사진, 컴퓨팅 및 비색계에서 회색 음영 또는 회색 음영 이미지는 각 픽셀의 값이 빛의 양만 나타내는 단일 샘플, 즉 강도 정보 만 전달하는 이미지입니다. 이 종류의 이미지는 흑백 또는 흑백으로도 알려져 있으며 가장 어두운 강도의 검은 색부터 가장 강한 흰색까지 다양한 회색 음영으로 구성됩니다.
그레이 스케일 이미지는 1 비트 2 톤 흑백 이미지와 구별됩니다.이 이미지는 컴퓨터 이미징의 맥락에서 흑백 (2 색 또는 2 색 이미지라고도 함)의 2 가지 색상 만있는 이미지입니다. 그레이 스케일 이미지는 그 사이에 많은 회색 음영을 나타냅니다.
그레이 스케일 이미지는 주파수 (또는 파장)의 특정 가중치 조합에 따라 각 픽셀에서 빛의 강도를 측정 한 결과 일 수 있으며 그러한 경우에는 단일 주파수 (실제로는 좁은 주파수 대역 )가 캡처됩니다. 주파수는 원칙적으로 전자기 스펙트럼 (예 : 적외선, 가시 광선, 자외선 등)의 어느 곳에서든지 발생할 수 있습니다.
비색계 (또는보다 구체적으로 측광) 그레이 스케일 이미지는 정의 된 그레이 스케일 색상 공간을 갖는 이미지로, 저장된 숫자 샘플 값을 표준 색상 공간의 무채색 채널에 매핑합니다.이 색상 자체는 사람의 시감 측정 속성을 기반으로합니다.
원래의 컬러 이미지에 정의 된 컬러 스페이스가 없거나 그레이 스케일 이미지가 컬러 이미지와 동일한 사람이인지 한 무색의 강도를 갖도록 의도되지 않은 경우 그런 컬러 이미지에서 그레이 스케일 이미지로의 고유 한 매핑이 없습니다.
수치 표현
픽셀의 강도는 최소값과 최대 값 사이의 주어진 범위 내에서 표현됩니다. 이 범위는 0 (또는 0 %) (전체 부재, 검은 색)과 1 (또는 100 %) (총 존재, 흰색)의 범위로 추상적 인 방식으로 표현되며 중간에 소수 값이 표시됩니다. 이 표기법은 학술 논문에서 사용되지만 표기법에서 “검은 색”또는 “흰색”이 무엇인지는 정의하지 않습니다. 때로는 숫자의 농도가 하프 토닝에 사용되는 잉크의 양을 나타내는 인쇄에서와 같이 백지 (잉크 없음)를 나타내는 0 %와 완전 검정 (완전 잉크) 인 100 %를 사용하여 배율이 반전되는 경우가 있습니다.
컴퓨팅에서 그레이 스케일은 유리수를 통해 계산할 수 있지만 일반적으로 이미지 픽셀은 필요한 저장 및 계산을 줄이기 위해 부호없는 정수로 저장하기 위해 양자화됩니다. 일부 초기 회색조 모니터는 최대 16 개의 서로 다른 음영 만 표시 할 수 있으며 4 비트를 사용하여 이진 형식으로 저장됩니다. 그러나 오늘날 (사진과 같은) 그레이 스케일 이미지 (화면 및 인쇄물 모두)는 일반적으로 샘플링 된 픽셀 당 8 비트로 저장됩니다. 이 픽셀 깊이는 256 가지의 서로 다른 강도 (즉, 회색 음영)를 기록 할 수 있으며, 각 픽셀 샘플을 개별적으로 하나의 전체 바이트로 액세스 할 수 있기 때문에 계산을 단순화합니다. 그러나 이러한 강도가 해당 픽셀에서 나타내는 실제 빛의 양 (선형 인코딩 또는 스케일)에 비례하여 균등하게 배치 된 경우 인접한 어두운 음영 간의 차이는 밴딩 인공물로 상당히 두드러 질 수 있지만 밝은 색조의 많은 부분 지각 할 수없는 많은 증분을 인코딩함으로써 “낭비”될 것입니다. 따라서 음영은 일반적으로 감마 압축 비선형 눈금에 균등하게 분산되어 어두운 색과 밝은 색조의 균일 한 지각 증감에 더 가깝습니다. 일반적으로 눈에 띄는 증가를 피하기 위해이 256 색조를 (겨우 겨우) 만듭니다.
