dpreview.com의 Canon EOS-1D/1Ds/5D Forum에 흥미로운 게시물이 하나 올라왔다.
DSLR 카메라에서 낮은 ISO로 찍고 후에 raw converter를 통해 밝게 하는 것보다
처음부터 높은 ISO로 찍은 것이 더 노이즈가 적게 나온다는 것이었다.
관련 댓글들을 읽어보다가 이러한 내용에 관해 제대로된 설명을 발견할 수 있어서 소개해보려한다.
Here's why ISO 400 is better than ISO 100 under-exposed
다음의 네가지에서 노이즈가 발생한다고 가정해보자.
1) CMOS 센서
2) 아날로그 ISO 증폭기(amplifier)
3) 아날로그-디지털 컨버터(ADC)
4) RAW 컨버터 프로그램 - 이것은 실제적으로 노이즈가 발생하는 부분이라고는 할 수 없으나
서로 다른 두 이미지를 같은 레벨로 만들기 위해 사용한다는 것에 초점을 맞추자.
이제 두개의 이미지가 있다.
하나는 ISO 100, 2 stop 언더로 찍은 것으로 셔터스피드 1/100s, 조리개 f/4 이다.
다른 하나는 ISO 400 으로 적정노출로 찍은 것으로 나머지는 동일하다 (셔터 1/100s, 조리개 f/4)
이제 차근차근 계산을 해보자.
1) CMOS 센서
두 이미지는 완전히 동일한 파라미터에서 촬영되었기에
CMOS 센서에 들어오는 신호와 발생되는 노이즈는 동일하다.
ISO 가 다른 것은 현재 상황에서는 이미지에 적용되지 않는다.
CMOS 센서에서 측정된 신호를 10이라고 하고, 노이즈를 1이라고 가정해보자.
(물론 여기서 신호대 잡음비(SNR)가 10:1 이라는 것은 상당히 나쁜 것이지만
계산상의 편의를 위해 그냥 넘어가자.)
1.1) ISO 100 : 신호 10, 노이즈 1
1.2) ISO 400 : 신호 10, 노이즈 1
2) 이제 ISO 증폭기를 거치면 어떻게 되는지 보자.
ADC에 ISO 100 의 신호를 보내려면 CMOS 로부터 나오는 신호의 10배를,
ISO 400 의 경우에는 40배를 해야 한다고 가정하자.
또한 ISO 증폭기는 내부적으로 입력 노이즈가 0.5가 된다고 가정했을때 계산은 다음과 같다.
2.1) ISO 100 : 신호는 10배로 증폭되므로 10 x 10 = 100.
노이즈의 경우엔 우선 0.5 의 입력 노이즈가 원래 있던 1에 추가되어 1.5가 되고 여기에 10배를 하면 15가 된다.
2.2) ISO 400 : 위와 같은 방법으로 신호는 10 x 40 = 400.
노이즈는 (1 + 0.5) x 40 = 60
실제로는 백색 잡음(white noise)은 위와 같은 방법으로 단순히 더해지는 것이 아니라
RMS(Root-Mean-Square)값으로 더해진다.
정확하게 계산하면 다음과 같다.
(앞으로 *가 붙은 값은 좀더 정확하게 계산한 것이다.)
2.1*) ISO 100 : 신호 = 10 x 10 = 100, 노이즈 = 10 x sqrt(1^2 + 0.5^2) = 11.18
2.2*) ISO 400 : 신호 = 40 x 10 = 400, 노이즈 = 40 x sqrt(1^2 + 0.5^2) = 44.72
3) 이제 앞의 아날로그 신호를 디지털화하자.
ADC에서 나오는 값을 읽을때 5의 노이즈가 추가될것이다.
2)에서 3)까지 이어지는 과정은 꽤나 현실적인 시나리오인데
실제로 약한 신호는 아날로그 도메인에서 증폭되어 ADC로 들어오게 되고,
또한 ADC는 내부적으로 노이즈를 타게되며 양자화(quantization) 에러도 만들게 된다.
