글로벌 셔터(Global shutter)와 롤링 셔터(Rolling Shutter)의 차이점에 대해 알아보도록 하겠습니다. 많이 알고 계시겠지만 움직이는 물체를 촬영하면 롤링셔터에서는 젤로 현상이 발생합니다. 그래서 글로벌 셔터가 항상 좋다고 생각하는 분들이 많습니다. 하지만 모든 애플리케이션에서 글로벌 셔터가 좋은 것은 아닙니다. 글로벌 셔터와 롤링 셔터는 서로 다른 장단점을 갖고 있기 때문입니다. 이번 글에서는 글로벌 셔터와 롤링 셔터의 작동 방식과 장단점을 알아보겠습니다.
1. 글로벌 셔터(Global Shutter) 동작 방식
글로벌 셔터에서는 노출 시 모든 픽셀이 동시에 빛에 노출됩니다. 대략적인 동작 순서(CCD 기준)은 다음과 같습니다. 먼저, 모든 픽셀 열이 reset 됩니다. reset이란 픽셀에 있는 전하를 비워냄을 뜻합니다. 이후, 설정된 노출시간 동안 모든 픽셀은 빛을 받아 전하를 쌓습니다. 모든 픽셀의 노출이 끝나면, 첫번째 행(row)에 있는 픽셀부터 readout을 시작합니다. 그 동안 다른 픽셀들은 전하를 쌓아논 채 보유하고 있습니다. 첫번째 행 모든 픽셀의 readout이 끝나면, 다음 행에 위치한 픽셀이 readout을 시작합니다. 이렇게 각 행에 위치한 픽셀들이 순차적으로 readout을 합니다.
위와 같이 글로벌 셔터는 전하를 쌓아놓는 별도의 공간이 있어야 하는데, 그로 인해 픽셀의 수광부(픽셀에서 실제로 빛을 받는 부분)는 줄어들게 됩니다. 예를 들어 픽셀 사이즈가 5um x 5um라고 해도, 수광부는 더 적은 크기의 3um x 3um가 될 수 있습니다. 따라서 수광부를 늘리기 위한 노력과 시간이 더 많이 필요합니다.
2. 롤링 셔터(Rolling Shutter) 동작 방식
롤링 셔터의 동작 방식은 글로벌 셔터와 많이 다릅니다. 모든 열이 동시에 노출이 시작되는 글로벌 셔터와 달리, 순차적으로 노출 및 Readout을 진행합니다. 즉, 첫번째 행의 Reset이 끝나면 그 다음 행의 Reset를 시작합니다. 그리고 첫 행은 노출을 시작하여 끝내고 Readout 이 끝내는 파이프라인(Pipeline) 형태의 동작을 진행합니다.
위와 같은 특성으로 인해 Rolling shutter의 단점이 존재합니다. 촬영하는 물체의 높이에 따라 노출시간이 다르므로 물체가 움직이면 실제 영상에서 왜곡이 발생할 수 있습니다. 아래 이미지와 같이 앞으로 달리는 자동차를 Rolling shutter로 촬영 했을때, 오른쪽 이미지와 같이 보입니다. 위의 열부터 노출이 순차적으로 일어나기 때문에 이와 같은 현상이 나타납니다. 이와 같은 현상을 ‘젤로 현상’ 혹은 ‘Rolling shutter effect’ 라고 부릅니다.
하지만 롤링셔터는 수광부외 별도의 회로가 없기 때문에 센서 구조가 단순하고 더 높은 해상도를 구현하기 쉽습니다. 또한 일반적으로 글로벌 셔터에 비해 다크노이즈, Fullwell 등의 영상 퀄리티가 더 좋습니다.
아래는 글로벌 셔터와 롤링 셔터의 비교 표입니다.
| 항목 | 글로벌 셔터 (Global shutter) | 롤링 셔터 (Rolling shutter) |
| 장점 | 왜곡이 없는 이미지(@ 움직이는 물체 촬영 시) | 높은 해상도, 적은 노이즈, 합리적인 가격 |
| 단점 | 높은 노이즈 및 높은 가격 | 왜곡이 있는 이미지(젤로 현상) (@움직이는 물체 촬영 시) |
글로벌 셔터와 롤링 셔터의 차이에 대해 알아보았습니다. 다음 시간에는 롤링셔터의 ‘젤로 현상’ 을 극복할 수 있는 방법에 대해 이야기해보도록 하겠습니다.
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