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문제 정의
- 2006) 결과에서 밝혀졌다[3]. 따라서 본 연구는 IR Cut-Off Filter를 통해 투과되는 적외선이 이미지 화질에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 분석하고자 하였다.
- 따라서 본 연구는 디지털 카메라에 장착되어 있는 IR Cut-Off Filter의 기계적 특성에 의해 투과되는 미량의 적외선이 디지털 화상이미지에 끼치는 영향을 분석하는 데 그 목적이 있다.
- 이에 본 연구는 디지털 카메라에 장착되어 있는 IR Cut-Off Filter의 기계적 특성에 의해 투과되는 미량의 적외선이 디지털 화상이미지에 끼치는 영향을 과학적으로 분석하고자 하였다.
- 이에 본 연구에서는 일반적인 촬영상황 즉, UV 필터를 장착한 상태와 자외선과 적외선을 모두 차단하고 가시광선만을 투과시키는 UV-IR필터를 장착하여 적외선의 투과상태와 차단상태를 과학적으로 분석한다. 이를 위하여 적절한 필터를 실험을 통하여 선별하고, TE253 S, Kodak Gray Scale Q-14, Macbeth SG Digita Color Checker, 적외선 투과율 실험을 위해 Kodak Gray Card를 표준 피사체로 촬영한다.
제안 방법
- Delta E와 더불어 각 컬러오차를 분석하였다. 색 좌표에서는 이상적인 색 값과 실험 카메라의 실제 색 값을 나타내준다.
- Digital Color Checker SG Chart를 표준타깃으로 하여 카메라 별 UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태)와 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)를 각 조명 조건(텅스텐, 스트로보, 태양광)에 따라 Imatest 3.4.1를 사용하여 색 재현력을 분석하였다. Delta E 값은 Delta L (명도의 차이)·Delta H (색상 각의 차이)·Delta C (채도의 차이)를 종합적인 평균값으로 산출 한 값을 의미한다.
- 각 카메라 Body 내부에 장착된 IR Cut-Off Filter의 적외선 투과상태를 알아보기 위하여 Kodak Waretten Gellaten Filter No, 87 적외선 투과필터를 장착하여 실험하였다.
- 각각의 조명조건에서 그레이카드를 표준피사체로 선정하여 UV필터 장착상태에서의 적정노출을 기준으로 Kodak Waretten Gellaten Filter No, 87 적외선 투과필터를 장착하여 브라케팅 촬영을 한다. 촬영한 후 농도를 측정하여 실제 실험카메라의 IR Cut-Off Filter가 적외선을 투과하는 지 확인한다.
- TE253 S Siemens star 차트는 방사형의 사인 주파수를 가진 선들로 구성되어 있다. 기존에는 선명한 경계선을 가진 차트를 사용하였으나 샤픈 때문에 나타나는 문제점을 해결하고자 경계선이 흐릿한 차트로 설계되었다.
- 이를 위하여 적절한 필터를 실험을 통하여 선별하고, TE253 S, Kodak Gray Scale Q-14, Macbeth SG Digita Color Checker, 적외선 투과율 실험을 위해 Kodak Gray Card를 표준 피사체로 촬영한다. 마지막으로 촬영한 데이터를 바탕으로 해상도, 색재현력, 다이나믹레인지, 노이즈를 비교분석한다. 본 연구에서는 다음과 같은 한계점을 밝혀둔다.
- 본 연구에서는 카메라 별 UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태)와 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)를 각 조명 조건(텅스텐, 스트로보, 태양광)에 따라 동적 폭을 비교분석하였다. 분석프로그램은 Imatest 3.
- 실험에 사용된 필터는 Rodenstock사의 UV필터와 UV-IR필터를 사용하였다. 실험에 적합한 필터를 선정하기 위해 시중에 판매되고 있는 여러 UV필터들과 실제 UV-IR필터의 투과율과 파장대역을 Cary 500 UV-VIS-NIR Spectrometer를 사용하여 측정하였다.
- 이에 본 연구에서는 일반적인 촬영상황 즉, UV 필터를 장착한 상태와 자외선과 적외선을 모두 차단하고 가시광선만을 투과시키는 UV-IR필터를 장착하여 적외선의 투과상태와 차단상태를 과학적으로 분석한다. 이를 위하여 적절한 필터를 실험을 통하여 선별하고, TE253 S, Kodak Gray Scale Q-14, Macbeth SG Digita Color Checker, 적외선 투과율 실험을 위해 Kodak Gray Card를 표준 피사체로 촬영한다. 마지막으로 촬영한 데이터를 바탕으로 해상도, 색재현력, 다이나믹레인지, 노이즈를 비교분석한다.
