영상공학의 역사, 주요 내용, 그리고 미래 전망

영상공학이란, 디지털 영상을 생성·처리·분석·응용하는 공학 분야입니다. 영상공학은 전자공학, 컴퓨터공학, 통신공학, 영상예술 등 다양한 분야와 관련이 있습니다. 영상공학은 인간의 시각정보를 컴퓨터로 표현하고 이해하고 활용하기 위한 지식과 기술에 대해 공부합니다. 이 글에서는 영상공학의 역사, 주요 내용, 그리고 미래 전망에 대해 소개합니다.

역사

영상공학의 역사는 19세기에 시작됩니다. 당시 물리학자들은 전기와 자기 현상을 연구하면서 복잡한 수식을 단순화하기 위해 푸리에 변환이라는 수학적 도구를 개발했습니다. 푸리에 변환은 시간이나 공간에 따라 변화하는 신호를 주파수라는 새로운 변수로 표현하는 방법입니다. 푸리에 변환은 신호의 성분과 특성을 파악하기 쉽게 해 다양한 영상공학 기법의 기초가 되었습니다. 20세기 들어 영상공학은 디지털화와 함께 크게 발전했습니다. 1912년에는 민스키가 비례-적분-미분(PID) 제어기를 개발했습니다. 1927년에는 라츠와 니콜슨이 근궤적 방법을 이용하여 선형시 불변 시스템의 안정성을 판단하는 방법을 제시하였다. 1934년에는 블랙이 음성 증폭기의 안정화를 위해 음성 피드백을 사용한 최초의 예를 제시했습니다. 1948년에는 섀넌이 정보 이론과 샘플링 이론을 창시하여 디지털 신호 처리의 기초를 닦았습니다. 1950년대부터는 최적화와 관련된 영상공학 기법이 주목받기 시작했습니다. 예를 들어 카르만 필터는 노이즈가 있는 신호에서 최적의 추정치를 구하는 기법입니다. 선형 이차계 프로그래밍은 선형 제약 하에서 이차계 목적 함수를 최소화하는 기법입니다. 동적 계획법은 복잡한 최적화 문제를 몇 가지 단순한 부분 문제로 나누어 해결하는 기법입니다. 1960년대부터는 비선형과 관련된 영상공학 기법이 주목받기 시작했습니다. 예를 들어 슬라이딩 모드 제어는 비선형 시스템의 강성을 향상하기 위해 불연속 제어 입력을 사용하는 기법입니다. 피드포워드 제어는 외란에 사전에 대응하기 위해 목표 출력을 입력으로 사용하는 기법입니다. 가변 구조 제어는 시스템의 동작 상태에 따라 제어 구조를 바꾸는 기법입니다. 1970년대부터는 지능과 관련된 영상공학 기법이 주목받기 시작했습니다. 예를 들어 퍼지 제어는 불확실한 정보를 처리하기 위해 퍼지 세트와 퍼지 논리를 사용하는 기법입니다. 인공 신경망은 인간의 뇌를 모방하여 복잡한 비선형 문제를 해결하는 기법입니다. 유전 알고리즘은 자연의 진화를 모방하여 최적해를 탐색하는 기법입니다.

주요 내용

영상공학의 주요 내용은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

- 영상생성은 디지털 영상을 만드는 과정입니다. 이미지 생성에는 카메라, 스캐너, 컴퓨터 그래픽 등의 도구가 사용됩니다. 영상 생성의 목적은 현실 세계나 가상 세계의 장면을 컴퓨터로 표현하고 저장하고 전송하는 것입니다.

- 영상처리는 디지털 영상을 변형하거나 개선하는 과정입니다. 화상 처리에는 화소값 변환, 공간영역 변환, 주파수영역 변환, 기하학적 변환, 색공간 변환 등의 기법이 사용됩니다. 영상 처리의 목적은, 영상의 품질을 향상하거나, 잡음을 제거하거나, 압축하거나, 복원하거나, 향상하거나, 필터링하는 것입니다.

- 영상분석은 디지털 영상에서 유용한 정보를 추출하거나 해석하는 과정입니다. 영상 분석에는 영상 통계, 영상 특징 추출, 영상 분할, 영상 인식, 컴퓨터 비전 등의 기법이 사용됩니다. 영상 분석의 목적은 영상의 의미를 이해하고 판단하고 응용하는 것입니다.

영상 공학의 장래 전망

영상공학은 현재도 계속 발전하고 있으며 미래에도 많은 변화와 혁신을 가져올 것으로 예상됩니다. 몇 가지 예를 들어보겠습니다.

- 3D영상은 입체적인 공간정보를 담은 디지털 영상입니다. 3D 영상은 입체감이 느껴지는 3D 디스플레이나 가상현실 장치와 함께 사용됩니다. 3D 영상은 3D 스캐닝, 3D 모델링, 3D 렌더링 등의 기술로 생성되고 처리되고 분석됩니다.

- 4K/8K UHD는 초고화질 디지털 영상입니다. 4K UHD는 3840 ×2160 화소로 구성된 영상이고, 8K UHD는 7680 ×4320 화소로 구성된 영상입니다. 4K/8K UHD는 선명하고 생생한 화질을 제공합니다. 4K/8K UHD는 고속카메라, 고성능 코덱, 대용량 스토리지 등의 기기등에도 적용됩니다.