이제 계산값은 다음과 같이 변한다.
3.1) ISO 100 : 신호 = 100, 노이즈 = 15 + 5 = 20
3.2) ISO 400 : 신호 = 400, 노이즈 = 60 + 5 = 65
3.1*) ISO 100 : 신호 = 100, 노이즈 = sqrt(11.18^2 + 5^2) = 12.25
3.2*) ISO 400 : 신호 = 400, 노이즈 = sqrt(44.72^2 + 5^2) = 45.00
4) 이제 마지막으로 노출이 다른 두 디지털 이미지를 RAW 컨버터를 이용해서
같은 노출의 이미지로 변환하자.
이를 위해서 ISO 100 의 이미지를 +2 stop 오버시켜야 하는데 이를 위해서는 2^2 즉 4를 곱해줘야 한다.
(이미지에서 노출이 한 스탑 떨어진 관계는 2배의 노출 차이가 난다. 두 스탑은 4배, 세 스탑은 8배)
4.1) ISO 100 : 신호 4 x 100 = 400, 노이즈 = 4 x 20 = 80
4.2) ISO 400 : 신호 400, 노이즈 65
4.1*) ISO 100 : 신호 4 x 100 = 400, 노이즈 = 4 x 12.25 = 49
4.2*) ISO 400 : 신호 400, 노이즈 = 45
놀랍지 않은가.
최종 이미지는 둘 모두 400의 신호를 갖게 되지만
ISO 100 의 이미지가 ISO 400 보다 더 많은 노이즈를 갖게 된다.
마지막으로 앞의 이런 계산은 현실을 상당히 단순화한 것이며,
쓰인 숫자 역시 편의를 위해 만들어진 값으로 실제 값과는 차이가 있다.
위의 해석은 본문을 간략하게 하고, 약간의 설명을 덧붙였다.
상당히 명쾌한 설명이지 않은가!
이와 같은 맥락에서 디지털 사진에 있어서 Exposing to the right 이라는 테크닉이 있는데
다음은 위키피디아에 올라온 내용을 요약한 것이다.
일반적으로 디지털 사진에 있어서 적정노출보다 밝게 찍는 것이 디지털 이미지 센서의 특성 때문에
더 좋은(노이즈가 적은) 이미지를 얻을 수 있는데, 이를 exposing to the right 이라고 한다.
exposing to the right이라는 말은 이미지를 히스토그램으로 표현했을 때
적정노출보다 밝게 찍은 경우 히스토그램이 오른쪽으로 이동하게 되는데 이로부터 나온 것이다.
물론 이렇게 적정노출보다 밝게 찍을 경우 염두해 두어야 할 것은 하이라이트가 날라가지 않도록
(즉, 화이트홀이 생기지 않도록) 촬영해야 한다는 것이다.
디지털로 된 이미지에서 화이트홀이 생기게 되면 더이상 그 픽셀의 값은 보정이 불가능하게 되기 때문이다.
또한 이렇게 적정노출보다 밝게 찍는 테크닉은 RAW로 촬영하고 이를 후에 보정했을 때만 의미가 있지,
JPG로 촬영할 경우에는 단지 노출오버된 이미지만을 얻을 뿐이다.
이에 대한 좀더 자세한 설명은 http://www.luminous-landscape.com/tutor ··· ht.shtml 에서 볼 수 있다.
내용자체는 바로 위에 내용과 크게 다르지 않으며 좀더 상세한 설명을 제공하고 있으며,
위의 내용을 간단히 번역한 글은 DSLR에서 18% gray card는 노출 측정의 지침서인가?에서 볼 수 있다.
지금까지 DSLR로 사진을 찍을 때 ISO를 높여서 찍는 것에 상당한 거부감을 가지고 있었는데
위의 설명을 듣다보니 이런 생각을 바꿔야 할 것 같다.
어차피 RAW로 촬영하는 걸 즐겨하는 상황에서 어둡게 찍고 밝게 후보정하는 것보다
ISO를 높여서라도 카메라가 허락하는 한 가장 밝게 촬영하는 것이 노이즈 측면에서 훨씬 유리하니 말이다.
