Image Noise와 Dynamic Range 관계

 

 

 

카메라 센서가 크다면 빛을 받을 수 있는 면적이 커지기 때문에, 같은 시간동안 더 많은 양의 빛을 받을 수 있다.
위의 그래프를 본다면, 그래프의 오른쪽으로 가면 갈수록 더 많은 양의 signal, 즉 빛을 받을 수 있다는 것을 볼 수 있다.
또, 밑에 노이즈의 양은 항상 일정하게 있다는 것을 볼 수 있는데, 이는 빛→전자로 변환할 때 생기는 오류, 렌즈를 통하면서 생기는 빛의 변화, 센서 내부의 노이즈 등등 여러가지 노이즈 인자들을 간단하게 모델링 한 것이고, 그래프에서 처럼 무조건 일정하지는 않으나 꽤 작은 값이라는 것을 표현한 것이다.

 

이 그래프가 의미하는 것은, 카메라 센서가 커질 수록 Signal-to-Noise Ratio 가 커진다는 것이다.
SNR이 커진다는 것은 노이즈가 있음에도 불구하고 선명한 화질의 사진을 만들 수 있다는 것이고, 큰 카메라 센서일수록 Signal은 많이 받지만 Noise는 일정하기 때문에 높은 SNR, 즉 선명한 사진을 만들 수 있다는 점을 말한다.

 

또 그래프에서 볼 수 있는 것은, 센서 사이즈마다 최대로 받을 수 있는 빛의 양이 정해진다는 것이다.

셔터 시간이 정해져있다면 센서의 면적이 넓은 편이 더 많은 빛을 받을 수 있고, 최대-최소 빛의 양을 정규화 한다고하면 큰 카메라 센서는 작은 카메라 센서에 비해 더 큰 빛의 양의 range를 가지게 된다.

이 range를 보통 Dynamic range라고 칭하며, 더 큰 dynamic range를 가진 이미징 장비의 경우 high dynamic range imaging (HDR)이라고 한다.

Dynamic range가 작다면, 0-30의 intensity range에서 어두운 부분은 0, 1, 1, 1, 3, 2 … 이렇게 나오며, 0,1,2,3의 차이를 알기가 쉽지 않은데, HDR의 경우 0-3000의 intensity range의 경우는 어두운 부분이 0, 24, 46, 64, 38 등으로 차이가 극명하게 나기 때문에, 같은 어두운 부분이라도 더 디테일하게 표현이 가능하고, 밝기보정에 더 강건하다 (0-30과 0-3000은 임의로 잡은 숫자이다).
이 때문에, 카메라 센서가 커질 수록, dynamic range는 더 커지며, 이를 통해 어두운 환경에서도 좋은 이미지를 얻을 수 있다. 

 

 우측이 훨씬 잘보인다. 우측은 HDR!

 

 

 

 

출처 : https://www.cv-learn.com/20210116-sensor-size/

카메라 센서 사이즈의 영향