Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
디지털 카메라에 내장된 노이즈 감소 기능에는 대표적으로 장시간 노출 노이즈 감소와 고감도 ISO 노출 감소 기능을 선택할 수 있다. (카메라 제조사별 명칭이 조금씩 다른데, 편의를 위해 '장시간 노출 NR'과 '고감도 ISO NR'로 칭하자) 어떤 조건에서 어느 정도 효과가 있는지 잘 알려져 있지 않고, 사용자 매뉴얼에서도 두루뭉술하고 간략하게 설명되어서 효과와 구체적인 작동 방식에 대해 알기 어렵다. 따라서 일반 사용자에게 '잘 사용하지 않는(못하는)' 기능 중 대표적인 기능이 아닐까 싶다. 장시간 노출 NR의 원리와 작동 방식 그리고 효과적인 사용 조건, 장단점에 대해서 수다 주제로 삼아보자.
일반적인 노이즈 제거/감소를 위한 디노이징이나 노이즈 리덕션에 관한 내용은 이전에 다룬 적이 있으므로 링크로 대신하자.
디지털 카메라와 노이즈 3 - 이미지 디노이징과 노이즈 리덕션 (감소, 제거) / Noise of a digital camera
Notice - 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 디지털 이미지에서 디노이징/노이즈 리덕션(Nois
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먼저, 카메라 제조사의 사용자 매뉴얼의 내용을 인용해 보자 (소니, 니콘 매뉴얼의 내용을 공평하게 하나씩 인용했다)
장시간 노출 NR (정지 이미지) - 셔터 속도를 1 초 이상으로 설정하면 (장시간 노출 촬영) 셔터가 열려있는 시간만큼 노이즈 감쇄 기능이 켜집니다. 이 기능을 켜면 장시간 노출에서 전형적으로 나타나는 거친 노이즈가 감소됩니다. - 출처 - 소니
고감도 노이즈 감소 - 고감도에서 촬영한 사진을 처리하여 “노이즈”를 줄일 수 있습니다. 강/표준/약 특히 고감도로 촬영한 화상에서 노이즈(컬러 노이즈)를 제거합니다. 노이즈 감소 정도를 강, 표준, 약 중에서 선택합니다.OFF필요한 경우에만 노이즈 감소가 실행되며 노이즈 감소량은 약이 선택된 경우보다 많지 않습니다. 메뉴 항목 세부 내용켬 (기본 설정):셔터가 열려있는 시간만큼 노이즈 감쇄 기능을 활성화합니다. 노이즈 감쇄가 진행 중일 때는 메시지가 표시되고 이 동안에는 다른 사진을 촬영할 수 없습니다. 화질에 중점을 둘 때 이것을 선택하여 주십시오. 끔：노이즈 감쇄를 활성화하지 않습니다. 촬영의 잘라내기를 우선적으로 수행하려면 이것을 선택하여 주십시오. - 출처 - 니콘
노이즈 감소를 위한 기능이라는 공통점이 있지만, 둘의 작동 방식과 제거 하는 주요 노이즈 대상 또한 서로 다르다. 장시간 노출 NR은 장노출 촬영으로 발생하는 암전류 노이즈를 주로 제거하고, 고감도 ISO 노이즈 제거는 고감도 ISO 설정으로 인해 증가하는 판독 노이즈 및 기타 복합적인 노이즈 제거를 위한 기능으로 주요 타깃 노이즈와 제거 방법에 차이가 있다. 고감도 ISO NR의 자세한 내용은 아래 링크를 참고하자.
▶ 장시간 노출(암전류) 노이즈 / Dark current noise
장시간 노출 NR은 장시간 노출 ('장노출')로 인해 발생하는 암전류(다크) 노이즈 제거에 특화된 기능이다. 장시간 노출을 셔터 스피드 1초 이상으로 정의하고 있지만, 셔터 스피드 설정 시간이 길어질수록 발생 가능성이 증가한다. (따라서, 장시간 노출 촬영의 야경이나 별 추적(트래킹) 사진 등의 경우라 하더라도 셔터 스피드의 설정 시간이 매우 길거나 카메라의 암전류 발생 정도가 심한 조건에서 그 효과가 드러난다. 일반적인 조건에서 30초 셔터 스피드 이내의 셔터 스피드 촬영 조건에서 장시간 노출 NR의 적용에 따른 노이즈 발생 차이를 체감하기 어려웠고, 몇 분 이상의 벌브 모드 촬영에서 그 차이가 체감되는 정도지 싶다)
자세한 설명은 이전 수다에서 정리한 내용으로 대체하자.
