롤링 셔터

3. 롤링 셔터 왜곡 효과

롤링 셔터는 다음과 같은 다양한 왜곡 효과를 일으킬 수 있다.^[13][5]

• '''흔들림 (젤로 효과)''' : 카메라가 진동할 때 발생하며, 이미지가 부자연스럽게 흔들린다.
• '''왜곡''' : 카메라나 피사체가 빠르게 움직일 때 이미지가 비스듬하게 구부러진다.
• '''공간 앨리어싱''' : 빠르게 회전하는 프로펠러 촬영 시 발생하는 것처럼, 수직으로 인접한 픽셀이 나이퀴스트-섀넌 샘플링 정리를 위배하여 샘플링되면서 발생한다.
• '''시간적 앨리어싱 (부분 노출)''' : 플래시가 노출 시간의 일부만 켜질 때처럼, 급격한 빛의 변화나 빠른 움직임으로 인해 발생한다. 형광등, 스트로보 효과, 낙뢰 등에서 나타난다.

3. 1. 워블 (Wobble)

3. 2. 스큐 (Skew)

3. 3. 공간 앨리어싱 (Spatial aliasing)

3. 4. 시간 앨리어싱 (Temporal aliasing)

• '''워블'''(Wobble): "젤로 효과"(jello effect)라고도 불리는 이 현상은 카메라가 흔들릴 때 발생한다. 예를 들어 카메라를 손으로 잡고 원거리를 촬영하거나 움직이는 차량에서 촬영할 때 나타난다. 롤링 셔터는 이미지를 부자연스럽게 흔들리게 만든다.
• '''스큐'''(Skew): 카메라나 물체가 한 쪽에서 다른 쪽으로 이동하면 이미지가 대각선으로 한 방향이나 다른 방향으로 굽는다. 이는 이미지의 다른 부분들이 서로 다른 시간에 노출되기 때문이다. 스큐는 위에 설명된 워블 현상의 가벼운 형태이다.
• '''공간 에일리어싱'''(Spatial aliasing): 카메라나 물체의 움직임이 너무 빠르면, 수평으로 인접한 픽셀이 양자화 이론을 위반하여 양자화된다. 빠르게 회전하는 프로펠러를 촬영하는 것이 한 예이다. 프로펠러의 회전 속도가 카메라가 프레임을 읽는 속도와 동일하거나 거의 비슷하면 각 날개가 번져 보이는 현상이 발생한다. 시계 방향으로 회전하는 팬을 정면에서 보면, 왼쪽 날개는 평소보다 가늘어 보이고, 오른쪽 날개는 더 두꺼워 보이며, 심지어 중앙에 연결되지 않은 것처럼 보일 수도 있다.
• '''시간 에일리어싱'''(Temporal aliasing): 부분 노출(partial exposure)을 포함하는 개념이다. 카메라 플래시가 노출 시간의 일부 동안에만 작동하면, 플래시의 빛은 주어진 프레임의 일부 픽셀 행에만 존재할 수 있다. 예를 들어 사진의 상단 1/3은 플래시에 의해 밝게 빛나지만, 사진의 하단 2/3은 어둡고 빛이 없는데, 이는 CMOS의 해당 부분이 시퀀스 처리되는 시점에 플래시가 꺼졌기 때문이다. 프레임에서 명확히 구분되는 두 부분의 차이는 부자연스러워 보일 수 있다. 비슷한 문제는 형광등, 스트로브 효과, 번개, 또는 매우 빠른 움직임이나 매우 빠른 빛의 섬광이 CMOS 칩이 프레임을 순차적으로 기록하는 시간 중에 나타날 때 발생할 수 있다.^[5]

4. 롤링 셔터의 수정 및 보정

롤링 셔터 왜곡이 있는 이미지나 비디오는 롤링 셔터 교정 또는 보상 알고리즘을 통해 개선할 수 있다.^[5] 이는 활발한 연구 분야이다.^[5] 이 효과는 특정 스마트 카드 리더에서 비밀 키를 얻는 데 사용될 수 있다.^[6][7]

4. 1. 롤링 셔터 보정 알고리즘

5. 롤링 셔터의 응용

롤링 셔터 효과는 특정 스마트 카드 리더에서 비밀 키를 획득하는 데 사용될 수 있다는 연구 결과가 있다.^[6][7]

6. 롤링 셔터와 관련된 문제점

롤링 셔터는 카메라나 피사체가 빠르게 움직이거나, 빛이 급격하게 변할 때 여러 문제를 일으킬 수 있다.^[13] 이러한 문제는 영상의 품질을 저하시키는 주요 원인이 된다.

