[DIP] Image Quality 관련 정량화 지표들: Resolution, Contrast, SNR

Image Quality 관련 정량화 지표들: 

다음은 Image Restoration등에서 사용되는 Image Quality를 나타내는 정량적 지표들에 대한 간략한 소개임.

(image acquisition에 사용된 장비의 성능의 비교에도 사용됨)

 

참고로 이 문서에서 다룬 지표들과 달리 ideal image가 존재하는 경우엔

해당 ideal image와의 비교를 통해 얼마나 차이가 나는지를 정량화하는 경우도 있음.

이들 지표들에 대해선 다음 URL를 참고.

https://dsaint31.me/mkdocs_site/DIP/cv2/etc/dip_metrics/

BME228

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1. Spatial Resolution 관련 정량지표 : 

Spaital Resolution (공간 해상도) 는 image 의 세부 사항을 구분할 수 있는 능력을 나타냄.

Ability to
distinguish between closely spaced elements of detail.

 

일반적으로 단위 면적당 픽셀 수가 많을수록 세부 정보의 표현이 더욱 선명해짐.

1-1. Line Pairs per Millimeters (lp/mm) : 

2022.09.26 - [Programming/DIP] - [DIP] Line pairs per milimeters and Bar phantom

[DIP] Line pairs per milimeters and Bar phantom

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1-2. Full-Width-Half-Maximum (FWHM) : 

2022.09.26 - [Programming/DIP] - [DIP] FWHM

[DIP] FWHM

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참고: 공간해상도 관련 단위(디스플레이 장비 위주) : 

Display Device에서의 spatial resolutoin (영상 자체가 아닌 system에서 보다 쓰이는 해상도 단위):

2024.10.09 - [Programming/DIP] - [CV] 공간해상도 관련 단위: SD, HD, MP, VGA 등등

[CV] 공간해상도 관련 단위: SD, HD, MP, VGA 등등

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참고로 MTF를 통해 spatial resolution을 정량화하여 비교할 수도 있음.

• 단, MTF는 contrast와 보다 관련이 깊은 편이다.
• MTF는 아래 contrast 관련 파트에서 modulation 관련 URL에서 좀 더 자세히 다룸.

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2. Contrast 관련 정량지표 : 

이미지의 pixel (또는 ROI)이 가질 수 있는 여러 다른 값들이 얼마나 확실하게 다르게 나타내어지는지 정도를 contrast (정확히는 contrast resolution)라고 한다. 

값이 다른 pixel이 얼마나 확실하게 다르게 보이는지를 의미하며,

• contrast가 좋을 경우 다른 값을 가져야하는 pixel이 보다 더 확실하게 다르게 보이는 것을 의미함.
• 같은 조직이라도 어떤 질환이 있거나 상태가 다른 조직은 그렇지 않은 조직에 비해 다른 pixel intensity를 가지며, 보다 큰 값의 차이를 보일수록 contrast가 좋다고 할 수 있음.

다음으로도 정의 가능함.

Contrast refers to difference between
the image intensity of an object and
surrounding objects or background.

 

때문에 Contrast Resolution이라는 용어는 image 내에서 서로 다른 강도(intensity) 또는 밀도(density)를 가진 구조물(예: 조직, 물체 등)을 구분할 수 있는 능력을 가리키는데 널리 사용됨.

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2-1. Modulation :

특정 signal (or image)의 contrast를 정량적으로 나타낸 값 (전체를 다 고려):

• 주로 빛이나 신호에서 modulation 이라는 용어를 많이 사용하고,
• 이미지에선 contrast (or Michelson contrast)라고 부르는 경우가 일반적임.

2022.09.26 - [Programming/DIP] - [DIP] Modulation Transfer Function and Contrast

[DIP] Modulation Transfer Function and Contrast

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2-2. Local contrast :

영상 전체에 대한 고려가 필요한 Modulation과 달리 특정지역의 contrast를 정량화.

2022.09.26 - [Programming/DIP] - [DIP] Local Contrast

[DIP] Local Contrast:

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3. Signal-to-Noise Ratio (SNR) : 

이미지의 신호대잡음비(SNR)는 어떤 영상이 정량적으로 좋은 영상인지를 나타내는 주요 지표 중 하나임.

 

영상을 일종의 random variable들의 모음(collection of random variables)이라고 볼 경우,
해당 random variable은 두가지 component, (true) signal ($f$)와 noise($N$)로 구성된다고 할 수 있음.
(true) signal은 보통 deterministic (=non-random)이며 영상에서 나타내고자하는 값이며,
noise는 일종의 random fluctuation으로 측정 등에서 발생하는 일종의 에러라고 볼 수 있다.
결과적으로 영상은 (true) signal에 가까울수록 좋은 영상이다.

 

2022.09.26 - [Programming/DIP] - [DIP] Signal to Noise : Amplitude, Power, and Differential SNR

[DIP] Signal to Noise : Amplitude, Power, and Differential SNR

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참고할 것은 PSNR (Peak SNR)의 경우, ideal image와의 차이가 얼마나 나는지를 나타내는데 많이 사용된다.

https://dsaint31.me/mkdocs_site/DIP/cv2/etc/dip_metrics/#peak-signal-to-noise-ratio-psnr

BME228

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같이 보면 좋은 자료들 : 

2024.09.05 - [Programming/DIP] - [CV] Sharpness (선예도)

[CV] Sharpness (선예도)