암전류 노이즈 -Dark shot(or current) noise- 암전류는 열에 의해 발생하는 경우가 가장 많으므로 장노출 촬영 등으로 고온 픽셀에서 암전류가 주로 발생한다. 암전류에 의해 과포화된 픽셀의 노이즈는 결과 이미지에 핫픽 셀로 나타나서 앞에서 언급한 점 잡음과 같이 명도가 튀는 흰점으로 나타난다, 장노출 촬영에서는 셔터 스피디 선택에 따라 장시간 이미지 센서가 광자를 포집하여야 해서 필연적으로 열이 발생하고 그 결과 암전류가 생기고 노이즈가 된다. 학창 시절 물리 시간에 배웠듯이 열은 전자의 이동에 임의성을 발생시키고 이런 불규칙성이 암전류 노이즈를 만든다. 암전류 증가는 소자의 고유의 성능 및 전하를 저장하는 능력 등을 저하시킨다. 그리고 나아가 암전류 노이즈의 증가는 픽셀 간의 특성 편차를 더 크게 만들어서 결과물 이미지에 자글자글한 노이즈(Salt & pepper noise- 우리말로 의역하면 '깨소금' 노이즈 정도가 될까?)를 만든다. 광자 샷 노이즈와 유사하게 종규 분포를 갖는 확률 밀도 (푸와 송 Poisson 분포)로 나타난다. 암전류에 의해 발생하는 자글자글한 노이즈(Salt & pepper noise)는 종종 '휘도 노이즈'라고 불리는데, 이는 컬러 정보와는 전혀 관련이 없기 때문이다. 그리고 암전류 노이즈는 이미지 센서 규격이 작고 고화소일수록 더 증가한다. (암전류 노이즈가 증가하는 요인은 이미지 센서의 고화소화로 픽셀 간 간격이 줄고, 따라서 수광 면적이 줄어들게 되며 따라서 열에 의해 발생하는 암전류의 영향도 커진다)
디지털 카메라의 노이즈 2 - "광자 샷 노이즈"와 "판독 노이즈" / Noise of a digital camera II - Photon shot noise & readout noise
Notice - 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 이전 카메라의 구조에서 간략히 언급했던 디지털카메라 노이즈에..
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장시간 노출로 발생하는 암전류(다크) 노이즈만을 특정해서 생각하면 이미지 픽셀의 장시간 작동으로 인해 발생하는 열과 암전류로 인한 발생이라 ISO 설정과 직접적인 상관관계는 없다. (고감도 ISO로 설정하면 판독 노이즈 등이 추가되어 전체 노이즈의 양은 증가하지만, 암전류 노이즈 자체는 장시간 노출 등의 조건에서 ISO 설정에 직접적인 영향을 받지 않는다)
▶ 장시간 노출 NR 메커니즘과 장단점 (고감도 노이즈 NR과의 간단 비교)
일반적인 노이즈 제거 필터의 작동 방식은 노이즈 픽셀을 판별/분리하고 해당 픽셀의 정보를 (선형 또는 비선형 NR 필터 알고리즘을 통해) 보정/보간하는 방식이다. 장시간 노출 노이즈의 판별 방식은 조금 특이한 방식인데, 이로 인해 장시간 노출 NR의 단점도 나타난다.
