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문제 정의
- 본 연구는 다양한 HDRI 빌더들 중에서 빛환경의 평가에 활용할 수 있는 신뢰도가 높은 도구의 목록을 제안하는 목적으로 시작되었다. 본 연구의 평가결과 Photosphere를 이용하여 HDR영상을 작성하였을 때 물리적 휘도 측정값과의 오차가 가장 낮다는 것을 확인할 수 있었다.
제안 방법
- (2) 평가의 기준을 설정하기 위해 동일한 측정대상공간을 물리적 휘도 측정기기(대면 휘도계)를 사용하여 측정하였다.
- (3) 선정된 5종의 HDRI 빌더를 이용하여 디지털카메라를 이용해서 촬영된 LDR 영상(7∼10매)을 각각의 HDR 영상으로 제작하였다.
- (4) 5종의 HDRI 빌더를 이용하여 만들어진 각 HDR 영상의 휘도값을 휘도분석 도구를 이용하여 분석하였다. HDR 영상의 분석도구는 영상의 휘도분석에서 가장 활용도와 신뢰도가 높은 도구인 Radiance Falsecolor와 Ximage 프로그램을 사용하였다.
- (5) 휘도측정기기(대면휘도계)를 통하여 측정된 장면의 최대 휘도값을 평가대상 5종의 빌더에서 제작된 각 HDR 영상 파일에서 분석된 휘도값과의 비교를 수행하였다.
- (6) 물리적 측정값과 평가대상 빌더의 분석값과의 차이를 비교하여 실내공간의 빛환경 분석을 위한 최적의 HDRI 빌더를 선정하였다.
- 조광을 하지 않은 실험 케이스(case_1)와 50% 조광 실내공간의 빛 환경 분석을 위한 HDRI Builder의 평가을 적용한 실험 케이스(case_2)의 각 LDRI 세트(7매)를 평가 대상인 5개의 HDR 빌더에 각각 입력하여HDR 영상을 작성하였다. 각 빌더에서 작성된 HDR영상은 Radiance Falsecolor와 Ximage를 이용하여 휘도분포도와 휘도값(최대)을 구하였다(표 4, 표 7)
- (1) HDR영상의 제작을 위한 기본이 되는 LDR(Low Dynamic Range)의 촬영 시간은 외부에서 유입되는 주광의 영향을 피하기 위하여 일몰 후 시간대로 설정하였으며, 측정대상 공간은 소규모 사무공간으로 선정하였다. 또한 선정된 디지털 카메라를 이용해서 실내공간을 다중노출복수영상으로 촬영하였다.
- 본 연구에서는 다양한 HDRI 빌더의 평가를 위하여HDR 영상에 관한 전문연구서인 HDR Handbook을 참고하고, 여기서 소개된 여러 HDR 영상제작도구 중에서 도구의 전문성을 고려하여 다음과 같은 5종의 HDRI 빌더를 선정하였다[4].
- 본 연구에서는 동일한 조건의 LDR 영상이 촬영될 수 있도록 대상공간의 촬영시간대는 자연광의 영향을 피할 수 있는 일몰 후 2시간 경과(21 : 00∼23 : 00)시간으로 설정하였다.
- 실험의 첫 번째 케이스(case_1)는 4개의 스포트라이트를 조광하지 않은 상태로 휘도를 측정하였으며, 두 번째 케이스(case_2)는 50% 조광을 하여 밝기를 줄인 상태로 휘도를 측정하였다.
- 조광을 하지 않은 실험 케이스(case_1)와 50% 조광 실내공간의 빛 환경 분석을 위한 HDRI Builder의 평가을 적용한 실험 케이스(case_2)의 각 LDRI 세트(7매)를 평가 대상인 5개의 HDR 빌더에 각각 입력하여HDR 영상을 작성하였다.
- 평가대상인 5개의 빌더에서 제작된 각각의 HDR 영상 파일의 휘도값과 물리적 휘도측정결과와의 비교를 위하여 휘도측정기기를 선정하였다. 본 연구를 위해서 사용한 휘도계는 대면휘도계로서 Minolta사의CA-2000을 선정하였다.
대상 데이터
- (1) HDR영상의 제작을 위한 기본이 되는 LDR(Low Dynamic Range)의 촬영 시간은 외부에서 유입되는 주광의 영향을 피하기 위하여 일몰 후 시간대로 설정하였으며, 측정대상 공간은 소규모 사무공간으로 선정하였다. 또한 선정된 디지털 카메라를 이용해서 실내공간을 다중노출복수영상으로 촬영하였다.
- 대상공간의 규모는 6.1m×2.55m×2.3m이며, 벽면의 재료는 백색 수성페인트이고 천장은 백색 텍스, 바닥은 회색PVC 타일로 구성되어 있다.
- 평가대상인 5개의 빌더에서 제작된 각각의 HDR 영상 파일의 휘도값과 물리적 휘도측정결과와의 비교를 위하여 휘도측정기기를 선정하였다. 본 연구를 위해서 사용한 휘도계는 대면휘도계로서 Minolta사의CA-2000을 선정하였다. Minolta사의 CA-2000 시스템은 CCD를 이용하는 휘도측정방식을 적용하고 있으며, 인간의 시감도와 최적으로 일치시킨 XYZ 필터 와ND(Neutral density) 필터를 모터로 회전시키면서 빛을 투과시키고, 투과된 각각의 광 성분을 흑백의 CCD상에 투영시켜, 그 출력을 휘도값(L)과 색도값(xy) 등을 2차원 분포로 연산하여 표시한다.
