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기술

양방향 필터

양방향 필터기술
영문명
Bilateral filter
가중치 기준
공간 거리와 값의 차이
연산 특징
입력에 따라 가중치가 변하는 비선형 필터
주요 용도
경계를 고려한 영상 평활화
양방향 필터는 화소 사이의 공간 거리와 밝기 또는 색의 차이를 함께 반영해 영상을 평활화하는 방법이다. 가까이 있어도 값이 크게 다른 화소의 영향을 줄여 경계를 보존하는 방향으로 평균을 구성한다.

가까운 것과 비슷한 것을 함께 본다

공간 거리만 사용하는 평활화에서는 경계 양쪽 화소도 가까우면 서로 영향을 준다. 양방향 필터는 중심과 값이 비슷한지도 가중치에 반영한다. 두 조건의 가중치를 곱한 뒤 전체 가중치 합으로 나누어 출력을 구한다. 주변 값이 달라지면 가중치도 달라지므로 고정된 커널을 적용하는 선형 연산과는 다르다.

밝기 경계의 작은 예

일차원 위치 세 곳의 값이 10,10,100이고 가운데 값을 계산한다고 하자. 양옆의 공간 가중치를 0.5, 중심은 1로 둔다. 밝기 차이에 따른 가중치를 exp(−차이²/(2σ²))로 두고 σ=10으로 정하면 오른쪽의 추가 가중치는 exp(−40.5)로 매우 작다. 출력은 거의 10이다. 밝기 조건을 빼면 같은 공간 가중치의 평균은 32.5가 되어 오른쪽 값의 영향을 훨씬 많이 받는다.

두 범위 설정의 역할

공간 범위를 넓히면 더 먼 이웃도 계산에 참여할 수 있다. 값 차이의 허용 범위를 넓히면 밝기가 다른 이웃의 영향도 커진다. 반대로 값 차이에 지나치게 민감하게 설정하면 작은 잡음 때문에 서로 비슷해야 할 화소들까지 분리될 수 있다. 영상 값이 0에서 1인지 0에서 255인지에 따라서도 같은 수치 설정의 의미가 달라진다.

경계 보존의 한계

모든 경계를 정확히 보존하거나 모든 잡음을 없애는 방법은 아니다. 미세한 질감이 약해지거나 평탄한 영역이 과장돼 보일 수 있고, 강한 잡음은 경계와 구별하기 어려울 수 있다. 큰 이웃을 직접 계산하면 비용도 증가한다. 결과의 부드러움뿐 아니라 작은 구조의 유지, 경계 주변의 변화와 처리 시간을 함께 평가해야 한다.

관련 문서

가우스 필터 / 중앙값 필터 / 이미지 처리 / 가중 평균 / 캐니 에지 검출 / 히스토그램 평활화