추적 등을 다양하게 다루며 매트랩으로 할 수 있음을 강조한다.
한 줄로 요약하자면, 매트랩으로 정지 영상부터 예술 공학, 비디오 처리까지 필요한 내용을 쉽게 실습하며, 매트랩의 툴박스 매뉴얼보다 많이 참고할 수 있는 책이라고 할 수 있다. 실제로 조지 사오스카 박사는 매트랩 전문가 관점에서 기존 책의 패턴을 깨버리고 과감하게 시도했으며, 필요한 내용만 보여주면서 실습을 자연스럽게 이끄는 흡인력이 뛰어나고 또한 이 책의 ‘보충 설명(What just happened?)’에서 보듯이 다른 책에서도 접할 수 없었던 저자의 배려가 여기저기 묻어난다.
매트랩이 상용 프로그램이라는 특성 때문에 영상처리와 컴퓨터 비전 강의 과정에서 교재로 참고하거나 실습에 어려움이 있다면, 매트랩에 대한 대안이자 오픈소스로 공개된 옥타브(Octave)를 활용해 이 책을 참고할 수 있을 것이다.
2005년에 『MATLAB을 활용한 실용 디지털 영상처리』(홍릉과학) 책을 낸 이후로 지금까지는 출판 상황이 좋지 않아 개정판을 낼 기회가 없었고, 매트랩을 이용한 영상처리 책이 국내외로 많이 출간되지 않은 탓에 아쉬움이 많았다. 그러던 중에 이 책을 번역해 출간하면서 어느 정도는 마음의 부담을 덜 수 있게 돼 기쁘다.

이문호

관심 분야는 정보 검색이며, 매일 4시간 이상 걸리는 출퇴근 시간에 다방면의 원서를 읽는 쏠쏠한 즐거움에 빠져 사는 아날로그 세대다. 영상처리를 전공으로 석사를 마쳤고, 현재 문헌정보학 박사 과정에 있으며, 컴퓨터 비전 기반 지능형 솔루션 개발에 전념하고 있다. 오픈소스 자바 검색 엔진인 루씬(Lucene)에 관한 첫 국내서인 『루씬 인 액션』(에이콘, 2005)을 공역했으며, 오픈소스 영상처리 라이브러리를 다룬 오픈소스 라이브러리 실무 시리즈 도서를 펴낸 저자로도 잘 알려져 있다. 『MATLAB을 활용한 실용 디지털 영상처리』(홍릉과학, 2005), 『오픈소스 OpenCV를 이용한 컴퓨터 비전 실무 프로그래밍』(홍릉과학, 2007) 등 7권의 책을 저술했으며, 번역한 책으로는 에이콘출판사에서 출간한 『OpenCV 2 Computer Vision Application Programming Cookbook 한국어판』(2012), 『EmguCV와 테서렉트 OCR로 하는 컴퓨터 비전 프로그래밍』(2014), 『OpenCV 프로그래밍』(2015), 『(개정판) OpenCV를 활용한 컴퓨터 비전 프로그래밍』(2015), 『matplotlib을 이용한 데이터 시각화 프로그래밍』(2015), 『OpenCV 컴퓨터 비전 프로젝트』(2016), 『C# 멀티스레드 프로그래밍』(2016), 『안드로이드 비동기 프로그래밍』(2016)이 있다.