Raw 이미지 포맷

1. 개요

Raw 이미지 포맷은 디지털 카메라의 이미지 센서에서 캡처한 데이터를 저장하는 파일 형식으로, JPEG와 같은 압축된 형식보다 더 많은 이미지 정보를 담고 있어, 이미지 편집에 더 유연하게 활용할 수 있다. 각 카메라 제조사마다 고유한 확장자를 사용하며, 파일에는 센서 데이터, 메타데이터, 썸네일 이미지 등이 포함된다. Raw 파일은 더 높은 화질, 섬세한 제어, 더 많은 정보를 제공하지만, 파일 크기가 크고, 전용 소프트웨어가 필요하다는 단점이 있다. 표준화된 형식이 없어 다양한 소프트웨어 지원이 필요하며, 어도비의 DNG 형식이 표준으로 제안되었지만 널리 사용되지 않고 있다.

2. 확장자

Raw 포맷 파일은 카메라 제조사마다 다른 확장자를 사용한다.

3. 파일 내용

Raw 파일은 카메라 센서 데이터로부터 볼 수 있는 이미지를 생성하는 데 필요한 정보를 담고 있으며, 주로 다음과 같은 구조를 따른다.

* 짧은 파일 헤더: 파일의 바이트 순서 표시자, 파일 식별자, 주요 파일 데이터의 오프셋을 포함한다.
* 카메라 센서 메타데이터: 센서 이미지 데이터를 해석하는 데 필요한 정보로, 센서 크기, CFA 속성, 색상 프로파일 등을 포함한다.
* 이미지 메타데이터: 노출 설정, 카메라/스캐너/렌즈 모델, 촬영/스캔 날짜 및 시간, 작성자 정보 등을 포함한다. 일부 Raw 파일은 Exif 형식의 표준화된 메타데이터 섹션을 포함하기도 한다.
* 이미지 썸네일: 이미지의 썸네일을 포함한다.
* 전체 크기 JPEG 변환본: 대부분 카메라의 LCD 패널에서 파일을 미리 보기 위해 사용되는 이미지의 전체 크기 JPEG 변환본을 포함한다.
* 동영상 필름 스캔의 경우: 스캔된 릴의 프레임 시퀀스를 나타내는 파일 시퀀스의 타임코드, 키코드 또는 프레임 번호가 있어 파일 이름을 사용하지 않고도 프레임 시퀀스로 파일을 정렬할 수 있다.

Phase One의 IIQ, Hasselblad의 3FR, Kodak의 DCR, K25, KDC, 캐논의 CRW, CR2, CR3, 엡손의 ERF, Mamiya의 MEF, Leaf의 MOS, 니콘의 NEF, NRW, 올림푸스의 ORF, 펜탁스의 PEF, 파나소닉의 RW2, 소니의 ARW, SRF, SR2 등 많은 Raw 파일 형식은 Tag Image File Format을 기반으로 한다. 이러한 파일은 비표준 파일 헤더 사용, 추가 이미지 태그 포함, 일부 태그 데이터 암호화 등 여러 방식으로 TIFF 표준에서 벗어날 수 있다.

어도비의 DNG는 TIFF 6.0 형식의 확장이며 TIFF/EP와 호환된다. 또한 Exif 메타데이터, XMP 메타데이터, IPTC 메타데이터, CIE XYZ 좌표, ICC 프로파일 및 JPEG를 포함하여 다양한 오픈 포맷 및/또는 오픈 표준을 사용한다.

3.1. 센서 이미지 데이터

디지털 사진에서 Raw 파일은 사진 필름이 필름 사진에서 수행하는 역할을 한다. Raw 파일은 카메라의 각 이미지 센서 픽셀에서 읽어온 전체 동적 범위(일반적으로 12 또는 14비트) 데이터를 포함한다.

카메라 센서에는 거의 항상 컬러 필터 배열(CFA)이 덮여 있는데, 일반적으로 빨간색, 녹색, 파란색 및 (두 번째) 녹색 필터의 2x2 행렬로 구성된 베이어 필터이다.

