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라힐 [953688] · MS 2020 (수정됨) · 쪽지

2021-06-30 07:18:45
조회수 5,238

OIS지문의 이해 및 관련 잡학지식 (2021학년도 6월 모의고사)

게시글 주소: https://iu.orbi.kr/00038285399



들어가기에 앞서

이미 기출된 비문학 지문중에서

과학이나 기술 또는 예술쪽 영역에서 학생들이 그냥 지나칠법한

이해하지 못하고 넘어갈만한 소재 위주로 배경지식을 쌓기위해 쓰는 글로써

심심할때 읽기 좋은 글을 쓰고자 한다



2020년 시행 2021 6월 모의고사 국어


아무도 안 궁금하겠지만

OIS 와 DIS 의 기술적인 이해를 해보고자 함

거기에 다른 알고있으면 재밌는 내용까지...


OIS (Optical Image Stabilization) 광학식 상 안정화 기술

DIS (Digital Image Stabilization) 전자식 상 안정화 기술



기술 설명에 앞서 대충 카메라가 어떤 방식인지부터 알고 넘어가자

렌즈를 통해 들어온 상이 이미지 센서에 맺히면 그걸 전기 신호로 변환해서 파일로 저장한다



이 지문내용이 전반적으로 그냥 스마트폰 카메라에 들어가는 기술들뿐이다.

따라서 다룰 내용은 전부 스마트폰에서나 하는 얘기이다

실제 우리가 생각하는 카메라 DSLR따위에 들어가는 광학식 상 안정화 기술은 훨씬 복잡하다

이해해서 설명하는것보다 그냥 각자 찾아보는게 나을거 같아서 걍 제외했다.

게다가 이 지문은 사진도 아니고 영상에 무게를 두고 설명하고 있다.

일반적인 카메라에서의 OIS 작동은 아래 링크 참조

나무위키 : 광학식 영상 안정화 기술



우린 OIS의 작동원리나 알아보자...


OIS는 대부분의 요즘 폰이라면 달려있다.

손떨방이라는 단어가 더 익숙할지도 모르겠다



기본 원리는 간단하다

폰이 움직이면

그 반대 방향으로 이미지센서랑 렌즈를 움직여서

폰이 움직이기 전에 맺히던 상을 유지하는것이다

대충 머리는 가만히 있는데 몸만 움직이는 거랑 비슷하다 볼수 있겠다.


이를 지문에서는

'이때 OIS 기술이 작동되면 자이로 센서가 카메라의 움직임을 감지하여 방향과 속도를 제어장치에 전달한다.

제어 장치가 렌즈를 이동시키면 피사체의 상이 유지되면서 영상이 안정된다.'

고 써있다


자이로 센서가 폰이 위로 흔들리는지 아래로 흔들리는지를 체크해서

렌즈랑 이미지센서를 폰이 흔들리는 방향 반대로 움직이게 하면서

결과적으로는 같은 화면을 찍는다는 얘기다

굳이 어렵게 꼬아서 써뒀다

백문이 불여일견이라..

이건 영상을 보는게 빠를거같다




이 영상을 보면 알 수 있듯이

폰의 흔들림과 반대 방향으로 동그란 렌즈가 움직이는걸 볼수 있다

이러한 방식을 광학적 영상 안정화 OIS라고 부른다


비슷한 손떨림 방지로는 짐벌이나 스테디캠, 스태빌라이저 따위가 있다


짐벌

스테디 캠


얘네도 이론적으로는 OIS랑 작동 원리가 같다

사람의 손의 흔들림에 반대 방향으로 움직이면서

항상 같은 상을 찍는것이다


스마트폰 - 사람의 손

렌즈와 이미지 센서 - 스테디캠 장비 랑 대응된다고 볼 수 있다


이건 여담인데 자연에서도 유명한 영상 안정화 장치가 있어서 들고와봤다



정말 놀랍게도 닭의 머리는 스테디캠, 스테빌라이저, 짐벌, OIS와 완벽히 똑같이 작용한다

(눈알을 굴릴수가 없어서 머리를 항상 같은 위치에 고정한다는 충격적인 진화 방식에 의해...)


