최근 UHDTV와 같은 고품질, 고화질을 기본으로 현장감을 제공하는 방송 디스플레이 환경이 요구됨에 따라 다양한 4K 카메라들이 출시되고 있다. 일반적으로 사용되고 있는 Super 35mm 센서의 4K/UHD 카메라는 광고, 드라마, 자연다큐멘터리, 교양 등 싱글 카메라 제작 시스템에는 활용도가 높다. 하지만 예능, 스포츠, 콘서트 등 멀티카메라 제작시스템에서는 거리에 따라 클로즈 업(close-up)이나 타이트 샷(tight shot)의 한계점을 가짐에 따라 방송 중계에 제약이 따른다. 또한 4K 렌즈는 기존의 HD 렌즈 군에 비해 부족한 실정이라 HD 제작 시 구현되었던 카메라 촬영 샷에 제한이 따른다. 따라서 이를 보완하기 위한 2/3inch 센서 4K/UHD 카메라의 활용이 요구되고 있으며, 다양한 렌즈군의 활용으로 UHD 영상 콘텐츠 제작이 요구되고 있다. 본 연구는 Grass Valley 사의 LDX 4K/UHD카메라를 사용하여 2/3" 센서에서의 HD급 렌즈 활용에서의 화질 테스트를 통해 활용 가능성에 대해 분석하고, 이를 효율적인 활용 가능성을 제시하였다.
최근 UHDTV와 같은 고품질, 고화질을 기본으로 현장감을 제공하는 방송 디스플레이 환경이 요구됨에 따라 다양한 4K 카메라들이 출시되고 있다. 일반적으로 사용되고 있는 Super 35mm 센서의 4K/UHD 카메라는 광고, 드라마, 자연다큐멘터리, 교양 등 싱글 카메라 제작 시스템에는 활용도가 높다. 하지만 예능, 스포츠, 콘서트 등 멀티카메라 제작시스템에서는 거리에 따라 클로즈 업(close-up)이나 타이트 샷(tight shot)의 한계점을 가짐에 따라 방송 중계에 제약이 따른다. 또한 4K 렌즈는 기존의 HD 렌즈 군에 비해 부족한 실정이라 HD 제작 시 구현되었던 카메라 촬영 샷에 제한이 따른다. 따라서 이를 보완하기 위한 2/3inch 센서 4K/UHD 카메라의 활용이 요구되고 있으며, 다양한 렌즈군의 활용으로 UHD 영상 콘텐츠 제작이 요구되고 있다. 본 연구는 Grass Valley 사의 LDX 4K/UHD카메라를 사용하여 2/3" 센서에서의 HD급 렌즈 활용에서의 화질 테스트를 통해 활용 가능성에 대해 분석하고, 이를 효율적인 활용 가능성을 제시하였다.
Recently, there is more and more demand on broadcasting display environment that provides a sense of realism basically with high quality and high definition as in UHDTV, so various kinds of 4K cameras have been released. Super 35mm sensor 4K/UHD cameras being generally used can be usefully applied t...
Recently, there is more and more demand on broadcasting display environment that provides a sense of realism basically with high quality and high definition as in UHDTV, so various kinds of 4K cameras have been released. Super 35mm sensor 4K/UHD cameras being generally used can be usefully applied to the single camera-based system such as advertisements, dramas, nature documentaries, and culture programs. However, in the multicamera-based system such as entertaining programs, sports, and concerts, relay broadcasting may face limitations as there are restrictions of close-up or tight shots according to the distance. Besides, 4K lenses are not enough compared with the previous HD lenses' group, so there are limitations in camera photographing shots that have been realized in HD filming. Therefore, to complement this, the use of 2/3 inch sensor 4K/UHD cameras is being demanded, and it is also needed to use various lenses' groups to produce UHD image contents. Accordingly, this study used Grass Valley's LDX 4K/UHD camera to analyze its applicability based on the picture quality test at the use of HD lenses in 2/3 sensors and also the possibility of its efficient application.
Recently, there is more and more demand on broadcasting display environment that provides a sense of realism basically with high quality and high definition as in UHDTV, so various kinds of 4K cameras have been released. Super 35mm sensor 4K/UHD cameras being generally used can be usefully applied to the single camera-based system such as advertisements, dramas, nature documentaries, and culture programs. However, in the multicamera-based system such as entertaining programs, sports, and concerts, relay broadcasting may face limitations as there are restrictions of close-up or tight shots according to the distance. Besides, 4K lenses are not enough compared with the previous HD lenses' group, so there are limitations in camera photographing shots that have been realized in HD filming. Therefore, to complement this, the use of 2/3 inch sensor 4K/UHD cameras is being demanded, and it is also needed to use various lenses' groups to produce UHD image contents. Accordingly, this study used Grass Valley's LDX 4K/UHD camera to analyze its applicability based on the picture quality test at the use of HD lenses in 2/3 sensors and also the possibility of its efficient application.
