Python으로 시작하는 OpenCV 입문｜이미지 처리부터 실시간 처리까지 완벽 가이드

1. OpenCV란?

OpenCV의 개요

Python에서 OpenCV의 장점

1. 간단한 인터페이스 OpenCV는 단순하고 이해하기 쉬운 API를 제공하며, Python 코드를 사용하면 몇 줄만으로도 고급 이미지 처리를 구현할 수 있습니다. 예를 들어, 이미지 불러오기, 표시, 크기 조정과 같은 기본 작업을 손쉽게 수행할 수 있습니다.
2. 풍부한 기능 OpenCV는 이미지의 불러오기와 표시뿐만 아니라, 색 공간 변환, 에지 검출, 객체 인식, 얼굴 검출 등 이미지 처리에 필요한 다양한 기능을 지원합니다. 이를 통해 기본적인 이미지 처리부터 고급 기계 학습을 활용한 이미지 인식까지 폭넓은 용도에 대응할 수 있습니다.
3. 대규모 커뮤니티와 지원 OpenCV는 많은 개발자가 사용하고 있어, 방대한 문서와 튜토리얼, 샘플 코드를 인터넷에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 문제가 발생하더라도 커뮤니티 포럼이나 Q&A 사이트에서 해결책을 찾기 쉬운 점도 큰 장점입니다.

어떻게 사용되나요?

• 감시 카메라 시스템：얼굴 인식 및 이상 행동 탐지。
• 의료 영상 처리：CT 스캔과 MRI 영상 분석。
• 자율주행：객체 검출과 차선 인식。

2. Python에서 OpenCV를 설치하는 방법

OpenCV 설치 절차

pip install opencv-python

pip install opencv-python-headless

자주 발생하는 오류와 해결 방법

1. ModuleNotFoundError: No module named 'cv2' OpenCV가 설치되어 있지 않거나 Python 환경이 올바르게 설정되지 않은 경우 발생합니다. 이 오류가 나타나면 먼저 OpenCV가 제대로 설치되어 있는지 확인하세요. 설치 후 스크립트를 다시 실행합니다.
2. 의존성 문제 OpenCV를 설치할 때 의존성 오류가 발생할 수 있습니다. 이 경우、opencv-contrib-python 등의 추가 패키지를 설치하면 해결되는 경우가 많습니다。

pip install opencv-contrib-python

3. 버전 불일치 Python 버전과 OpenCV 버전이 맞지 않는 경우에도 오류가 발생할 수 있습니다. 그럴 경우 OpenCV 공식 문서에서 호환되는 버전을 확인하고, 적절한 버전을 설치하세요。

3. 이미지를 불러오는 방법

이미지 불러오기

import cv2

# 이미지 불러오기
image = cv2.imread('example.jpg')

이미지 표시하기

cv2.imshow('Image', image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

이미지가 제대로 불러와지지 않는 경우의 해결 방법

if image is None:
    print("이미지를 찾을 수 없습니다")
else:
    cv2.imshow('Image', image)
    cv2.waitKey(0)
    cv2.destroyAllWindows()

4. 이미지 전처리와 크기 조정

이미지 크기 조정

import cv2

# 이미지 불러오기
image = cv2.imread('example.jpg')

# 이미지 크기 조정
resized_image = cv2.resize(image, (400, 300))

# 크기 조정한 이미지 표시
cv2.imshow('Resized Image', resized_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

resized_image = cv2.resize(image, None, fx=0.5, fy=0.5)

색 공간 변환

# 이미지를 그레이스케일로 변환
gray_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# 그레이스케일 이미지 표시
cv2.imshow('Gray Image', gray_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

5. 고급 이미지 처리: 윤곽선 검출과 히스토그램 분석

윤곽선 검출

# 그레이스케일로 변환
gray_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# 이진화
ret, thresh = cv2.threshold(gray_image, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 윤곽선 검출
contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

# 윤곽선 그리기
cv2.drawContours(image, contours, -1, (0, 255, 0), 3)

# 결과 표시
cv2.imshow('Contours', image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

히스토그램 분석

import matplotlib.pyplot as plt

# 히스토그램 계산
hist = cv2.calcHist([image], [0], None, [256], [0, 256])

# 히스토그램 플롯
plt.plot(hist)
plt.show()

6. 실용 예: 실시간 이미지 처리

카메라 영상 캡처

import cv2

# 카메라 시작
cap = cv2.VideoCapture(0)

# 카메라 영상을 가져올 수 있는지 확인
if not cap.isOpened():
    print("카메라를 열 수 없습니다")
    exit()

while True:
    # 영상을 프레임 단위로 읽기
    ret, frame = cap.read()

    if not ret:
        print("프레임을 가져올 수 없습니다")
        break

    # 프레임 표시
    cv2.imshow('Camera Feed', frame)

    # 'q' 키를 누르면 종료
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

# 리소스를 해제하고 창 닫기
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

실시간 필터링

while True:
    ret, frame = cap.read()

    if not ret:
        break

    # 프레임을 그레이스케일로 변환
    gray_frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # 그레이스케일 프레임 표시
    cv2.imshow('Grayscale Camera Feed', gray_frame)

    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

7. 문제 해결

1. OpenCV가 설치되어 있지 않음

pip install opencv-python

pip install opencv-python-headless

2. 카메라가 인식되지 않음

• 카메라가 올바르게 연결되어 있는지 확인합니다.
• 다른 애플리케이션이 카메라를 사용하고 있지 않은지 확인합니다.
• 여러 대의 카메라가 있는 경우 인덱스 번호를 변경해 보세요. 예를 들어、cv2.VideoCapture(1)처럼 합니다。

3. 이미지 불러오기에 실패

• 이미지 경로가 올바른지 확인합니다. 상대 경로가 아닌 절대 경로 사용을 권장합니다.
• 이미지 파일 형식이 지원되는지 확인합니다. OpenCV는 JPEG와 PNG 형식을 지원하지만, 다른 형식은 추가 라이브러리가 필요할 수 있습니다.

image = cv2.imread('/path/to/your/image.jpg')
if image is None:
    print("이미지를 불러올 수 없습니다")

8. 정리