Black Level Compensation 이란?

black level 보정 전(좌)/후(우)

어두운 곳의 촛불을 찍었을때 black의 표현이 위의 사진의 왼쪽과 같은 사진을 선호하는지 오른쪽과 같은 사진을 선호하는지 각자의 취향이라고 할수 있겠습니다. 하지만 단순하게 픽셀이 표현할 수 있는 데이터의 범위를 기준으로 보게 된다면 상황이 달라집니다. RGB digital 값으로 본다면 최소 0부터 최대 255까지 표현할 수 있습니다. 어두운 곳에서 사진을 찍었는데 black이 위의 왼쪽 사진처럼 표현 된다면 과연 최소 값이 0일까요? 아니죠 10이 될수도 있고 20이 될수도 있고 하여간 0보다는 높은 값이 틀림 없어 보입니다. 사진을 찍는데는 문제가 없겠지만 항상 저렇다면 화질에 만족 할 수 있을지 생각해 봐야 할것 입니다. 내사진은 왜 이렇게 답답한 느낌이고 표현이 풍부하지 못한지 불만이 생길거라 생각됩니다.

만약 위의 왼쪽 사진과 같은 상황일때 black의 digital 값이 20이라고 가정해 보겠습니다. 그럼 왼쪽 사진의 제일 어두운 부분은 digital 값이 20 이고 가장 밝은 촛불은 255로 표현 될것입니다. 그러면 20~255가 다이나믹 레인지가 됩니다. 0부터 19까지의 data 값은 사용하고 못하고 있는 겁니다. 그럼 이 문제를 어떻게 해결 할 수 있을까요? 아주 간단한 방법으로 해결 할 수 있고 이미 모든 image sensor에 적용되고 있습니다.

image sensor 구조

이미지 센서의 구조를 보면 dark columms, dark rows라고 표현된 부분이 바로 Black이 Black으로 표현 될 수 있도록 하는 핵심입니다. Optical Black Pixel Array라고도 불립니다. 이것도 모두 pixel입니다만 하나 다른것은 빛을 받아들이지 못하는 pixel입니다. 어떻게 빛을 못받아 들이도록 했는가 하면 픽셀위에 금속막 뚜껑을 덮어서 빛이 들어가지 못하도록 했습니다. 그러면 이렇게한 optical black Pixel들을 어떻게 쓰는 걸까요?

그냥 사진찍을 때마다(매 프레임마다) optical black pixel의 값을 읽어냅니다. 그렇게 읽혀진 값들이 의미하는 것은 빛에 의해 생성된 값들이 아닌 기저 노이즈라는 의미입니다. 모든 pixel 들의 밑바닥에 깔려 있는 노이즈를 의미하게 되니 실제 빛을 받아 들여서 값을 내주고 있는 pixel들에도 밑바닥에는 optical black pixel의 값만큼 노이즈가 포함되어 있다는 뜻입니다. 그래서 실제로 active pixel(사진을 표현하는 pixel들)data를 출력해줄때 optical black pixel의 값을 빼고 출력해줍니다. 그렇게 해야 빛에 의해 반응하여 생성된 값만 출력 되겠죠.

위에서 가정했던 왼쪽 사진이 20~255 사이의 값들로 표현되고 있다면 optical black pixel 값을 빼주고 출력된 값으로 이루어진 사진인 오른쪽 사진은 0~255 사이의 값들을 가지고 있는 겁니다. 왼쪽보다는 다이나믹 레인지가 넓어 보이지 않나요? 이렇게 black을 black으로 기준 설정해 주는것을 Black Level Compensation이라고 합니다.