실습 1 — Salt & Pepper 노이즈 만들기

import cv2
import numpy as np

# 표지판 그림을 흑백으로 읽는다. 연습용으로 도형을 그려 만든 가상의 그림이다
gray = cv2.imread("ch07_sign.png", cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
print("모양:", gray.shape, "/ 가장 어두운 값:", int(gray.min()), "/ 가장 밝은 값:", int(gray.max()))

def add_salt_pepper(img, amount, seed):
    """칸의 amount 비율을 점으로 바꾼다. 절반은 검은 점(0), 절반은 하얀 점(255)."""
    # default_rng(seed): 씨앗을 고정한 난수 생성기
    rng = np.random.default_rng(seed)
    # random(모양): 칸마다 0 이상 1 미만의 난수 하나
    r = rng.random(img.shape)
    noisy = img.copy()                       # 원본은 그대로 두고 복사본에 찍는다
    noisy[r < amount / 2] = 0                # 아주 작은 난수 → 후추
    noisy[r > 1 - amount / 2] = 255          # 아주 큰 난수 → 소금
    return noisy

noisy = add_salt_pepper(gray, 0.05, 711)
# 원본에 0 과 255 가 없으므로 0 과 255 인 칸의 수가 곧 점의 수다
print("검은 점:", int((noisy == 0).sum()), "/ 하얀 점:", int((noisy == 255).sum()))

import pandas as pd

rows = []
for amount in [0.02, 0.05, 0.10, 0.20]:
    noisy = add_salt_pepper(gray, amount, 711)
    pepper = int((noisy == 0).sum())
    salt = int((noisy == 255).sum())
    rows.append({
        "정한 비율": amount,
        "검은 점": pepper,
        "하얀 점": salt,
        # 실제 비율 = 점의 수 ÷ 전체 칸 수(76,800)
        "실제 비율": round((pepper + salt) / gray.size, 4),
    })
print(pd.DataFrame(rows).to_string(index=False))

import matplotlib.pyplot as plt

# 그래프의 한글이 깨지지 않게 맑은 고딕을 쓰고, 빼기 기호가 네모로 나오지 않게 한다
plt.rcParams["font.family"] = "Malgun Gothic"
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False

fig, axes = plt.subplots(2, 2, figsize=(8, 6))
for ax, amount in zip(axes.flat, [0.02, 0.05, 0.10, 0.20]):
    # 흑백은 cmap="gray", 밝기 기준을 0~255 로 고정한다
    ax.imshow(add_salt_pepper(gray, amount, 711), cmap="gray", vmin=0, vmax=255)
    ax.set_title(f"점 비율 {amount:.0%}")    # :.0% 는 0.05 를 5% 로 적는다
    ax.axis("off")
plt.tight_layout()
plt.show()

a = add_salt_pepper(gray, 0.10, 711)
b = add_salt_pepper(gray, 0.10, 711)      # 같은 씨앗
c = add_salt_pepper(gray, 0.10, 799)      # 다른 씨앗

# array_equal: 모양과 모든 숫자가 같으면 True
print("씨앗 711 과 711 이 같은가:", np.array_equal(a, b))
print("씨앗 711 과 799 가 같은가:", np.array_equal(a, c))
# 두 그림에서 점의 자리가 다른 칸 수
print("점 자리가 다른 칸:", int((a != c).sum()))
# 원본은 바뀌지 않았다: 여전히 0 과 255 가 없다
print("원본의 0·255 칸 수:", int((gray == 0).sum() + (gray == 255).sum()))