어둠 속에서도 “볼” 수 있게 하는 주요 기술 3가지

Andres Vigren

어떤 장소를 보호할 때, 특히 인공 광원을 쉽게 사용할 수 없는 경우, 까다로운 조명 조건에 직면하는 일이 드물지 않습니다. 하지만, 어둠 속에서도 주변을 쉽게 지킬 수 있는 기술이 있습니다.

사막 한 가운데에 있는 석유 및 가스 시설과 같이, 원격에 있는 중요 인프라를 감시해야 한다고 봅시다. 야간에도 완벽한 시야를 확보할 수 있는 충분한 인공 램프를 설치하고 가동하는 것은 비용이 많이 드는 투자이며, 개선하고자 하는 다은 영역에 들어갈 리소스를 빼앗는 것입니다.

하지만 다행히도, 감시 기술은 20년 전만큼 빛에 의존하지 않습니다. 다음은 최악의 조명 조건에서도 상세하고 날카로운 영상을 녹화할 수 있는 기술의 세 가지 예입니다.

이 기능이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해, 가시광선 카메라와 사람의 눈이 어둠 속에서 보기 어려운 이유를 살펴보겠습니다.

모두 광자 안에 있습니다

빛은, “빛”을 의미하는 고대 그리스 단어 ‘phos’의 이름을 딴, 광자라고 불리는 입자로 만들어집니다. 우리의 눈은 자연적으로 광자에 민감합니다. 우리의 눈은 광자의 존재를 기록하고, 우리의 뇌는 눈이 수집한 정보를 바탕으로 사진을 조립합니다. 가시광선 카메라도 같은 방식으로 작동합니다.

광자는 넓은 범위의 파장으로 나타나는데, 인간과 가시광선 카메라에는 그 중 400~700나노미터(nm)의 작은 부분만 보입니다. 빛이 적거나 거의 없을 때, 우리의 센서에 닿을 수 있는 광자는 더 적습니다. 따라서 두뇌와 가시광선 카메라 컴퓨터는 상세한 사진을 만들기에 충분한 정보를 갖지 못합니다.

우리가 설명하려는 기술은, 카메라의 센서가 광자의 형태로 정보를 수집하는 방법을 최적화합니다. 적은 수의 광자로부터 사진을 만드는 능력을 향상시키거나, 시야를 더 넓은 파장으로 넓히거나, 센서가 빛에 노출되는 것을 조절함으로써 말입니다.

  • Lightfinder

이름에서 알 수 있듯이, Lightfinder 기술은 조도가 낮은 영역에 있는 얼마 안 되는 가시광선 광자에 매우 민감하게 반응하도록 제작되었습니다. 매우 샤프한 센서와 세심하게 조정된 이미지 처리의 조합 덕분에, 이 기술을 사용하는 카메라는 매우 적은 빛에서도 풀 컬러 이미지를 캡처할 수 있습니다.

사실, 이런 카메라는 적은 빛 속에서 인간의 눈보다 색을 더 잘 구별할 수 있습니다. 이는 이미지가 법의학적 목적으로 사용될 때 특히 중요합니다. 컬러가 진짜에 가까울수록, 대상을 식별할 수 있는 확률이 높아집니다.

이러한 결과는 고품질 렌즈, 감시를 위해 최적화된 맞춤 선택형 이미지 센서, 시스템온칩에 내장된 디지털 이미지 처리 알고리즘과 같은 광학적 구성 요소를 조합해 얻을 수 있습니다.

  • OptimizedIR

Lightfinder는 낮은 조명 조건에서 뛰어납니다. 하지만 완전한 어둠 속에서 영역을 보호해야 할 때는, 캡처할 수 있는 광자의 파장을 확장할 수 있는 기술을 선택하고자 할 수도 있습니다. 그럼 OptimizedIR에 대해 알아보겠습니다. 여기서 IR은 InfraRed(적외선)를 나타냅니다.

IR 조명을 사용하여 이미지를 촬영할 수 있는 카메라는 소위 “주야간 기능”을 가지고 있거나, “주야간 카메라”라고 불립니다. 즉, 낮에는 가시광선을 사용해 사진을 생성하고, 빛이 떨어지면 야간 모드가 트리거되어 적외선 스펙트럼에 대한 카메라 감도를 확장합니다.