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문제 정의
본 논문에서는 2/3“ 센서를 가지는 Glass Valley의 LDX 카메라에서의 HD 렌즈를 활용한 방송 중계 활용 가능성에 목적을 두었다.
대표적으로 축상 색수차와 배율 색수차가 있으며 (그림 4)와 같이 초점거리에 따라 색수차의 양이 변한다. 본 논문에서는 초점거리별 실내외 테스트를 통해 촬영 가능한 유효 초점거리 가이드를 제시 하는데 목적을 둔다.
본 논문은 2/3“ 센서를 가지는 Grass Valley 사의 LDX 4K/UHD 카메라를 사용하여, HD 렌즈 활용 가능성에 대해 증명하였다.
본 연구는 Grass Valley 사의 LDX 4K/UHD 카메라(데모버젼)와 HD급의 후지논(Fujinon) 사의 HA27X6.5BES 렌즈와 캐논(CANON) 사의 XJ75x9.3BIE 9.3~700mm 사용하여 2/3“ 센서에서의 HD 렌즈 활용 가능성에 목적을 둔다.
초점거리별 화질 및 색수차에 테스트를 통해 장르별 유효 초점거리를 제시한다. 이러한 연구과정을 통해 UHD 시대의 효율적인 방송 환경에 적합한 제작방식과 기술변화에 대한 이해의 폭을 넓히고자 한다.
제안 방법
3~700mm HD렌즈의 초점거리에 따른 색수차를 테스트 결과를 보여준다. F-number 값 11로 고정하였으며, 초점 거리 9.3mm 광각부터 240mm 망원 계열까지 구간별 색수차 테스트를 하였다. 700mm의 30%인 210mm부터는 색수차가 줄어드는 것을 알 수 있다.
5BES HD렌즈의 초점거리에 따른 색수차를 테스트 결과를 보여준다. F-number 값 8로 고정하였으며, 초점 거리 9.3mm 광각부터 240mm 망원 계열까지 구간별 색수차 테스트를 하였다. 9,3mm 와 같은 광각 계열에서는 색 주변부에 색수차가 발생하는 것을 볼 수 있으며, 180mm의 30%인 54mm 부터는 색수차가 줄어드는 것을 알 수 있다.
실내의 경우 카메라와 테스트 차트간의 거리는 15M로 설정하였으며, HD, UHD 모니터로 동시 관찰하였다. 같은 노출 조건을 유지하기 위해 조리개 값 변화 시 광량 조절을 하여, 디테일한 구간에서의 화질 차이를 구분하였다. 실외의 경우 줌렌즈를 이용한 초점거리별 테스트를 진행하였다.
같은 노출 조건을 유지하기 위해 조리개 값 변화 시 광량 조절을 하여, 디테일한 구간에서의 화질 차이를 구분하였다. 실외의 경우 줌렌즈를 이용한 초점거리별 테스트를 진행하였다.
3~700mm 사용하여 2/3“ 센서에서의 HD 렌즈 활용 가능성에 목적을 둔다. 실험 방법으로는 조리개 값에 의한 화질 변화 평가와 초점 거리에 따른 색수차 발생 평가 테스트를 진행하여 유효 활용 범위를 추출한다. 해당 테스트 결과 값을 가지고 ‘2014 인천 아시안 게임 비치발리볼’ 방송 중계에 활용하였다.
본 논문에서는 2/3“ 센서를 가지는 Glass Valley의 LDX 카메라에서의 HD 렌즈를 활용한 방송 중계 활용 가능성에 목적을 두었다. 초점거리별 화질 및 색수차에 테스트를 통해 장르별 유효 초점거리를 제시한다. 이러한 연구과정을 통해 UHD 시대의 효율적인 방송 환경에 적합한 제작방식과 기술변화에 대한 이해의 폭을 넓히고자 한다.
화질과 색수차를 최소화하는 적정 구간을 통해 2/3" 센서를 가진 UHD/4K 카메라에서의 HD 렌즈 활용 결과를 보여준다.
대상 데이터
(그림 8)은 2014 인천아시안게임 비치발리볼 4K 카메라 세팅 환경과 중계 영상을 보여준다. Grass Valley 사의 LDX 4K/UHD 사용하였으며, HD 급 렌즈로는 ① Canon XJ 75X9.3B IE 9.3~700mm 1:1.7, ② Carl Zeiss Digi Zoom 6~24mm 1:1.7, ③ Canon XJ27X6.5B 6.5~180mm 1:1.5 종류의 렌즈를 사용하였다. 해당 영상은 SBS 53번으로 UHD 실험방송 되었다.