여기까지 전부 영상을 찍는 장치가 직접 움직이면서 상을 고정시키는 방법이었다.




이제부턴 DIS에 대해 알아보자.

디지털 영상 안정화

요즘엔 전자식이라는 말을 써서 EIS라고 하는거같다



간단히 설명하면 일단 찍고 그 다음에 흔들리는 부분을 조절하는것이다

지문에는 여러가지 용어를 제시하면서 말을 더 어렵게 써있는데

쉽게 말하면 같은 물체가 항상 같은 위치에 있는것처럼 영상을 조절하는것이다


(참고로 LG 스마트폰에서 영상 촬영시 제공하는 짐벌 기능과 같고,

이번 M1 아이맥에서 새로 추가된 페이스타임 얼굴 따라가는 기능과 같은 방식이다.

OIS가 없던 예전 스마트폰에서 DIS를 지원하기도 하였다)


지문에서는

'먼저 k번째 프레임에서 특징점들을 찾고, 다음 k+1번째 프레임에서 같은 특징점들을 찾는다.

이 두 프레임 사이에서 같은 특징점이 얼마나 이동하였는지를 계산하여 영상의 움직임을 추정한다.

그리고 흔들림이 발생한 곳으로 추정되는 프레임에서 위치 차이만큼 보정하여 흔들림의 영향을 줄이면

보정된 동영상은 움직임이 부드러워진다.

고 쓰여있다.


일단 특징점 어쩌구 하는데

대충 우리기준에서 빌딩 모서리 따위에 눈에 띄는점 정도로 인식하면 된다

소프트웨어가 판단하기에 대충 눈에 띄는점을 잡겠다는거다.

눈에 띄려면 밝기가 뚜렷하게 구분되는 점 따위게 있겠다.


기본적인 원리는 다음과 같다.

흔들리는 순간을 찾아서

그 바로 앞 순간의 영상과 비교해서 흔들리는 정도를 계산하고

그만큼 흔들림을 보정해서 앞 순간의 영상과 뒷 순간의 영상이 이어지게 만든다면

마치 흔들림이 없는것처럼 보일것이다.


앞 순간이랑 비교할 점들이 많아지면 계산이 오래걸리는건 당연,

비교의 대상이 되는 점이 많아질수록 정확해지는것도 당연


 

보기 문제에 주어진 그림이다

이에 DIS 기술을 적용한다면

ㄴ그림을 시계방향으로 살짝 회전해 ㄱ그림처럼 만들면

ㄱ과 ㄴ을 연결한 영상은 전혀 흔들리지 않은것처럼 보일것이다


보기문제 오답 선지도 잠깐 보면



그냥 말이 안 된다

ㄱ 과 ㄴ의 차이를 알아내서 ㄴ을 ㄱ과 이어지게 붙히는게 목적인데

ㄱ과 ㄱ안에서 비교해봐야 무슨 의미가 있겠는가...



그리고 DIS의 다른 특징은 이미 촬영된 영상본을 가지고 이리저리 잘라 붙히는거라

원래 해상도에 비해 떨어질수밖에 없다

이는 어떤식으로 받아들이면 되냐면


사진을 찍고나서 옆으로 돌아간 사진은 회전을 해서 수평을 맞추곤 하지 않는가?

그러다보면 원래 사진 크기에 비해서 작은 부분만 남는다

잘려나간 부분이 생긴다는것이다

DIS는 영상을 수십 수백 수천장으로 쪼개서 그 작업을 반복하는거랑 마찬가지다.

그러므로 원래 영상보다는 해상도가 떨어진다.