기술적 인 용도 (예 : 의료용 이미징 또는 원격 감지 애플리케이션)에는 종종 센서 정확도 (일반적으로 샘플 당 10 또는 12 비트)를 최대한 활용하고 계산시 반올림 오류를 줄이기 위해 더 많은 레벨이 필요합니다. 컴퓨터가 16 비트 워드를 효율적으로 관리하기 때문에 샘플 당 16 비트 (65,536 레벨)는 종종 그러한 용도로 편리한 선택입니다. 브라우저와 많은 이미징 프로그램이 각 픽셀의 하위 8 비트를 무시하는 경향이 있지만 TIFF 및 PNG (기타) 이미지 파일 형식은 기본적으로 16 비트 회색조를 지원합니다. 내부적으로 계산 및 작업 저장을 위해 이미지 처리 소프트웨어는 일반적으로 크기가 16 또는 32 비트 인 정수 또는 부동 소수점 수를 사용합니다.
색상을 회색조로 변환
임의의 컬러 이미지를 그레이 스케일로 변환하는 것은 일반적으로 고유하지 않습니다. 컬러 채널의 서로 다른 가중치는 카메라에서 다른 색상의 사진 필터를 사용하여 흑백 필름을 촬영할 때의 효과를 효과적으로 나타냅니다.
색도 (지각 휘도 보존)를 회색조로 변환
일반적인 전략은 광도계의 원리를 사용하거나,보다 광범위하게는 컬러 차트에 따라 원래의 컬러 이미지와 동일한 휘도 (기술적으로 상대적인 휘도)를 갖도록 그레이 스케일 값 (목표 회색조 색상 공간에서)을 계산하는 것입니다. . 이 방법은 동일한 (상대) 휘도 이외에, 이미지의 주어진 영역에서 칸타라스 당 SI 단위로 계측 할 수 있기 때문에 두 이미지의 표시시 절대 휘도가 동일하게 유지되도록합니다. 동등한 화이트 포인트. 휘도 그 자체는 인간 시각의 표준 모델을 사용하여 정의되므로, 그레이 스케일 이미지의 휘도를 보존하면 선형 휘도 Y에 의해 결정되는 L * (1976 CIE L ab 색상 공간에서와 같이)와 같은 다른 지각 밝기 측정을 유지합니다. (CIE 1931 XYZ color space에서와 같이) 그 자체는 모호성을 피하기 위해 여기서는 Y linear 로 언급 할 것입니다.
색도 (지각 휘도 보존)를 회색조로 변환
일반적인 전략은 광도계 또는보다 광범위하게는 색채 계를 사용하여 원래의 컬러 이미지와 동일한 휘도 (기술적으로 상대적 휘도)를 갖도록 그레이 스케일 값을 계산합니다 (색 공간에 따라) ). 이 방법은 동일한 (상대) 휘도 이외에, 이미지의 특정 영역에서 평방 미터 당 SI 단위의 칸델라로 측정 할 수 있기 때문에 두 이미지가 표시 될 때 동일한 절대 휘도를 갖도록합니다. 동등한 화이트 포인트가 주어진다.휘도 자체는 인간 시각의 표준 모델을 사용하여 정의되므로 회색 음영 이미지의 휘도를 보존하면 선형 휘도 Y 자체에 의해 결정되는 L * (1976 CIE Lab 색상 공간에서와 같이)와 같은 다른 지각 밝기 측정 값이 유지됩니다 (CIE 1931 XYZ 색상 공간에서와 같이) 여기서는 모호성을 피하기 위해 Ylinear로 언급 할 것입니다.
일반적인 sRGB 색 공간에서 감마 확장은 다음과 같이 정의됩니다.
여기서 C srgb 는 3 개의 감마 압축 sRGB 원색 ( R srgb , G srgb 및 B srgb , 각각 범위 [0,1]에 있음) 중 하나를 나타내며 C linear 는 해당 선형 광도 값 ( R 선형 , G 선형 , 및 B 선형 , 범위 [0,1]에도 있음). 그리고, 선형 휘도는 3 개의 선형 강도 값의 가중 합으로서 계산된다. sRGB 색 공간은 CIE 1931 선형 휘도Y linear 로 정의됩니다.
