[16장] 다이나믹레인지(dynamic range)

오늘은 Dynamic Range에 대해 이야기해 보고자 합니다.

 Dynamic Range(DR)는 쉽게 말해 image sensor에서 '어두운 영역에서부터 밝은 영역'을 인식할 수 있는 범위를 의미합니다.

 

사람의 눈은 어두운 영역과 밝은 영역이 있는 역광 환경에서도 어느정도 인지가 가능합니다. (사람의 눈은 밝은 영역 보다 어두운 영역의 밝기 변화에 더 민감하게 반응 할 수 있도록 특화되어 있습니다. - 베버의 법칙)

 

그러나 DR이 비교적 좁은 센서(Low Dynamic Range)를 사용하는 카메라에선 같은 역광 환경인 데도 불구하고, 어두운 영역은 까맣게 밝은 영역은 하얗게 포화되어 무엇이 있었는지 조차 식별이 불가능한 경우가 많습니다.

(카메라 입장에선 Dynamic Range가 무조건 좋을 수록 좋습니다.)

 

왼쪽: Low Dyanmic Range(LDR) / 오른쪽 High Dynamic Range(HDR) - (출처: 위키피디아)

LDR 이미지는 창 내부의 어두운 영역에 정보가 없고, 밝은 영역은 하얗게 포화가 되어 식별이 어렵습니다.
그렇다면 HDR 이미지는 어떨까요? 어두운 영역의 정보가 잘 감광되어 눈에 보입니다! 

왼쪽: DR이 좁은 이미지 / 오른쪽: DR이 넓은 이미지(WDR::Wide Dynamic Range)

DR이 좁은 이미지는 '수학의 정석'이라는 글자가 식별하기 어렵습니다. 포화 까지는 아니지만 밝은 조명에 의해 에어컨이 하얗게 떴습니다. 반면 DR이 넓은 이미지는 '수학의 정석' 이란 글자가 어느정도 보이고 바깥쪽 포화도 어느정도 제어가 되어 식별이 가능합니다.

 

문제를 해결하기 위한 방법은 몇가지가 있습니다.

1) 보고 싶은 영역에 더 많은 비트를 할당 해서 잘 보이도록 한다.
2) Dynamic Range 넓은 센서(HDR)를 사용한다.

물론 1)을 통해 보고자 하는 영역(어두운 영역)에 비트를 더 할당해 기존에 식별 조차 안됐던 문제를 개선 시킬 수 있습니다.

하지만 할당된 자원은 한정적이기 때문에 밝은 영역에선 비트를 더 적게 사용하게 되어 포화 되었던 영역은 더 인지하는 것이 어렵게 됩니다.  이 방법으로 보고싶은 영역을 잘 보이게 할 수 있지만, Dynamic Range 자체는 넓어진 것이 아닙니다. 어두운 영역을 보기 위해 밝은 영역의 비트 수를 줄였기 때문에 결론적으로 Dynamic Range는 이전과 동일하게 됩니다.

 

제일 안정적인 방법으로 2)를 사용하면 됩니다.

센서에서 인식 하는 Dynamic Range가 넓어졌기 때문에 사람이 인지하는 DR 보다 더 넓게 볼 수도 있겠습니다.

하지만 이 방법의 단점은 무엇일까요? - 바로 가격이 비싸 지는 것입니다.

 

DR이 좋은 센서를 사용하는 방법 말고도 후처리를 이용하여 Dynamic Range를 넓히는 방법도 존재한답니다. 그 방법에 대해선 다음에 포스팅하겠습니다.