• 워블(Wobble): '젤로 효과'라고도 불리는 이 현상은 카메라가 흔들릴 때 발생한다. 예를 들어, 손으로 들고 원거리를 촬영하거나 움직이는 차량에서 촬영할 때 이미지가 부자연스럽게 흔들리는 현상이 나타난다.
• 스큐(Skew): 카메라나 피사체가 한쪽에서 다른 쪽으로 빠르게 이동할 때 이미지가 대각선으로 휘어지는 현상이다. 이는 이미지의 각 부분이 서로 다른 시간에 노출되기 때문에 발생한다.
• 공간 에일리어싱(Spatial aliasing): 카메라나 피사체의 움직임이 너무 빠르면, 수평으로 인접한 픽셀들이 샘플링 이론을 위반하여 샘플링된다. 빠르게 회전하는 프로펠러를 촬영할 때 이러한 현상이 잘 나타나는데, 프로펠러 날개가 번져 보이거나, 실제보다 가늘거나 두껍게 보일 수 있다.
• 템포럴 에일리어싱(Temporal aliasing): 부분 노출을 포함하는 개념으로, 카메라 플래시가 노출 시간의 일부 동안만 켜질 때 발생한다. 예를 들어, 사진의 일부분만 플래시의 영향을 받아 밝게 나오고, 나머지는 어둡게 나올 수 있다. 형광등, 스트로브 효과, 번개 등과 같이 매우 빠른 움직임이나 빛의 변화가 있을 때도 유사한 문제가 발생할 수 있다.

6. 1. 시각 효과 촬영의 어려움

7. 롤링 셔터 현상과 한국 사회

한국 사회에서 롤링 셔터 현상은 특히 영상 촬영 및 보도 분야에서 중요한 문제로 인식되고 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Electronic shuttering: Rolling vs Global shutter http://www.motionvid[...] Motionvideoproducts 2011-12-22
_[2] 웹사이트 Shutter Operations for CCD and CMOS Image Sensors http://www.kodak.com[...] Kodak
_[3] 웹사이트 TrueSNAP Shutter Freezes Fast-Moving Objects http://ericfossum.co[...] Eric Fossum 2013-11-13
_[4] 웹사이트 To CCD or to CMOS, That is the Question | B&H Photo Video Pro Audio http://www.bhphotovi[...] Bhphotovideo.com 2010-08-21
_[5] 웹사이트 Rolling Shutter Tutorial http://www.cvl.isy.l[...] Linkoping University 2017-12-26
_[6] 웹사이트 Video-Based Cryptanalysis https://www.nassiben[...] 2023-08-13
_[7] Youtube Power LED Attack - Computerphile https://www.youtube.[...] 2023-08-13
_[8] 사전 デジタル大辞泉
_[9] 웹인용 Electronic shuttering: Rolling vs Global shutter http://www.motionvid[...] Motionvideoproducts 2011-12-22
_[10] 웹사이트 Shutter Operations for CCD and CMOS Image Sensors http://www.kodak.com[...] Kodak 2016-03-04
_[11] 웹인용 TrueSNAP Shutter Freezes Fast-Moving Objects http://ericfossum.co[...] Eric Fossum 2013-11-13
_[12] 웹인용 To CCD or to CMOS, That is the Question | B&H Photo Video Pro Audio http://www.bhphotovi[...] Bhphotovideo.com 2010-08-21
_[13] 웹인용 Rolling Shutter Tutorial http://www.cvl.isy.l[...] Linkoping University 2017-12-26