DSLR 카메라를 많이 접한 분들이라면 Dark Frame Subtraction 이라는 용어를 들어보셨을 겁니다. Dark Frame Subtraction은 보통 장노출로 촬영된 이미지의 노이즈를 최소화하는 방식입니다.
이번 포스팅에서는 FPN(Fixed Pattern Noise)의 주요 원인인 Dark current(암전류)와 Defective pixel에 대해 소개하겠습니다. 또한, Dark Frame Subtraction이 어떻게 노이즈를 제거하는지 알아보겠습니다. Dark Frame Subtraction이 제거하는 노이즈는 일반적으로 FPN입니다. FPN은 Dark current나 Defective pixel에 영향을 많이 받습니다.
Dark current (암전류)란 무엇일까요?
암전류는 말 그대로 빛이 없을 때 흐르는 전류입니다. 이는 외부 빛을 완전히 차단한 시간 동안 Photo diode에 축적되는 전자신호의 양입니다. 이 전류는 이미지 센서 한 픽셀의 Photo diode 자체 특성으로 외부 센서를 구성하는 실리콘 구조물의 온도 변화에 따라 그 특성이 노이즈로 나타납니다. 즉, Dark current는 설정된 노출 시간이 길수록, 온도가 높을수록 그 값이 올라갑니다.
위의 데이터는 CCD 29MP 센서의 Dark current입니다. e/s/pixel은 한 픽셀이 1초 동안 노출됐을 때 발생하는 전류량을 의미합니다. 보시는 대로 온도가 감소함에 따라 그 값도 내려갑니다.
Defective pixel(불량화소)은 무엇일까요?
Defective pixel에는 Hot pixel 및 Dead pixel, 비선형적 Pixel 등 다양한 종류가 있습니다. 그중 Hot pixel은 이미지 센서가 장노출 사용이거나 센서가 뜨거우면 발생하는 픽셀입니다.
위의 그래프와 같이 센서는 노출이 길수록 온도가 높을수록 defective pixel의 개수는 기하급수적으로 늘어납니다.
위의 Dark current와 Defect은 공통으로 노출과 온도에 영향을 받아서 생기는 노이즈입니다. 이러한 노이즈는 암막 상태에서 촬영한 이미지로부터 얻을 수 있습니다. 이를 Dark frame이라고 합니다.
Dark frame subtraction 무엇일까요?
그렇다면 Dark frame subtraction이 무엇인지 대충 감이 오실 겁니다. 말 그대로 Dark frame을 원래 이미지에서 빼주기만 하면 됩니다.
뷰웍스의 Imaging Processing Technology
보시는 바와 같이 Dark frame subtraction을 통해 이미지가 많이 개선되는 것을 확인할 수 있습니다. 실제 머신비전 애플리케이션에서도 Dark frame subtraction이 사용될까요? 그렇지는 않습니다. Dark frame subtraction보다는 DSNU, defective pixel correction, OB clamp(Optical Black Clamp)와 같은 이미징 보정 방법을 많이 사용합니다.
하지만 노이즈를 제거하는데 무엇보다 효과적인 방법은 센서 온도를 낮추는 것입니다. 뷰웍스의 Cooling 카메라인 VP Series는 센서 자체의 온도를 떨어트려 Dark current 및 Defect 개수를 놀라울 정도로 감소시킬 수 있습니다.
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