5 종류의 렌즈를 사용하였다. 해당 영상은 SBS 53번으로 UHD 실험방송 되었다.
성능/효과
또한 (그림 2)와 같이 Red, Green, Blue 3개의 2/3” 이미지 센서 전 대역폭을 사용하여 4K를 구현하여, 빔 스프리터(프리즘)를 통해 R, G, B 색 분리로 풍부한 색 영역을 확보할 뿐 아니라 1920 x 1080 해상도가 모든 3개의 채널에서 손실 없이 형성된다. 2백만 픽셀의 순차 포맷 출력은 어떤 1.5G 포맷보다도 탁월한 해상도를 제공하며, 4K, 1080i 또는 720P 와 같은 포맷으로 변환하기 위한 마스터 포맷으로 적합하다. 따라서 Xensium-FT 이미지 센서는 실황 방송 제작 분야에 필요한 해상도, 감도 및 신호대 잡음비 등의 최고 조합을 제공한다[5][10][11].
Xensium-FT 2/3”이미지 센서는 CCD 센서와 동일하게 글로벌 셔터 동작을 수행함으로서 기존의 CMOS 센서가 가지는 롤링 셔터 현상 즉 짧은 노출 시간에서의 플래시에 대한 민감성과 움직임에 대한 이미지 왜곡 현상 같은 단점이 개선되었다.
색수차가 발생하는 초점거리는 30% 이하이고, 촬영 시 HD 렌즈의 유효사용범위는 50% 이상에서 영상제작이 되었다. 따라서 해당 실험 결과는 HD 렌즈를 사용하여 UHD 콘텐츠 제작 가능함을 보였다.
UHDTV의 3840 × 2160 해상도를 가지는 4K와 7680 × 4320 해상도를 가지는 8K는 기존의 HDTV보다 4배에서 16배까지 높은 화소 수를 가진다. 또한 기존의 HD 파라미터에 비해 120 프레임 레이트까지의 높은 프레임 레이트와 10, 12 비트의 칼라 재현력 또한 우수하다. 이와 함께 다채널 음질을 제공함으로써 가정에서도 영화관 수준의 현장감을 경험할 수 있는 섬세하고 자연스러운 영상 표현이 가능하게 되었다[7][8].
본 논문은 2/3“ 센서를 가지는 Grass Valley 사의 LDX 4K/UHD 카메라를 사용하여, HD 렌즈 활용 가능성에 대해 증명하였다. 조리개 F-number 값에 따른 화질과 초점 거리별 색수차 테스트를 통해 현 시점에서의 4K 카메라에서의 HD 렌즈 활용성에 주안점 두어 유효 촬영 파라미터들을 제시하고 방송 중계 결과를 보였다.
해당 결과는 2/3“ 촬상 면을 가진 B4마운트 4K/UHD 카메라에는 FS(full shot)을 담당하는 카메라를 제외한 80%의 카메라에 HD 렌즈를 활용할 수 있음을 증명하였다. 프로그램 장르별 초점거리 유효 사용 범위를 통해 HD 렌즈의 활용은 고가의 4K 전용 렌즈 구매를 줄임으로써 UHD 전환에 필요한 예산을 절감할 수 있다. 또한 광각에서의 색수차 발생 문제를 보정하는 기능이 출시되고 있어 HD렌즈의 활용범위는 확대될 것으로 기대된다.
해당 결과는 2/3“ 촬상 면을 가진 B4마운트 4K/UHD 카메라에는 FS(full shot)을 담당하는 카메라를 제외한 80%의 카메라에 HD 렌즈를 활용할 수 있음을 증명하였다. 프로그램 장르별 초점거리 유효 사용 범위를 통해 HD 렌즈의 활용은 고가의 4K 전용 렌즈 구매를 줄임으로써 UHD 전환에 필요한 예산을 절감할 수 있다.
후속연구
프로그램 장르별 초점거리 유효 사용 범위를 통해 HD 렌즈의 활용은 고가의 4K 전용 렌즈 구매를 줄임으로써 UHD 전환에 필요한 예산을 절감할 수 있다. 또한 광각에서의 색수차 발생 문제를 보정하는 기능이 출시되고 있어 HD렌즈의 활용범위는 확대될 것으로 기대된다. 해당 논문은 HD 렌즈군의 활용으로 방송 인프라에서의 효율적인 가이드라인을 사용 가능할 것이라고 판단된다.