- 본 연구에서 평가 대상으로 선정한 5개의 HDRI 빌더는 이러한 기능적인 조건이 포함되어있는 것으로 하였으며 일반적인 HDR 영상 기록 규격인 OpenEXR이나, radiance HDR등으로 기록이 가능한 것으로 선정하였다.
- 본 연구의 휘도 측정 대상공간은 조광(Dimming)이 가능한 스포트라이트(LED 20W, 3,000K) 4개가 설치된 사무공간의 회의실을 대상으로 하였다. 대상공간의 규모는 6.
이론/모형
- (4) 5종의 HDRI 빌더를 이용하여 만들어진 각 HDR 영상의 휘도값을 휘도분석 도구를 이용하여 분석하였다. HDR 영상의 분석도구는 영상의 휘도분석에서 가장 활용도와 신뢰도가 높은 도구인 Radiance Falsecolor와 Ximage 프로그램을 사용하였다.
성능/효과
- CA-2000을 이용한 측정의 결과는, 조광(Dimming)을 하지 않은 실험케이스의(case_1) 측정값은 1007.59cd/㎡(최대값)이며, 50% 조광(Dimming)을 하여 측정한 실험케이스(case_2)의 측정값은 446.06cd/㎡(최대값)로 나타났다(표 6)
- 동일한 LDR 이미지 세트를 이용하여 각각의 HDRI빌더에서 HDR 영상으로 작성 결과는, 시각적으로는 유사하게 인식되지만 HDR 영상의 각 화소에 기록된 휘도값은 차이가 있다는 것을 분석을 통하여 확인할 수 있었다. 이는 각 HDRI 빌더가 채택하고 있는 고유의 카메라응답함수 생성 모델의 차이에서 기인하는 것으로 판단된다.
- hdr)에 기록된 휘도값이 실제 장면이 갖고 있는 물리적 휘도값을 충실하게 기록하지는 못하는 것으로 판명되었다. 또한 평가 대상 중 일부 빌더의 경우, 파일에 기록되는 값이 실제 측정값에 비교하여 매우 과장되게 기록하는 것으로 확인되어 빛환경의 평가에는 부적합한 것으로 확인되었다.
- 반면, Photosphere의 평균 오차는 2%로서 평가대상빌더 중에서 가장 낮은 오차율을 나타냈으며,Photoshop의 평균 오차는 86%로서 평가 대상 중에 가장 높은 것으로 확인되었다. Bracket의 평균 오차는28%로서 Photosphere 다음으로 오차율이 낮은 것으로 확인되었다.
- 본 연구의 평가결과 Photosphere를 이용하여 HDR영상을 작성하였을 때 물리적 휘도 측정값과의 오차가 가장 낮다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 대상인 5개의 HDRI 빌더 중에서 Photosphere를 제외한 나머지 4개의 빌더는 실제 빛환경의 평가에서 사용하기에는 다소 무리가 있다는 결론을 얻게 되었다. 이들 4개의 빌더는 우수한 톤매핑(tone-mapping) 알고리즘을 통하여 사진 영상 분야에서는 탁월한 영상미를 만들어내지만, 작성된 파일(.
- 본 연구는 다양한 HDRI 빌더들 중에서 빛환경의 평가에 활용할 수 있는 신뢰도가 높은 도구의 목록을 제안하는 목적으로 시작되었다. 본 연구의 평가결과 Photosphere를 이용하여 HDR영상을 작성하였을 때 물리적 휘도 측정값과의 오차가 가장 낮다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 대상인 5개의 HDRI 빌더 중에서 Photosphere를 제외한 나머지 4개의 빌더는 실제 빛환경의 평가에서 사용하기에는 다소 무리가 있다는 결론을 얻게 되었다.
- 본 연구의 대상인 5개의 HDRI 빌더 중에서 Photosphere를 제외한 나머지 4개의 빌더는 실제 빛환경의 평가에서 사용하기에는 다소 무리가 있다는 결론을 얻게 되었다. 이들 4개의 빌더는 우수한 톤매핑(tone-mapping) 알고리즘을 통하여 사진 영상 분야에서는 탁월한 영상미를 만들어내지만, 작성된 파일(.hdr)에 기록된 휘도값이 실제 장면이 갖고 있는 물리적 휘도값을 충실하게 기록하지는 못하는 것으로 판명되었다. 또한 평가 대상 중 일부 빌더의 경우, 파일에 기록되는 값이 실제 측정값에 비교하여 매우 과장되게 기록하는 것으로 확인되어 빛환경의 평가에는 부적합한 것으로 확인되었다.
- 조광을 하지 않은 실험케이스(case_1)의 경우,Luminance HDR의 오차가 가장 크게 나타났고, 조광을 실시한 실험케이스(case_2)의 경우는 Photoshop의 오차가 가장 큰 것으로 확인되었다.
후속연구
- 본 연구는 제한된 실내공간을 대상으로 한정된 실험케이스를 설정하여 연구가 이루어졌기 때문에 본 연구의 결과를 일반화하기에는 다소 무리가 있음을 밝혀둔다. 향후에는 현재 이슈가 되고 있는 다양한 빛공해 발생원을 대상으로 한 HDRI 빌더의 평가가 이루어져야 할 것이다.
- 본 연구는 제한된 실내공간을 대상으로 한정된 실험케이스를 설정하여 연구가 이루어졌기 때문에 본 연구의 결과를 일반화하기에는 다소 무리가 있음을 밝혀둔다. 향후에는 현재 이슈가 되고 있는 다양한 빛공해 발생원을 대상으로 한 HDRI 빌더의 평가가 이루어져야 할 것이다.
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