눈에서의 영상처리와 감마 보정(Gamma Correction)

우리 인간의 눈은 눈으로 들어오는 빛을 그 강도 그대로 받아들이지 않는다고 합니다. 우리 눈은 밝은 빛을 더욱 세분화하여 감지할 수 있도록 되어 있기 때문에 같은 강도의 밝기 변화라 할지라도 어두운 곳 보다는 밝은 곳에서 감지가 수월합니다. 다음의 그림은 검정색과 흰색으로 이루어진 그라데이션인데 이를 통해 우리 눈이 실제 어떻게 빛을 감지하는지 알 수 있습니다.

위의 그림에서 a는 검정색과 흰색으로 이루어진 그라데이션을 만들어 본 것이고 그 밑에 웨이브폼에서 흰색 직선은 그라데이션의 실제 밝기 강도를 나타냅니다(훠닐 스타일픽스에서 직접 그라데이션을 만드신 후 웨이브폼을 눌러 확인해 보세요). 직선이 나타났다는 것은 검정색에서 흰색으로 변화하는 각 단계의 밝기 변화가 동일하다는 것을 말합니다. 그러나 실제 우리 눈으로 보기엔 왠지 밝은 쪽이 더 많아 보입니다. 즉 실제 우리의 눈은 a의 녹색선처럼 직선이 아니라 곡선의 형태로 빛의 강도를 받아들입니다.

따라서 눈으로 보기에 동일한 빛의 밝기 변화를 나타내는 그라데이션을 만들기 위해선 b의 흰색 곡선처럼 각 단계의 빛을 원래 값보다 적당히 감소시켜 실제 눈으로 보이는 a의 녹색 곡선이 b의 녹색 직선처럼 보이게 만들어 줘야 합니다.

어떻게 하면 쉽게 a의 녹색 곡선이 b의 녹색 직선처럼 보이게 만들 수 있을까요? 이것은 정확히 그 곡선을 수학적 공식으로 나타내면 쉽게 해결이 가능하다.  정확하게는 아니더라도 비슷한 모양새를 나타낼 수 있다면 그 값만큼 보정을 해주면 해결이 될 것입니다.

다음에 나오게 될 지수함수를 통해 그 곡선의 형태를 유사하게 만들어 낼 수 있습니다. 디지털 영상 처리에선 특정 지수함수를 이용해 이미지를 보정하는 과정을 감마 보정이라 하는데 감마 보정이라 하는 이유는 지수함수의 지수로 쓰이는 문자가 감마(ɣ)이고 실제 함수에서 감마 값의 변화만으로 곡선을 변화시킬 수 있기 때문입니다.

실제 그 공식은 아래와 같습니다.

• A: 처리 전 값, B: 처리 후 값, R: 밝기 단계
• F(x, y): x를 밑으로, y를 지수로 하는 지수함수 (c 함수로는 pow()가 있다.)

그럼 이러한 감마 보정이 실생활에서 어떻게 쓰일까요? 아직도 많이 쓰이고 있는 음극선관(CRT) TV는 입력 전압에 따라 대략 1.8에서 2.5 정도의 감마 값을 가집니다.

즉 실제 선형입력되는 빛의 강도를 제대로 표현하지 못하기 때문에 촬영된 영상의 감마값을 1/2.5 (0.4)정도로 후보정을 하여야 실제 밝기 값으로 보여지게 됩니다.

훠닐 스타일픽스에서 감마 보정을 하시려면 필터 목록(F9) > 색조절 > 감마 보정을 하시거나 레벨 필터의 입력수준 중간값을 변경하여 하실 수 있습니다.