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소니 사이버샷 DSC-F828의 RGBE 필터는 베이어 필터의 한 변형인데, 이 필터는 RG 행의 녹색을 "에메랄드" (청록색 또는 시안 색상)으로 바꿨다. Foveon X3 센서와 같은 다른 센서는 각 위치에서 세 개의 픽셀 센서를 사용하여 RGB 형태로 정보를 직접 캡처한다. 이 RGB raw 데이터는 raw RGB 값이 sRGB와 같은 표준 색상 공간이 아닌 센서의 응답에 해당하므로, 이미지 파일을 만들기 위해 여전히 처리해야 한다. 컬러 필터 배열이 없으므로 디모자이킹이 필요하지 않다.

4. 이점

* 더 높은 화질: RAW 포맷은 무손실 압축을 사용하거나 압축을 하지 않기 때문에 이미지가 원본 그대로 유지된다. JPEG는 손실 압축 포맷이다.
* 더 섬세한 제어: RAW 변환 소프트웨어를 사용하면 밝기, 화이트밸런스, 색조, 채도 등 더 많은 변수를 조작할 수 있다.
* 더 많은 정보: 카메라의 RAW 파일은 12비트나 14비트의 명암 정보를 가지고 있어, 감마 압축된 8비트 JPEG보다 그림자, 밝은 부분, 채도가 깊은 색에 더 정확한 데이터를 제공한다.
* 색 공간: 사용자가 원하는 대로 설정할 수 있다.
* 다양한 디모자이킹 알고리즘 사용 가능: 카메라에 내장된 알고리즘뿐만 아니라 다양한 디모자이킹 알고리즘을 사용할 수 있다.
* 비파괴적 편집: RAW 파일에 가해지는 모든 변경은 비파괴적이다. 즉, 서로 다른 출력 버전을 만들기 위해 렌더링을 제어하는 메타데이터만 변경되고 원본 데이터는 변경되지 않는다.
* 더 많은 색상 음영: RAW 파일은 채널당 12 또는 14비트의 강도 정보(4096-16384개 음영)를 갖는 반면, JPEG는 감마 보정을 거친 8비트(256개 음영)를 갖는다.
* 원치 않는 단계 생략: 카메라의 처리 과정에서 원치 않는 단계, 선명하게 하기 및 노이즈 감소 등을 거치지 않는다.
* 넓은 다이나믹 레인지: RAW 이미지는 현상된 필름 또는 인쇄물보다 더 넓은 다이나믹 레인지 또는 색 영역을 가질 수 있다.

5. 단점

RAW 이미지 포맷에는 다음과 같은 단점들이 있다.

* 파일 크기: RAW 파일은 일반적으로 JPEG 파일보다 2~6배 더 커서 메모리 카드에 저장할 수 있는 사진 수가 줄어든다. 또한, 카메라가 RAW 이미지를 카드에 기록하는 시간이 JPEG보다 오래 걸려 연속 촬영에서 얻을 수 있는 사진 수가 상대적으로 적다. 하지만 최신 메모리 카드의 용량이 커지고 가격이 저렴해지면서 이 문제는 어느 정도 완화되었다.
* 표준화 부재: 대부분의 카메라 제조사는 자체적인 RAW 포맷을 사용하며, 표준 RAW 포맷은 별도로 지정되어 있지 않다. 어도비 시스템즈의 디지털 네거티브(DNG) 포맷이 표준으로 인정받는 추세이지만, 아직 대다수의 카메라 회사가 이를 받아들이지 않고 있다.
* 소프트웨어 지원: RAW 포맷은 JPEG나 TIFF와 같은 표준 포맷과 달리 RAW 파일을 처리하기 위한 전문 소프트웨어가 필요하다. 소프트웨어 개발자들은 최신 카메라의 RAW 포맷 지원을 위해 제품을 지속적으로 갱신해야 한다.
* 처리 시간: RAW 형식은 JPEG에 비해 이미지 처리 과정에 추가적인 단계가 필요하다. 최신 사진 편집 소프트웨어를 사용하면 RAW 이미지 처리 시간이 많이 단축되지만, 여전히 카메라에서 바로 출력되는 JPEG를 사용하는 것보다는 시간이 더 걸린다.
* 제조사에 따른 품질 차이: 대부분의 RAW 이미지는 화질 손상을 막기 위해 무손실 압축 또는 가역 압축으로 저장되지만, 일부는 양자화 과정에서 비가역 압축이 이루어지거나, 필터가 적용되기도 한다.

6. 처리

Raw 이미지 파일은 카메라 센서에서 얻은 데이터를 최소한의 정보 손실로 저장하기 위한 형식이다. 디지털 사진에서 Raw 파일은 사진 필름의 역할과 유사하며, 카메라의 각 이미지 센서 픽셀에서 읽어온 전체 동적 범위(일반적으로 12 또는 14비트) 데이터를 포함한다.