장시간 노출 NR은 장시간 노출 촬영이 종료 된 후, 촬영 동안의 셔터가 열려있었던 만큼 동일 시간 동안 셔터가 닫힌 암전 상태에서 이미지 센서를 작동시킨다. 그후 암전 상태의 대조 이미지 상의 픽셀 정보와 실제 촬영된 이미지 상에 나타난 픽셀 정보를 대조하고, 핫 픽셀 데이터로 인한 노이즈 발생 여부를 판별/확정하고, (실제 촬영으로 얻어진 이미지) 해당 노이지 픽셀 정보 값에 Mask를 씌우고, 노이즈 필터 메커니즘(Mask와 함수가 결합한 형태를 필터-filter라고 한다 - 주로 노이즈 종류에 따라 선형 또는 비선형 노이즈 필터 방식 등을 선택적으로 적용)을 통해 평균값 또는 중간값 등 노이즈 필터의 보간 메커니즘으로 보정/보간한다. 장시간 노출 NR 기능의 작동 방식에 따라 촬영 직후 대조에 필요한 이미지를 얻기 위해서 물리적으로 빛을 차단해야 하고 물리적으로 차단할 셔터 막이 없는 전자 셔터 모드에서는 작동하지 않으며 (기계식 셔터가 없이 전자 셔터만으로 작동하는 카메라에서는 해당 기능을 구현할 수 없다), 처리 시간 또한 장시간 노출 설정 값만큼 동일하게 암전 상태에서 대조군을 만들어야 해서 처리 시간이 실제 촬영을 위한 장노출 시간의 약 두 배 소요되는 단점이 있다. 하지만, 노이즈 확정에서 암전류에 의한 핫픽셀만을 명확하게 분리할 수 있으므로, 다른 방식의 노이즈 리덕션(NR) 필터 작동으로 인한 불필요한 화질/디테일 저하를 최소화하는 장점이 있다.
이와 달리, 고감도 노이즈 NR은 노이즈 픽셀을 판별하는 알고리즘에서 장시간 노출 NR과 차이가 있는데, 설정 알고리즘에 따라 노이즈 판별 기준을 조절할 수 있다. 단, 노이즈 판별 알고리즘이 주변 픽셀 값과 비교하거나 복수의 이미지를 비교하여 노이즈 여부를 판별하는 정확도가 떨어지는 방식에 의존해서 (노이즈가 아닌 경우도 노이즈로 판별할 개연성이 있고) 디테일이 저하될 소지가 있고, 따라서 노이즈 제거 정도를 결정하는 설정 값을 높일수록 노이즈 필터링을 거친 후 결과물의 디테일 저하가 일어난다.
현재 대부분의 디지털 카메라에 채택된 장시간 노출 NR 기능은 위의 단계별 과정을 자동으로 수행한다. 자동 기능이 지원되기 이전에는 장시간 노출 사진 촬영 후 렌즈 캡을 닫고 동일한 장노출로 대조 샘플을 만들고, 포토샵 등의 이미지 편집 프로그램에서 해당 핫픽셀을 일일이 선택하여 제거하고 주변 픽셀 값으로 보정/보간하는 지루하고 귀찮은 작업이 필요했다.
▶ 다중 촬영 노이즈 감소
여기서 잠깐, 적용되는 노이즈 범위에서는 차이가 있지만 노이즈를 확정하는 방식에서는 유사한 '다중 촬영 노이즈 감소' 방식에 대해서도 잠시 언급하자. 많은 디지털 카메라에서 활용되고, 카메라 모듈을 사용하는 모바일 기기에서 노이즈 감소를 위해 자주 활용되지 싶다. (HDR 사진 등에서도 동일한 방식이 자주 활용되어 비교적 친숙하다) 노이즈 픽셀 판별을 위해 여러 장의 이미지를 촬영하고(전자 셔터 적용 시 여러 장이 촬영되는 것을 인지하지 못할 때도 있다) 이를 각자 비교/분석하여 노이즈 픽셀을 확정하고 이 픽셀의 정보를 다른 여러 장의 이미지 중에서 제대로 된 정보 값을 선택해서 대체하여 노이즈를 제거/감소하는 방식이다.