- 야외 풍경을 대상으로 Kodak Waretten Gellaten Filter No, 87를 장착하여 촬영한 결과 IR Cut-Off Filter를 제거하지 않은 상태에서도 [그림 5]와 같이 적외선 사진효과를 얻을 수 있었다. 이에 따라 그레이카드를 사용하여 실험환경의 3가지 조명조건에서 적외선 투과실험을 진행하였다.
- 조명은 적외선 방출량이 서로 다른 태양광과 텅스텐광, 스트로보 총 3조건에서 실험을 진행하였다.
- 각각의 조명조건에서 그레이카드를 표준피사체로 선정하여 UV필터 장착상태에서의 적정노출을 기준으로 Kodak Waretten Gellaten Filter No, 87 적외선 투과필터를 장착하여 브라케팅 촬영을 한다. 촬영한 후 농도를 측정하여 실제 실험카메라의 IR Cut-Off Filter가 적외선을 투과하는 지 확인한다.
- 태양광, 텅스텐광, 스트로보광의 다른 조명 조건에서 각 카메라마다 UV필터(적외선 투과상태)와 UV-IR필터(적외선 미투과상태)를 장착하여 필터 별 촬영한다. 실내조명은 차트면의 균일도 확보를 위하여 45°로 설치한다.
- 화이트밸런스 모드는 커스텀 화이트밸런스 모드로 설정하였으며, 카메라의 색공간은 Adobe RGB로 설정하였다.
대상 데이터
- 측정한 결과 [그림 3]과 같이 모든 UV필터가 적외선 영역을 투과시키고 있음을 확인하였으며, Rodenstock 사의 UV-IR필터의 경우 대부분의 근적외선을 차단하고 있음을 측정을 통하여 실제 확인하였다. 따라서 Rodenstock사의 UV-IR필터와 동일한 제조사의 UV필터를 선정하였다.
- 실험에 사용된 필터는 Rodenstock사의 UV필터와 UV-IR필터를 사용하였다. 실험에 적합한 필터를 선정하기 위해 시중에 판매되고 있는 여러 UV필터들과 실제 UV-IR필터의 투과율과 파장대역을 Cary 500 UV-VIS-NIR Spectrometer를 사용하여 측정하였다.
데이터처리
- Digital Color Checker SG Chart를 각 카메라 별로 촬영하여 분석 프로그램 Imatest 3.4.1를 사용하여 적외선 투과상태와 적외선 미투과상태를 분석한다. Imatest는 Norman Koren에 의해 디지털 카메라 화상 이미지 평가를 목적으로 Matlab 기반으로 만들어져 있다.
- 동적 폭 분석을 위하여 Kodak Gray Scale Q-14 Chart를 촬영하여 분석 프로그램 Imatest 3.4.1를 사용하여 적외선 투과상태와 적외선 미투과상태를 분석한다.
- 본 연구에서는 카메라 별 UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태)와 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)를 각 조명 조건(텅스텐, 스트로보, 태양광)에 따라 동적 폭을 비교분석하였다. 분석프로그램은 Imatest 3.4.1를 사용하였다.
- 중심부 해상도 측정을 위해 TE253 S Siemens star for resolution measurement 차트를 사용하여 IE Analyzer 4.0을 통하여 분석하였다. TE253 S Siemens star 차트는 방사형의 사인 주파수를 가진 선들로 구성되어 있다.
이론/모형
- 중심부 해상도 측정을 위해 TE253 S Siemen star for resolution measurement 차트를 사용한다. Siemen Star는 방사형의 사인 주파수를 가진 선들로 구성되어 있다.
- 카메라 파일 저장방식은 RAW로 설정하였다. 컨버팅 프로그램은 다양한 프로그램이 있지만 동일한 조건에서의 컨버팅을 위하여 Adobe Camera RAW를 사용하였다. 프로그램 설정과 카메라 설정은 모두 Default 값으로 설정하였다.
성능/효과
- IR Cut-Off Filter의 효과와 역할에 대한 실험을 한 결과, 아날로그 사진에서의 적외선 사진의 효과를 디지털 사진에서도 같은 효과를 얻을 수 있다는 사실을 확인하였으며, IR Cut-Off Filter를 제거하지 않은 카메라에서도 적외선 필터를 사용하면 적외선 사진의 효과를 일정부분 얻을 수 있다는 결론을 내렸다. 또한 IR Cut-Off Filter를 통해 투과되는 적외선이 많지 않아 이미지 화질에 큰 영향을 미치지 않을 것이라는 추론을 하였다[3].
- UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태) 보다 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)에서 미세하게 Delta E 값이 거의 동등하거나 미세하게 상승하였듯이 색 좌표에서의 각각의 색 방향성 또한 시각적으로 거의 동등한 수준으로 나타났다. 특히 스트로보광조건에서 CANON 1Ds Mark3는 Delta E 값이 동등한 수준이지만 오히려 UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태)에서 미세하게 높아 색 재현력에서는 큰 차이점을 발견하지 못하였다.