카메라 센서에는 거의 항상 컬러 필터 배열(CFA)이 덮여 있으며, 이는 주로 베이어 필터와 같은 빨간색, 녹색, 파란색 필터의 2x2 행렬로 구성된다. 소니 사이버샷 DSC-F828의 RGBE 필터와 같이 베이어 필터의 변형도 존재하며, 이 필터는 RG 행의 녹색을 "에메랄드" (청록색 또는 시안) 색상으로 바꾼다. Foveon X3 센서와 같이 각 위치에서 세 개의 픽셀 센서를 사용하여 RGB 형태로 정보를 직접 캡처하는 센서도 있다.

Raw 이미지 데이터를 보기 위한 이미지로 만들기 위해서는 다음과 같은 처리가 필요하다.

* 디코딩: Raw 파일의 이미지 데이터는 압축 또는 난독화를 위해 인코딩되어 있는 경우가 있다.
* 디모자이킹: 컬러 필터링된 이미지 센서에서 받은 부분적인 원시 데이터를 색상 픽셀의 행렬로 보간한다. 컬러 필터 배열이 없는 경우에는 이 과정이 필요하지 않다.
* 불량 픽셀 제거: 알려진 불량 위치의 데이터를 인접 위치의 보간으로 대체한다.
* 화이트 밸런스: 사진을 찍는 데 사용된 빛의 색온도를 고려한다.
* 노이즈 감소: 작은 변동을 제거하여 디테일과 부드러움을 절충한다.
* 색상 변환: 이미지 센서의 스펙트럼 감도에 의해 정의된 카메라 고유의 색 공간에서 출력 색 공간(일반적으로 JPEG의 경우 sRGB)으로 변환한다.
* 톤 재현: 카메라 센서에 의해 캡처되어 원시 파일에 저장된 장면의 휘도를 저다이나믹 레인지 모니터 또는 인쇄물에서 보기 좋고 정확하게 렌더링한다. 톤 재현 렌더링에는 종종 별도의 톤 매핑 및 감마 압축 단계가 포함된다.
* 압축: 예를 들어 JPEG 압축을 사용한다.

디모자이킹은 CFA 센서에 대해서만 수행되며, 3CCD 또는 Foveon X3 센서에는 필요하지 않다.

이 외에도 이미지 품질 향상을 위해 다음과 같은 추가 처리가 수행될 수 있다.

* 체계적인 노이즈 제거 - 바이어스 프레임 빼기 및 균일 보정
* 암흑 프레임 빼기
* 광학 보정 - 렌즈 왜곡, 비네팅, 색수차 및 색상 테두리 보정
* 명암비 조작
* 언샵 마스킹을 통한 시력 향상
* 다이나믹 레인지 압축 - 하이라이트 영역을 날리지 않고 그림자 영역을 밝게 한다.

카메라가 Raw 파일을 저장할 때 이러한 처리의 대부분은 연기된다. 일반적으로 수행되는 유일한 처리는 불량 픽셀 제거이다. (DNG 사양은 파일을 만들기 전에 불량 픽셀을 제거하도록 요구한다.)

7. 표준화

단일 Raw 형식은 존재하지 않으며, 다양한 제조사가 자체적인 독점 형식을 사용한다. 이러한 상황은 업계 전반에 걸쳐 일관성이 부족하여, 구형 Raw 형식이 새로운 소프트웨어에서 지원되지 않아 사진에 접근할 수 없게 될 수 있다는 우려를 낳았다. 어도비 시스템즈의 디지털 네거티브(DNG) 포맷이 표준으로 제안되었지만, 아직 대다수의 카메라 회사가 이를 채택하지 않고 있다.

dcraw와 같은 고품질 오픈 소스 소프트웨어의 가용성은 이러한 우려를 완화하는 데 도움이 되었다. DNG는 TIFF/EP와 호환되는 ISO 표준 원시 이미지 형식 ISO 12234-2를 기반으로 하며, ISO에서 해당 표준을 개정하는 데 사용하고 있다. Leica, Samsung, Ricoh, Pentax, Hasselblad 등 15개 이상의 회사와 영화 카메라 전문 회사들이 DNG를 사용한다.