이 3 개의 특정 계수는 정확한 Trichromat 인간의 밝기에 대한 정확한 Rec. sRGB의 정의에 사용되는 709 개의 기본 색상 (색도). 인간의 시력은 녹색에 가장 민감하므로 가장 큰 계수 값 (0.7152)을 가지며 파란색에 가장 민감하지 않으므로 가장 작은 계수 (0.0722)를 갖습니다. 선형 RGB에서 그레이 스케일 강도를 인코딩하려면 세 가지 색상 구성 요소 각각을 계산 된 선형 휘도와 동일하게 설정할 수 있습니다
세 가지 sRGB 구성 요소가 동일하므로 실제로는 회색 이미지 (색이 아님)임을 나타내므로 이러한 값을 한 번만 저장하면되며 결과를 회색 음영 이미지라고합니다. 이것은 일반적으로 JPEG 또는 PNG와 같은 단일 채널 그레이 스케일 표현을 지원하는 sRGB 호환 이미지 형식으로 저장됩니다. sRGB 이미지를 인식하는 웹 브라우저 및 기타 소프트웨어는 세 가지 색상 채널 모두에서 동일한 값을 갖는 “컬러”sRGB 이미지와 같은 그레이 스케일 이미지에 대해 동일한 렌더링을 생성해야합니다.
비디오 시스템에서 루마 코딩
PAL, SECAM 및 NTSC와 같은 표준 컬러 TV 및 비디오 시스템에 사용되는 Y’UV 및 그 친척과 같은 색상 공간의 이미지의 경우 감마 압축 기본 강도에서 직접 비선형 루마 성분 (Y ‘)을 계산합니다 가중치 합계로서, 측색 / 비색계 계산에 사용 된 감마 확장 및 압축없이 비색계 휘도의 완벽한 표현은 아니지만 더 빨리 계산할 수 있습니다. PAL 및 NTSC에서 사용되는 Y’UV 및 Y’IQ 모델에서 rec601 루마 (Y ‘) 구성 요소는 다음과 같이 계산됩니다.
여기서 우리는 prime을 사용하여 이러한 비선형 값을 약간 다른 감마 압축 공식을 사용하는 sRGB 비선형 값 (위에서 설명한)과 선형 RGB 구성 요소와 구별합니다. ATSC에서 개발 한 HDTV 용으로 사용되는 ITU-R BT.709 표준은 서로 다른 색상 계수를 사용하여 루마 성분을 다음과 같이 계산합니다.
위의 sRGB에서 사용 된 수치 적으로 같은 계수이지만 효과는 선형화 된 값보다는 감마 압축 된 값에 직접 적용되기 때문에 효과가 다릅니다. HDR 텔레비전에 대한 ITU-R BT.2100 표준은 다른 계수를 사용하여 루마 성분을 다음과 같이 계산합니다.
일반적으로 이러한 색상 공간은 렌더링하기 전에 비선형 R’G’B ‘로 다시 변환됩니다. 충분한 정밀도가 유지되는 한도 내에서 정밀하게 렌더링 할 수 있습니다.
그러나 휘도 성분 Y ‘자체가 대신에 컬러 이미지의 그레이 스케일 표현으로 직접 사용되는 경우, 휘도는 보존되지 않습니다. 두 개의 색은 동일한 휘도 Y’를 가질 수 있지만 다른 CIE 선형 휘도 Y (따라서 서로 다른 비선형 Y srgb 그러므로 원래의 색보다 전형적인 인간보다 어둡거나 가벼운 것처럼 보입니다. 유사하게, 동일한 휘도 Y (따라서 Y srgb 와 동일)를 갖는 두 개의 컬러는 일반적으로 위의 Y ‘ 휘도 정의 중 하나에 의해 상이한 휘도를 갖는다.
컬러 이미지는 종종 여러 개의 스택 된 색상 채널로 구성되며 각 색상 채널은 지정된 채널의 값 수준을 나타냅니다. 예를 들어, RGB 이미지는 빨강, 녹색 및 파랑의 기본 색 구성 요소에 대한 세 개의 독립적 인 채널로 구성됩니다. CMYK 이미지에는 시안 색, 마젠타 색, 노란색 및 검정색 잉크 판 등 4 개의 채널이 있습니다.
다음은 전체 RGB 색상 이미지의 색상 채널 분할 예제입니다. 왼쪽의 열은 자연 색상의 격리 된 색상 채널을 보여 주며 오른쪽에는 회색 음영이 있습니다.
그 반대의 경우도 있습니다 : 별도의 회색 음영 채널에서 풀 컬러 이미지를 작성하는 것입니다. 채널을 맹 글링하고 오프셋, 회전 및 기타 조작을 사용하여 원본 이미지를 정확하게 재현하는 대신 예술적 효과를 얻을 수 있습니다.