비디오 감시 애플리케이션이 점점 다양해짐에 따라 카메라 제조업체는 증가하는 시장 요구를 충족하기 위해 이미징 기술을 지속적으로 개선해야 합니다. 많은 발전 가운데 WDR(Wide Dynamic Range)과 저{1}}조도 이미징은 현대 감시 카메라의 두 가지 필수 기능이 되었습니다.
저조도-기술 개발
조명을 위해 IR LED를 사용하는 적외선(IR) 카메라와 비교할 때, 저조도 카메라는 상당한 이점을 제공합니다.- IR 카메라는 IR LED에서 발생하는 열로 인한 이미지 저하, 시간이 지남에 따라 적외선 성능 약화, 주야간 전환 실패, 흑백-및-야간 이미지의 세부 묘사 제한 등의 문제로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다. 이와 대조적으로 초-저조도- 카메라는 까다로운 조명 조건에서도 더 선명한 이미지를 캡처할 수 있어 스마트 시티 프로젝트, 교통 모니터링, 은행, 캠퍼스 보안과 같은 응용 분야에서 널리 사용됩니다.
이름에서 알 수 있듯이 초-저조도-카메라는 극도로 낮은 조명 조건에서도 유용한 이미지를 생성할 수 있습니다. 저조도 이미징 개념은 CCD 센서 시대에 탄생했습니다. Sony의 HAD CCD 기술은 각 픽셀 위에 최적화된 마이크로{5}}렌즈를 추가하여 들어오는 빛을 포토다이오드에 더 정확하게 전달함으로써 집광 효율을 향상시켰습니다. 이는 저조도 조건에서 감도와 이미지 품질을 크게 향상시켰습니다-.
CCD 기술이 수년 동안 저조도 이미징을 지배했지만, 제조 제한으로 인해 결국 추가 개선이 제한되었습니다. Sony Super HAD CCD 센서의 도입으로 성능이 "별빛-수준" 감도로 향상되었습니다. 한편, CMOS 센서는 처음에는 약했던 저조도 성능에서 오늘날 주류 이미징 기술로 발전했습니다. 최신 CMOS 센서는 전면-측면 조명(FSI)과 후면-측면 조명(BSI)이라는 두 가지 기본 아키텍처를 통해 뛰어난 저조도 성능을-달성합니다.
전면-측면 조명(FSI)
FSI 센서에서 빛은 픽셀 어레이의 전면을 통해 들어와 포토다이오드에 도달하기 전에 금속 배선층 사이를 통과합니다. 이 구조는 더 큰 픽셀에서 적절하게 작동하지만 픽셀 크기가 계속 작아짐에 따라 빛 수집 효율성이 감소합니다. 약 1.1 μm 이하의 픽셀 크기의 경우 광{3}}가이드 설계의 복잡성이 크게 증가하여 감도 향상이 제한됩니다.
후면-측면 조명(BSI)
BSI 기술은 센서 구조를 뒤집어 이러한 한계를 해결합니다. 빛은 센서 뒷면에서 들어오므로 금속 배선이나 유전층에 의해 차단되지 않고 광자가 포토다이오드에 직접 도달할 수 있습니다. 이 디자인은 양자 효율과 광 감도를 크게 향상시킵니다.
센서 제조업체는 종종 BSI 기술이 동일한 픽셀 크기의 FSI 센서에 비해 저조도 감도를 약 30% 향상시킬 수 있다고 주장합니다.- 또한 BSI는 더 넓은 유효 수광 영역을 구현하고{3}}저조도에서 전반적인 이미지 품질을 향상시킵니다.
낮은-조명 성능에 영향을 미치는 요인
저조도-카메라 성능은 이미지 센서 자체 그 이상에 따라 달라집니다. 전반적인 이미징 품질에 영향을 미치는 네 가지 주요 요소는 다음과 같습니다.
1. 렌즈 성능
렌즈는 카메라의 눈 역할을 합니다. 센서에 도달하는 빛의 양은 이미지 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 렌즈의 빛-수집 기능은 일반적으로 F-수(F-값)로 표시됩니다. F- 숫자가 작을수록 조리개가 크고 빛 투과율이 높다는 의미입니다.
탁월한 저조도 성능을 달성하려면 적절한 렌즈를 선택하는 것이 매우 중요합니다.- 많은 사용자는 모든 렌즈가 저조도 카메라와 짝을 이룰 수 있다고 잘못 생각하고 있으며, 이는 종종 실망스러운 결과를 낳습니다.
2. 이미지 센서 기술
FSI 및 BSI 설계를 포함한 센서 아키텍처는 저조도 이미징 기능에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나입니다-. 센서 크기, 픽셀 크기, 양자 효율 및 잡음 특성은 모두 어두운 환경에서의 성능에 기여합니다.
3. 이미지 신호 처리(ISP)
하드웨어 개선 외에도 이미지 처리 알고리즘이 중요한 역할을 합니다. ISP 성능은 노이즈 감소, 노출 제어, 아날로그 게인, 디지털 게인 및 이미지 향상에 영향을 미칩니다.
제조업체마다 고유한 ISP 조정 전략을 구현하므로 유사한 센서를 사용해도 이미지 품질에 눈에 띄는 차이가 있습니다.
4. 주야간 전환 알고리즘
포토레지스터와 기계식 전환 메커니즘을 사용하는 적외선 카메라와 달리 저조도 카메라는 ISP- 기반 알고리즘을 사용하여 컬러 모드와 흑백 모드 간 전환 시기를 결정하는 경우가 많습니다.
이러한 알고리즘은 밝기, 게인 레벨 및 장면 특성을 분석하여 지능적인 전환 결정을 내립니다. 잘 설계된-알고리즘은 임계 조명 조건 근처에서 빈번한 전환을 방지하고 보다 안정적인 시청 환경에 기여합니다.
저조도-조명 성능 측정 방법
현재 저조도 카메라 성능을 측정하기 위해 보편적으로 인정되는 업계 표준은 없습니다-. 제조업체마다 다른 테스트 방법과 기준을 사용할 수 있습니다.
일반적인 테스트 접근 방식에는 다음이 포함됩니다.
- 조리개가 완전히 열린 상태에서 F1.2 렌즈를 사용합니다.
- D65 표준 광원을 사용합니다.
- 점차적으로 조도를 0.05lux 이하로 줄입니다.
- 테스트 대상 전체에 걸쳐 밝기 균일성을 유지합니다.
- 이미지 해상도가 정상 성능의 약 70%를 유지하는 조명 수준을 측정합니다.
저조도 카메라를 평가할 때{0}}다음 사항도 고려하는 것이 중요합니다.
- 이미지 노이즈 수준
- 주야간 전환 안정성
- 낮은 조명에서 프레임 속도 성능
- 모션 블러 및 고스팅 효과
- 전반적인 이미지 선명도