다음은 원시 이미지 형식의 예시이다.

8. 소프트웨어 지원

일반적으로 RAW 파일을 지원하는 카메라에는 RAW 이미지 데이터를 표준 RGB 이미지로 변환하기 위한 독점 소프트웨어가 함께 제공된다. 애플은 2005년 1월에 아이포토 5를 출시하여 여러 RAW 파일 형식을 보고 편집할 수 있는 기본 지원 기능을 제공했다. 2005년 4월, 애플의 Mac OS X 10.4는 운영 체제의 ImageIO 프레임워크에 RAW 지원 기능을 도입하여 미리보기 및 애퍼처 등 ImageIO 프레임워크를 사용하는 모든 응용 프로그램에서 RAW 지원이 자동 활성화되었다. macOS는 반기별 업데이트를 통해 새로운 RAW 형식을 지원한다.

2016년, 애플은 iOS 10이 특정 하드웨어에서 RAW 이미지 캡처를 허용하고, 타사 응용 프로그램이 운영 체제의 Core Image 프레임워크를 통해 RAW 이미지를 편집할 수 있다고 발표했다. 2020년, 애플은 아이폰 12 프로와 아이폰 12 프로 맥스를 출시하여 애플 ProRAW(iOS 16.0.3 기준) 출력 및 보기를 지원하며, 이후 Pro 및 Pro Max 모델도 ProRAW 출력을 제공한다. 안드로이드 롤리팝 5.0은 2014년 말에 도입되어 스마트폰이 저조도 환경에서 유용한 10비트 및 16비트 RAW 이미지를 촬영할 수 있도록 지원한다. 12비트 RAW는 API 레벨 23(안드로이드 6.0)에 도입되었다.

다양한 무료 및 오픈 소스 소프트웨어와 상용 소프트웨어가 RAW 파일을 처리할 수 있다.

* 다크테이블은 리눅스, macOS, 마이크로소프트 윈도우 및 기타 오픈 유닉스 계열 운영 체제를 위한 RAW 워크플로우 도구이다. 네이티브 32비트 부동 소수점 처리와 플러그인 아키텍처를 특징으로 한다.
* dcraw는 대부분의 RAW 형식을 읽는 프로그램이며, 유닉스와 같이 대부분의 상용 소프트웨어에서 지원하지 않는 운영 체제에서도 실행할 수 있다. LibRaw는 dcraw를 기반으로 한 API 라이브러리이며, RAW 파일을 읽고 변환하기 위한 더 편리한 인터페이스를 제공한다.
* digiKam은 RAW 처리를 지원하는 리눅스, 마이크로소프트 윈도우 및 Mac OS X용 고급 디지털 사진 관리 애플리케이션이다.
* ExifTool은 RAW 이미지 파일의 메타데이터를 읽고, 쓰고, 편집하는 것을 지원한다.
* ImageMagick은 이미지 조작 및 변환을 위한 소프트웨어 스위트이며, 다양한 RAW 파일 형식을 읽는다.
* RawTherapee는 리눅스, OS X 및 마이크로소프트 윈도우 운영 체제를 지원하는 RAW 개발자이다. 네이티브 32비트 부동 소수점 파이프라인을 특징으로 한다.
* Shotwell은 RAW 이미지를 보고 편집할 수 있는 기능을 갖춘 모든 주요 운영 체제에서 사용할 수 있는 이미지 정리 프로그램이다.
* UFRaw는 dcraw를 백 엔드로 사용하는 프런트 엔드이다. GIMP 플러그인으로 사용할 수 있으며 대부분의 운영 체제에서 사용할 수 있다.

다음은 RAW 파일을 처리하기 위해 출시된 주요 RAW 프로세싱 소프트웨어 제품이다.

* 어도비 카메라 로우(Adobe Camera Raw) – 다양한 어도비 제품에서 내부적으로 사용되며, 어도비 라이트룸(Adobe Lightroom)의 RAW 엔진으로 사용된다.
* 어도비 포토샵 라이트룸(Adobe Photoshop Lightroom)
* 캡쳐 원(Capture One)
* DxO 포토랩(DxO PhotoLab) (구 DxO 옵틱스 프로(DxO Optics Pro))
* 실키픽스 디벨로퍼 스튜디오(Silkypix Developer Studio)
* RAW 파워(Raw Power) - macOS RAW 프로세싱 응용 프로그램 및 사진 확장 프로그램.