대충 이런식으로 프레임 프레임을 보정



여기까지가 스마트폰 영상 촬영시에 쓰이는 OIS와 DIS기술에 대한 간단한 설명이다.




또한 비문학지문에서 드론 관련 지문이나 비행기 관련 지문, 배 관련 지문 등

무언가 흔들림, 움직임하면 진짜 시도때도없이 등장하는 센서가 있는데

바로 자이로 센서이다.

이 지문에서도 초반부터 자이로 센서에 대한 얘기가 나온다

쉽게 설명하면 앞뒤 양옆 위아래 6방향의 움직임 혹은 사방팔방으로의 움직임을 감지하는 센서이다.


자이로스코프 - 위키백과(wikipedia.org)


읽다가 포기했다

너무 복잡하디 어렵다

대충 원래 회전하던 관성을 유지하는걸 이용해서 현재 물체의 기울어진정도 따위를 파악하는 센서인데

어차피 이게 주된 소재로 나올거 같진 않고 그냥 이런 센서가 자주 나오는구나 하고 넘어가자.



또한 중간에 보이스코일 모터에 대한 얘기가 지나가듯이 언급되는데

물리를 모르는 사람에게 설명하자면 흔들림 반대로 힘이 생겨 흔들림 상쇄

물리를 아는 사람에게 설명하자면 전류에 의한 자기장 이용해서 흔들림에 반하는 방향으로 자기장을 생성해서

흔들림을 상쇄하는 역할이다.

이름이 보이스 코일 모터인 이유는 말 그대로 스피커나 마이크에서 이렇게 생긴 모터가 사용되기 때문이다

이것도 그냥 이런게 있구나 하고 지나가자


voice coil motor




앞에서 잠시 소개한 카메라의 원리에 대해 가볍게 짚고 넘어가겠다.

가장 보편적으로 쓰이는 디지털카메라기준으로 설명하겠다.

카메라를 아주 크게보면 렌즈, 이미지센서, 처리장치 정도로 나누어진다

렌즈는 다들 알다시피 외부의 물체, 외부의 상을 내부 이미지 센서에 맺히게 한다.

이미지 센서는 CCD 따위를 이용해 빛 신호를 전기신호로 변환한다.


CCD(Charged-Couple Device) 는 광 다이오드가 모여서 만들어졌는데

광 다이오드는 빛을 받으면 전기를 만들어내는 작은 반도체이다

많은 양의 광 다이오드들이 들어오는 빛의 세기에 따라 다른 크기의 전류를 만들어내고

이 전류 신호를 모아서 이미지를 만들어내는 방식이다.

참고로 CCD는 색을 구분하는 기능이 없어서 CCD위쪽에 색 필터를 씌워 색에 대한 정보를 받는다

자세한건 CCD를 검색해서 알아보길 바란다. 광 다이오드도 찾아서 보길 바란다.


전하결합소자 - 위키백과(wikipedia.org)


광다이오드 - 위키백과(wikipedia.org)






아 원래는 좀 어려운 개념이나 이해하기 힘든거 설명해주는 칼럼글같은거 적고싶었는데

지금 쓰고보니까 걍 배경지식 쌓는 글인거같네...

애초에 기술의 어려움이라기보단 실생활에서 와닿는 기술이 아닌지라... 이해가 어려운게 아닌건 알고 있었지만

걍 내가 아는거 막 때려 적는중 ㅋㅋㅋㅋㅋ

다음엔 2021학년도 수능 3D 애니메이션 적으려고 했는데... 걔도 아마 이런 잡 지식 위주가 될거같다.... ㅜㅜ




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라힐 [953688]

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  • 라힐 · 953688 · 21/06/30 07:23 · MS 2020

    말이 기출이지 걍 배경지식 쌓는 글이 되어버림 ㅋㅋㅋㅋㅋ
    기출 분석은 저보다 잘하시는 분들이 이미 많이 해두었으니
    배경지식이라도 쌓아봅시다...

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