이를 위해, 카메라는 달빛 같은 자연 IR광이나, 백열전구 또는 눈에 잘 띄지 않게 하기 위해 카메라에 내장된 전용 IR 광원에서 나오는 인공광 중 하나를 채택할 수 있습니다. IR이 생성하는 영상은 컬러가 아닌, 그레이 스케일입니다.

  • Forensic WDR

지금까지 낮은 조도 또는 암흑에서 보는 카메라에 대해 살펴보았습니다. 하지만 만약 같은 프레임 안에 매우 밝은 영역과 매우 어두운 영역을 함께 처리해야 한다면요? 예를 들어, 터널이나 주차장 같은 곳 말입니다. 이러한 상황에서는 두 영역 중 한 쪽에 맞춰 설정을 최적화하도록 할 수 있지만, 다른 영역에 있는 중요한 세부 정보가 누락될 가능성이 있습니다.

이미지에서 노출 부족이나 노출 과다가 있으면, 객체나 사람을 식별하는 것이 불가능할 수 있습니다. 이러한 시나리오에 가장 적합한 기술은 Forensic WDR(Wide Dynamic Range)로, 다중 노출 수준, 대비 향상, 노이즈를 줄이고 이미지 시그널을 증가시키는 고급 알고리즘을 적용해 문제를 해결합니다.

광자로 돌아가서, 이 기술은 카메라가 더 밝은 영역에서는 너무 많은 광자를 수집하지 않도록 하는 동시에, 더 어두운 영역에서는 광자의 낮은 농도로 인해 발생하는 노이즈를 줄입니다. 이렇게 하면, 어려운 조명 조건에서 걱정할 필요 없이 카메라를 원하는 장소에 정확하게 배치할 수 있습니다.

현실에 적용된 사례들

기술을 이해하는 데 있어, 실제 상황에서 이것이 어떻게 작동하는지 보는 것보다 더 좋은 방법은 없을 것입니다. 실례로, 2018년 Rock Hill School은 에너지 소비를 줄이기 위한 노력에 맞춰 캠퍼스의 보안 감시 시스템을 업그레이드하고자 했습니다. 지속가능성은 납세자들의 돈을 절약할 뿐 아니라 학교 시스템의 탄소 배출량도 감소시키기 때문에 Rock Hill School의 전반적인 전략에서 중요한 부분입니다.

Rock Hill 관리자 중 한 팀은 “캠퍼스 정전” 접근 방식이 범죄를 억제하고 에너지를 절약하는 데 효과적이라고 판단했습니다. 그러나, 어두운 캠퍼스의 기존 비디오 영상 화질에는 문제가 있어 가해자를 가려내는 데 실효성을 떨어뜨릴 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해, Rock Hill은 극단적인 조명 문제에 대응할 수 있는 Lightfinder 및 OptimizedIR이 탑재된 카메라를 설치했습니다.

학교는 안전과 보안을 희생하지 않고 캠퍼스 정전 접근 방식을 유지할 수 있게 되었습니다. 실제 결과로, 학교 건물의 보안은 강화되었고, 보고되는 사고의 수가 줄었으며, 동시에 현격한 전기 절감 효과를 보았습니다.

Forensic WDR은 브라질 BH International Airport에서 2019년 새로 오픈한 터미널의 안전을 확보하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 새로운 터미널을 오픈하면서, 공항의 이용객 처리량이 연간 1,000만명에서 2,200만명으로 두 배 이상 증가되었습니다. 항공기 에이프런 구역 확장 및 주차공간 신설을 포함한 이 프로젝트에는 2억6천만 달러 이상이 투자되었는데, 추가 보안 시스템의 설치도 함께 진행되었습니다. 에이프런 구역을 모니터링하면서 나타난 기술적 문제 중 하나는 콘크리트에서 생성되는 반사를 처리하는 것이었는데, Forensic Capture를 사용한 WDR 기술로 이 문제를 완화할 수 있었습니다.

가시광선을 넘어

기술은 카메라를 인간의 눈의 성능을 뛰어넘어, 가장 최적화된 방식으로 광자를 렌즈로 보내고 캡처할 수 있게 해 줍니다. 낮은 조도든, 암흑이든, 같은 화면에서 극명하게 다른 노출을 처리해야 하든 간에, 기술은 당신을 돕기 위해 개발되고 있고, 매년 더 많은 연구가 이루어지면서 개선되고 있습니다. 차이를 만드는 기술들에 대해 더 자세히 읽어보시겠습니까?

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