실습 4 — 전후 비교 격자와 한 장 요약 만들기

import os
import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams["font.family"] = "Malgun Gothic"
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False

clean = cv2.imread("ch06_parking.png")
rng = np.random.default_rng(600)
# 6차시와 같은 노이즈 함수: 소수로 바꿔 더하고 0~255 로 자른 뒤 uint8 로
noisy = np.clip(clean.astype(np.float64) + rng.normal(0, 20, clean.shape), 0, 255).astype(np.uint8)

results = {
    "노이즈": noisy,
    "Gaussian 5×5": cv2.GaussianBlur(noisy, (5, 5), 0),
    "Median 5": cv2.medianBlur(noisy, 5),
    # bilateralFilter(그림, 이웃 지름, 색 차이 시그마, 거리 시그마)
    "Bilateral": cv2.bilateralFilter(noisy, 9, 75, 75),
}
# PSNR: 클수록 원본에 가깝다(6차시)
psnr = {name: round(float(cv2.PSNR(clean, im)), 2) for name, im in results.items()}
for name, value in psnr.items():
    print(f"{name:13} PSNR {value} dB")

def compare_grid(images, titles, path, cols=3):
    """그림 목록을 같은 크기의 격자로 놓고 제목을 달아 저장한다. 슬라이드에 그대로 붙인다."""
    rows = (len(images) + cols - 1) // cols          # 그림 수를 칸 수로 나눠 올림한 줄 수
    fig, axes = plt.subplots(rows, cols, figsize=(4 * cols, 3.3 * rows))
    for ax in axes.flat:
        ax.axis("off")                               # 빈칸이 남아도 테두리가 보이지 않게
    for ax, im, title in zip(axes.flat, images, titles):
        ax.imshow(cv2.cvtColor(im, cv2.COLOR_BGR2RGB))
        ax.set_title(title)
    plt.tight_layout()
    fig.savefig(path, dpi=100)                       # dpi: 1인치에 넣을 점 수. 100 이면 가로 1200칸
    return fig

# 가장 좋은 필터를 PSNR 로 고른다(노이즈 자신은 빼고)
best = max((n for n in psnr if n != "노이즈"), key=psnr.get)
order = ["노이즈", best]
fig = compare_grid([clean] + [results[n] for n in order],
                   ["원본"] + [f"{n} ({psnr[n]} dB)" for n in order],
                   "out_ch20_compare.png")
print("가장 좋은 필터:", best)
print("저장한 격자:", os.path.getsize("out_ch20_compare.png") // 1024, "KB")
plt.show()

fig = plt.figure(figsize=(12, 6.5))
# GridSpec: 그림 판을 3줄 4칸으로 나눈다. height_ratios 로 줄 높이 비율을 정한다
grid = fig.add_gridspec(3, 4, height_ratios=[0.8, 3, 1.6])

# 맨 위 줄: 처리 흐름을 상자와 화살표로
flow = fig.add_subplot(grid[0, :])
flow.axis("off")
steps = ["원본 읽기", "노이즈 더하기", "필터 걸기", "PSNR 재기"]
for k, step in enumerate(steps):
    x = 0.12 + k * 0.25
    flow.text(x, 0.5, step, ha="center", va="center", fontsize=13,
              bbox=dict(boxstyle="round", facecolor="white"))
    if k < len(steps) - 1:
        # annotate 의 화살표: xytext(꼬리)에서 xy(머리)로
        flow.annotate("", xy=(x + 0.17, 0.5), xytext=(x + 0.08, 0.5), arrowprops=dict(arrowstyle="->"))

# 가운데 줄: 그림 네 장
for k, (name, im) in enumerate([("원본", clean)] + [(n, results[n]) for n in ["노이즈", "Median 5", "Bilateral"]]):
    ax = fig.add_subplot(grid[1, k])
    ax.imshow(cv2.cvtColor(im, cv2.COLOR_BGR2RGB))
    ax.set_title(name)
    ax.axis("off")

# 아래 줄: 숫자 막대
bar = fig.add_subplot(grid[2, :])
bar.barh(list(psnr.keys()), list(psnr.values()))
bar.set_xlabel("PSNR (dB, 클수록 원본에 가깝다)")
bar.invert_yaxis()
fig.suptitle(f"노이즈 줄이기 한 장 요약: 가장 좋은 필터는 {best}", fontsize=15)
fig.tight_layout()
fig.savefig("out_ch20_onepage.png", dpi=100)
plt.show()

# 저장한 그림을 다시 읽어 가로세로 비율을 본다. 슬라이드는 보통 16:9(1.78)다
for path in ["out_ch20_compare.png", "out_ch20_onepage.png"]:
    im = cv2.imread(path)
    h, w = im.shape[:2]
    print(f"{path}: {w}×{h}, 비율 {w / h:.2f}, {os.path.getsize(path) // 1024} KB")