- [표 4]와 같이 Delta E를 분석한 결과, 스트로보 광에서 CANON 1Ds Mark3에 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)보다 UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태)에서 Delta E 값이 미세하게 상승한 점을 제외하고 모든 조명조건에서 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)에서 그 차이가 미세하지만 더욱 더 정색에 가까운 색 재현력을 보여주었다.
- 공통적으로 두 카메라 모두 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)에서 다이나믹 레인지가 향상된 것을 확인할 수 있다.
- 넷째, 해상도 측정결과, 3가지 조명조건(텅스텐, 스트로보, 태양광)에서 두 카메라 모두 UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태)보다 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)에서 해상도가 더욱 향상된 것을 확인할 수 있다.
- 둘째, 실험에 사용된 각각의 카메라에 장착된 IR Cut-Off Filter의 정확한 적외선 차단율은 제조사의 기밀자료로서 공개가 되지 않아 정확하지 않다는 것이다. 따라서 적외선 차단율이 100%가 아니라는 것을 실험을 통하여 확인하였다.
- 둘째, 잡음 측정 값은 UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태)와 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)에서 약 0.00~0.04%의 차이를 보이며 거의 동등한 수준의 잡음 값을 보여주어 큰 차이점은 발견되지 않았다.
- 둘째, 실험에 사용된 각각의 카메라에 장착된 IR Cut-Off Filter의 정확한 적외선 차단율은 제조사의 기밀자료로서 공개가 되지 않아 정확하지 않다는 것이다. 따라서 적외선 차단율이 100%가 아니라는 것을 실험을 통하여 확인하였다.
- 셋째, 색 재현력 평가에서는 스트로보 광에서 CANON 1Ds Mark3에 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)보다 UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태)에서 Delta E값이 미세하게 상승한 점을 제외하고 모든 조명조건에서 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)에서 그 차이가 미세하지만 더욱 더 정색에 가까운 색 재현력을 보여주었다.
- 05% 편차를 보여 UV필터를 장착한 상태(적외선 투과상태)와 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)에서 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 실험 카메라의 잡음은 D3X가 1Ds Mark3보다 큰 차이는 아니지만 더 우수한 것으로 나타났다.
- 야외 풍경을 대상으로 Kodak Waretten Gellaten Filter No, 87를 장착하여 촬영한 결과 IR Cut-Off Filter를 제거하지 않은 상태에서도 [그림 5]와 같이 적외선 사진효과를 얻을 수 있었다. 이에 따라 그레이카드를 사용하여 실험환경의 3가지 조명조건에서 적외선 투과실험을 진행하였다.
- 이에 따라 CCD 또는 CMOS를 사용하는 모든 디지털 카메라에는 IR Cut-Off Filter가 이미지 센서전면에 장착되어 있다. 이상적으로 100% 적외선을 차단하여야 하지만 실험 결과 완전히 적외선을 차단하지 못하고 있었으며, 각 카메라마다 적외선 투과량 또한 달랐다. 따라서 본 연구는 디지털 카메라에 장착되어 있는 IR Cut-Off Filter의 기계적 특성에 의해 투과되는 미량의 적외선이 디지털 화상이미지에 끼치는 영향을 분석하는 데 그 목적이 있다.
- 이에 따라 잡음과 색 재현력 평가에서는 그 차이가 미세하거나 거의 동등한 수준이지만, 동적 폭과 해상도에는 IR Cut-Off Filter를 통해 투과되는 미량의 적외선이 어느 정도 영향이 있음을 확인할 수 있었다.
- 태양광에서는 CANON 1Ds Mark3가 적정노출과 -9stop의 차이를 보였으며, NIKON D3X는 적정노출과 -12stop의 차이를 보였다. 전반적으로 CANON 1Ds Mark3가 NIKON D3X보다 IR Cut-Off Filter의 적외선 투과율이 높은 것으로 확인되었다.
- 전반적인 동적 폭, 잡음, 색 재현력, 해상도를 분석한 결과 잡음과 색 재현력은 IR Cut-Off Filter를 통해 투과되는 미량의 적외선의 영향과 거의 무관한 것으로 판단되어지며, 동적 폭과 해상도는 어느 정도 이미지 화질에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 첫째, 동적 폭 평가에서 공통적으로 두 카메라 모두 UV-IR필터를 장착한 상태(적외선 미투과상태)에서 동적 폭이 향상된 것을 확인하였다.
- 측정한 결과 [그림 3]과 같이 모든 UV필터가 적외선 영역을 투과시키고 있음을 확인하였으며, Rodenstock 사의 UV-IR필터의 경우 대부분의 근적외선을 차단하고 있음을 측정을 통하여 실제 확인하였다. 따라서 Rodenstock사의 UV-IR필터와 동일한 제조사의 UV필터를 선정하였다.
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