고감도 촬영 시의 노이즈를 더욱 감소시키는 [다중 촬영 노이즈 감소] 기능을 탑재했습니다. 셔터 버튼을 한 번 누르는 것만으로 4매의 이미지를 자동으로 연속 촬영하고 합성해 노이즈를 억제한 해상감 있는 사진으로 완성합니다. 자동으로 위치를 맞춰주므로 핸드헬드 촬영※1도 안심하고 할 수 있습니다. 고감도 ISO 노이즈 감소 설정은 「해제 / 저 / 표준 / 고※2 / 다중 촬영 노이즈 감소※2※3]에서 선택할 수 있습니다. -출처 - 캐논
▶ 장시간 노출 NR의 Raw 적용 여부
고감도 ISO NR이니 다중 촬영 노이즈 감소 기능이 Raw 파일 촬영 모드에서는 적용되지 않는 반면, 장시간 노출 NR은 Raw 파일 촬영 모드에서도 선택 가능하다. 하지만, 라이트 룸 등에서 Raw 파일을 불러올 때, 장시간 노출 NR이 적용된 값을 불러오지는 않는 것 같다. 카메라 제조사의 Raw 파일 형식이 저마다 다르고, 촬영 시 설정한 셔터 스피드, 감도, 조리개 값 등의 매개 변수(파라미터)는 워킹 프로파일 상에 저장하는 것이 일반적이다. 이미지 뷰어나 후보정 프로그램 등에서 로우 파일의 정보 중 일부를 선택적으로 표시하지만, 장시간 노출 NR 등의 파라미터는 근래 즐겨 사용되는 라이트 룸이나 캡처원 등에서는 지원하지 않는 것으로 알고 있다. 카메라 제조사에서 공식 지정한 로우파일 이미지 뷰어/편집 소프트웨어 프로그램에서 지원하지 않을까 생각하지만, 개별적인 확인을 하지는 못했다.
JPEG 파일 모드로 촬영 시 장시간 노출 NR 또는 고감도 ISO NR 기능이 선택되어 촬영되었다면 결과 이미지에 해당 기능으로 일정 이미지 프로세싱 과정을 거친 압축 파일로 저장된다.
장시간 노출 NR의 성능은 매우 긴 장노출의 야경이나 ND 필터를 적용한 주간의 장노출 사진, 별/천문 사진을 찍는 경우에는 매우 유용한 기능일 수 있지만, 효과적이라고 말하기도 어렵다. 기능적 측면에서 좋다고 하지만, 사용 편의 측면에서는 장노출 설정 시간만큼 처리 시간 동안 대기 하여야 한다는 측면에서 계륵 같은 기능이란 인상을 지우기 어렵다. 1분 이내의 셔터 스피드에서 암전류 노이즈 자체가 크게 발생하지 않으므로 노이즈 감소 차이는 그리 크지 않고, 장노출 시간이 길수록 효과적이지만, 그만큼 장시간 노출 NR 작동을 위한 처리 시간이 비례해서 길어진다.
그 외에도 암전류 노이즈는 주로 '열'에 기인(사람이든 기계든 '열' 받아서 좋을 이유는 거의 없다)해서 카메라의 내부의 구조나 발열 정도, 카메라 통풍/냉각 장치가 있는 경우에는 그 작동 여부나 성능 정도, 그리고 실제 촬영 환경에서의 주변 온도 등 여러 조건의 영향을 받지 싶다. 따라서 동일한 제품 모델의 카메라라 해도 각 제품별 열 발생의 정도, 사용 환경, 작동 습관 등에 따라 효과적인 옵션이 될 수 있고, 때로는 암전류 노이즈 자체가 크게 발생하지 않아서 사용하지 않은 때와 비교하여 별 차이가 없는 경우도 있다. (장시간 노출 사진을 전문적으로 촬영해야 한다면, 방열판이나 쿨링 팬 등의 장치를 활용하는 것이 열 자체의 발생을 미연에 방지할 수 있겠다)
즐겨 사용하는 카메라의 특성과 자신의 촬영 습관 등을 반영하여 실제 비교 테스트 촬영을 통해 확인하고 실 사용 여부를 결정하는 것이 좋겠다. (암전류 노이즈 발생 여부를 확인하기 위해서는 렌즈 전면에 빛이 들어오는 것을 완전히 차단하고 최소한 수분 이상의 장시간 노출로 촬영하는 가혹한 조건을 만들어야 확인 가능하니 일반적인 용도의 사용자라면 반드시 테스트할 필요는 없다)