또한 광각에서의 색수차 발생 문제를 보정하는 기능이 출시되고 있어 HD렌즈의 활용범위는 확대될 것으로 기대된다. 해당 논문은 HD 렌즈군의 활용으로 방송 인프라에서의 효율적인 가이드라인을 사용 가능할 것이라고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
4K란 무엇인가?
최근 UHDTV와 같은 4K를 지원하는 다양한 기기들이 보급되며 본격적인 초고화질 시대로 접어들었으며, 4K 영상 제작이 활성화 되고 있다. 4K란 Full HD보다 약 4배 이상 선명한 초고화질을 지칭하며, UHD(Ultra High Definition)라고도 불린다[1][2].
4K/UHD 카메라는 어떻게 구분할 수 있는가?
4K/UHD 카메라는 크게 극장용(Cine type) Super 35mm와 방송용(Broadcast type)의 2/3“센서를 가지는 카메라로 구분할 수 있다. 현재까지 Super 35mm 센서를 가진 카메라가 주류가 이루고 있으나, 다양한 배율의 HD방송용 B4 렌즈를 그대로 사용 가능하며, Focus Following의어려움 및 짧은 초점거리로 인해 다양한 영상구성의 한계 부분 등을 개선하기 위한 요구 사항 들로 인해 최근 스포츠, 콘서트, 공개 방송 등 근거리 카메라 배치가 불가능한 방송에 이상적인 2/3“ 센서를 가진 카메라가 출시되고 있다[5][9].
4K 영상 제작은 현재 기존의 HD 제작 시 구현되었던 카메라 촬영 샷에 비해 제한이 따르는 배경은 무엇인가?
하지만 스포츠 방송 중계와 같이 프레임에서의 보이는 피사체의 영상이 클로즈업등 타이트 샷이 필요함에 따라 최근 Grass Valley LDX 카메라와 같이 2/3“ 센서를 가지는 카메라가 출시되고 있다[5]. 또한 4K 카메라에 맞는 렌즈가 다양하게 출시되고 있으나, 방송 제작 환경에서의 기존의 HD 렌즈 군에 비해 부족한 실정이다. 따라서 4K 영상 제작은 현재 기존의 HD 제작 시 구현되었던 카메라 촬영 샷의 비해 제한이 따른다.
참고문헌 (11)
A. Hamacher, Soon-chul Kwon, and Seung-hyun Lee, "Production changes of UHDTV contents," Korea Society Broadcast Engineers Magazine, Vol.18, No.2, pp.92-99, 2013.
Kunic, Srecko, and Zoran Sego, "Beyond HDTV technology", ELMAR, 2013 55th International Symposium. IEEE, pp. 83-87, 2013.
Bae, S. H., Kim, J., Kim, M., Cho, S., and Choi, J.S., "Assessments of subjective video quality on hevc-encoded 4k-uhd video for beyond-hdtv broadcasting services", Broadcasting, IEEE Transactions on, Vol. 59, No. 2, pp.209-222, 2013.
S.Y. Jeong, S.H. cho, E.D Lee, S.H. Kim, J.S. Choi,and J.W. Hong, "UHDTV Technology Status and Prospects", The Magazine of the IEEK, Vol.36, No.4,pp.19-27, 2009.
Weber, Klaus., "Beyond HD-The status of the imageacquisition solutions for the next generation broadcasting formats", SMPTE Conferences, Vol. 2014, No.10, pp.1-9, 2014.
S.R Kim, J.K. Kim, and J.S. Choi, "UHDTV Broadcasting Technology Trends", Korea Communications Agency PM Issue Report, Vol.1, No.6, 2013.
A. Hamacher, Sung-jin Lee, Yong-jung Kim, and Seung-hyun Lee, "A Study of Game Display Environment for UHDTV,", Journal of Korean Society For Computer Game, Vol. 26, No. 2, pp.205-210, June 2013.
Sang-il Kim, Sung-chul Park, Jung-ho Kim, Soon-chul Kwon, and Seung-hyun Lee, "A Study on theWorkflow of Cinematography with 4K High SpeedCamera", Journal of Digital Contents Society Vol.15 No. 3, pp. 425-432, 2014.
Thorpe, Larry., "New 35mm CMOS Image Sensor for Digital CINE Motion Imaging", Canon Withepaper, Vol. 17, 2011.
Alaric C. Hamacher, Sunil P. Pardeshi, Taeg Keun Whangboo, and SeungHyun Lee, "3D UHDTV contents production with 2/3 inch sensor cameras", SPIE Stereoscopic Displays and Applications XXVI, 2015.
Klaus Weber, "LDX Series Cameras with Xensium-FT Imagers", Grass Valley Whitepaper, 2012.
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