DSLR 카메라에서 낮은 ISO로 찍고 후에 raw converter를 통해 밝게 하는 것보다
처음부터 높은 ISO로 찍은 것이 더 노이즈가 적게 나온다는 것이었다.
관련 댓글들을 읽어보다가 이러한 내용에 관해 제대로된 설명을 발견할 수 있어서 소개해보려한다.
Here's why ISO 400 is better than ISO 100 under-exposed
다음의 네가지에서 노이즈가 발생한다고 가정해보자.
1) CMOS 센서
2) 아날로그 ISO 증폭기(amplifier)
3) 아날로그-디지털 컨버터(ADC)
4) RAW 컨버터 프로그램 - 이것은 실제적으로 노이즈가 발생하는 부분이라고는 할 수 없으나
서로 다른 두 이미지를 같은 레벨로 만들기 위해 사용한다는 것에 초점을 맞추자.
이제 두개의 이미지가 있다.
하나는 ISO 100, 2 stop 언더로 찍은 것으로 셔터스피드 1/100s, 조리개 f/4 이다.
다른 하나는 ISO 400 으로 적정노출로 찍은 것으로 나머지는 동일하다 (셔터 1/100s, 조리개 f/4)
이제 차근차근 계산을 해보자.
1) CMOS 센서
두 이미지는 완전히 동일한 파라미터에서 촬영되었기에
CMOS 센서에 들어오는 신호와 발생되는 노이즈는 동일하다.
ISO 가 다른 것은 현재 상황에서는 이미지에 적용되지 않는다.
CMOS 센서에서 측정된 신호를 10이라고 하고, 노이즈를 1이라고 가정해보자.
(물론 여기서 신호대 잡음비(SNR)가 10:1 이라는 것은 상당히 나쁜 것이지만
계산상의 편의를 위해 그냥 넘어가자.)
1.1) ISO 100 : 신호 10, 노이즈 1
1.2) ISO 400 : 신호 10, 노이즈 1
2) 이제 ISO 증폭기를 거치면 어떻게 되는지 보자.
ADC에 ISO 100 의 신호를 보내려면 CMOS 로부터 나오는 신호의 10배를,
ISO 400 의 경우에는 40배를 해야 한다고 가정하자.
또한 ISO 증폭기는 내부적으로 입력 노이즈가 0.5가 된다고 가정했을때 계산은 다음과 같다.
2.1) ISO 100 : 신호는 10배로 증폭되므로 10 x 10 = 100.
노이즈의 경우엔 우선 0.5 의 입력 노이즈가 원래 있던 1에 추가되어 1.5가 되고 여기에 10배를 하면 15가 된다.
2.2) ISO 400 : 위와 같은 방법으로 신호는 10 x 40 = 400.
노이즈는 (1 + 0.5) x 40 = 60
실제로는 백색 잡음(white noise)은 위와 같은 방법으로 단순히 더해지는 것이 아니라
RMS(Root-Mean-Square)값으로 더해진다.
정확하게 계산하면 다음과 같다.
(앞으로 *가 붙은 값은 좀더 정확하게 계산한 것이다.)
2.1*) ISO 100 : 신호 = 10 x 10 = 100, 노이즈 = 10 x sqrt(1^2 + 0.5^2) = 11.18
2.2*) ISO 400 : 신호 = 40 x 10 = 400, 노이즈 = 40 x sqrt(1^2 + 0.5^2) = 44.72
3) 이제 앞의 아날로그 신호를 디지털화하자.
ADC에서 나오는 값을 읽을때 5의 노이즈가 추가될것이다.
2)에서 3)까지 이어지는 과정은 꽤나 현실적인 시나리오인데
실제로 약한 신호는 아날로그 도메인에서 증폭되어 ADC로 들어오게 되고,
또한 ADC는 내부적으로 노이즈를 타게되며 양자화(quantization) 에러도 만들게 된다.
이제 계산값은 다음과 같이 변한다.
