롤링 셔터 현상이란 카메라로 고속으로 움직이는 피사체를 촬영할 때 피사체가 왜곡되어 촬영되어 버리는 것을 말합니다. 롤링 셔터 왜곡이라고도 합니다. 예를 들어 역의 홈에서 고속으로 통과하는 전철을 촬영했다고 합시다. 그러면 촬영된 이미지는 아래의 롤링 셔터의 이미지와 같이 대각선으로 왜곡이 발생할 수 있습니다. 그것이 롤링 셔터 현상(왜곡)이라고 불리는 현상이 됩니다.
이 현상은 수평 방향으로 이동하는 물체라면 비스듬히 왜곡된 모양이 되지만, 수직 방향으로 이동하는 경우는 물체가 늘어나는 모양이 됩니다. 또한 선풍기나 프로펠러 등 고속으로 회전하는 물체에서도 이 현상이 발생합니다. 그렇다면 왜 이런 현상이 발생하는가? 원인을 확인해 봅시다.
롤링 셔터 현상(왜곡)의 원인
우선 롤링 셔터 현상(왜곡)의 원인은 CMOS 이미지 센서의 동작 방식에 의해 발생하고 있습니다. 이미지 센서의 작동 방식에는 롤링 셔터 방식과 글로벌 셔터 방식이라는 두 가지 방식이 있습니다. 글로벌 셔터 방식이란 이미지 센서의 픽셀 어레이 전체에서 동시 셔터를 끊을 수 있는 방식입니다. 한편, 롤링 셔터란 화소 어레이의 상부로부터 행마다 차례로 셔터가 끊어지는 방식입니다. 그래서 롤링 셔터 방식에서는 화소 어레이 상부와 하부에서는 셔터 타이밍이 다르다는 것입니다.
그럼 왜 롤링 셔터라면 왜곡이 발생하는가. 그것은 화면 상단과 하단에서 셔터 타이밍이 다르다는 것이 큰 원인입니다. 화면 왼쪽에서 오른쪽으로 고속으로 움직이는 물체를 촬영하면 화면 상단이 화면 왼쪽에서 셔터가 꺼집니다. 반대로 화면 하단에서는 화면 오른쪽에서 셔터가 끊어지기 때문에 왜곡이 발생합니다. 그림에서 확인한 것과 같은 상태가 되어 있습니다. 이와 같이 롤링 셔터 현상에서는, 수평으로 이동하는 물체는 비스듬히 왜곡되어 촬영되어 버리기 때문입니다.
롤링 셔터 현상 해결 방법
그러면 롤링 셔터 현상의 해결책을 생각해 갑니다. 해결책으로는 세 가지가 있습니다.
첫 번째는 메카 셔터가 장착된 카메라를 사용하는 것입니다. 이 현상은 CMOS 이미지 센서의 전자 셔터를 사용하여 촬영하여 발생하는 현상 때문에 메카 셔터를 사용하면 원래 롤링 셔터 현상은 발생하지 않습니다. 단, 동영상 촬영의 경우에는 사용할 수 없습니다.
나머지 2개는 이미지 센서의 진화에 의한 해결책이 됩니다.
두 번째는 롤링 셔터의 CMOS 이미지 센서에서 초고속 판독을 실현하게 됩니다. 화소 어레이 상부와 하부에서 셔터 타이밍이 어긋나는 것으로 발생하는 현상입니다만, 이 어긋남이 영향 없어질 정도로 충분히 빨리 판독을 실시하는 것으로 왜곡을 한없이 현상시킬 수 있습니다.
이미 세상에 그러한 센서는 나오고 있어, Sony등이 실현되고 있습니다.
마지막은 글로벌 셔터 이미지 센서를 사용하는 것입니다. 이미지 센서에는 CCD 이미지 센서와 CMOS 이미지 센서가 존재하지만 CCD 이미지 센서는 글로벌 셔터이므로 롤링 셔터 현상은 발생하지 않습니다. CMOS 이미지 센서는 기본적으로 롤링 셔터의 구조가 이용되고 있었습니다만, 각사 개발이 진행됨에 따라 글로벌 셔터의 이미지 센서도 나오고 있습니다.
메카 셔터를 사용할 수 없는, 스마트폰의 카메라나 차재용 카메라의 경우는 글로벌 셔터 이미지 센서가 사용되게 될지도 모르겠네요. 특히 자동 운전용 카메라로 롤링 셔터 현상이 문제가 되면 사고로 이어질 수 있으므로 각사 대응해 온다고 생각합니다.
정리
그럼, 롤링 셔터 현상에 대해 알아보자.
Q.롤링 셔터 현상(왜곡)이란?
A. 디지털 카메라 등으로 고속 피사체를 촬영한 경우에 피사체가 왜곡되어 촬영되는 현상입니다.
Q.롤링 셔터 현상(왜곡)의 원인은?
A. 롤링 셔터 방식에서는, 화소 어레이 상부와 하부에서 판독 타이밍이 다르기 때문에.
Q.롤링 셔터 현상(왜곡)의 해결 방법은?
A. 기계 셔터를 사용한다.
이미지 센서의 판독 속도를 높입니다.
글로벌 셔터의 이미지 센서를 사용한다.
3가지가 됩니다.
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