3.1) ISO 100 : 신호 = 100, 노이즈 = 15 + 5 = 20
3.2) ISO 400 : 신호 = 400, 노이즈 = 60 + 5 = 65
3.1*) ISO 100 : 신호 = 100, 노이즈 = sqrt(11.18^2 + 5^2) = 12.25
3.2*) ISO 400 : 신호 = 400, 노이즈 = sqrt(44.72^2 + 5^2) = 45.00
4) 이제 마지막으로 노출이 다른 두 디지털 이미지를 RAW 컨버터를 이용해서
같은 노출의 이미지로 변환하자.
이를 위해서 ISO 100 의 이미지를 +2 stop 오버시켜야 하는데 이를 위해서는 2^2 즉 4를 곱해줘야 한다.
(이미지에서 노출이 한 스탑 떨어진 관계는 2배의 노출 차이가 난다. 두 스탑은 4배, 세 스탑은 8배)
4.1) ISO 100 : 신호 4 x 100 = 400, 노이즈 = 4 x 20 = 80
4.2) ISO 400 : 신호 400, 노이즈 65
4.1*) ISO 100 : 신호 4 x 100 = 400, 노이즈 = 4 x 12.25 = 49
4.2*) ISO 400 : 신호 400, 노이즈 = 45
놀랍지 않은가.
최종 이미지는 둘 모두 400의 신호를 갖게 되지만
ISO 100 의 이미지가 ISO 400 보다 더 많은 노이즈를 갖게 된다.
마지막으로 앞의 이런 계산은 현실을 상당히 단순화한 것이며,
쓰인 숫자 역시 편의를 위해 만들어진 값으로 실제 값과는 차이가 있다.
위의 해석은 본문을 간략하게 하고, 약간의 설명을 덧붙였다.
상당히 명쾌한 설명이지 않은가!
이와 같은 맥락에서 디지털 사진에 있어서 Exposing to the right 이라는 테크닉이 있는데
다음은 위키피디아에 올라온 내용을 요약한 것이다.
일반적으로 디지털 사진에 있어서 적정노출보다 밝게 찍는 것이 디지털 이미지 센서의 특성 때문에
더 좋은(노이즈가 적은) 이미지를 얻을 수 있는데, 이를 exposing to the right 이라고 한다.
exposing to the right이라는 말은 이미지를 히스토그램으로 표현했을 때
적정노출보다 밝게 찍은 경우 히스토그램이 오른쪽으로 이동하게 되는데 이로부터 나온 것이다.
물론 이렇게 적정노출보다 밝게 찍을 경우 염두해 두어야 할 것은 하이라이트가 날라가지 않도록
(즉, 화이트홀이 생기지 않도록) 촬영해야 한다는 것이다.
디지털로 된 이미지에서 화이트홀이 생기게 되면 더이상 그 픽셀의 값은 보정이 불가능하게 되기 때문이다.
또한 이렇게 적정노출보다 밝게 찍는 테크닉은 RAW로 촬영하고 이를 후에 보정했을 때만 의미가 있지,
JPG로 촬영할 경우에는 단지 노출오버된 이미지만을 얻을 뿐이다.
이에 대한 좀더 자세한 설명은 http://www.luminous-landscape.com/tutor ··· ht.shtml 에서 볼 수 있다.
내용자체는 바로 위에 내용과 크게 다르지 않으며 좀더 상세한 설명을 제공하고 있으며,
위의 내용을 간단히 번역한 글은 DSLR에서 18% gray card는 노출 측정의 지침서인가?에서 볼 수 있다.
지금까지 DSLR로 사진을 찍을 때 ISO를 높여서 찍는 것에 상당한 거부감을 가지고 있었는데
위의 설명을 듣다보니 이런 생각을 바꿔야 할 것 같다.
어차피 RAW로 촬영하는 걸 즐겨하는 상황에서 어둡게 찍고 밝게 후보정하는 것보다
ISO를 높여서라도 카메라가 허락하는 한 가장 밝게 촬영하는 것이 노이즈 측면에서 훨씬 유리하니 말이다.
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