자동 화이트 밸런스(AWB)를 위한 분광 센서로 색 일관성 향상

오늘날 스마트폰 카메라는 특정 장면에서 색상 때문에 오인될 수 있습니다. OSRAM의 멀티채널 컬러 센서는 모든 촬영에서 완벽한 색감을 보장합니다.

AWB(자동 화이트 밸런스)는 스마트폰 카메라에서 색 일관성을 유지하기 위해 사용되는 필수 기술 중 하나입니다. 즉, 스마트폰 화면에 보이는 이미지가 실제 장면의 모습과 일치해야 합니다.  이제 스마트폰 제조업체들은 분광 센싱 기술을 통해 특정 까다로운 장면에서 발생하는 자동 화이트 밸런스 문제를 해결할 수 있다는 사실을 발견하고 있습니다.

스마트폰 사용자에게 색 일관성이 중요한 이유

애플이 iPhone®을 출시한 2007년이 되어서야 소비자들이 디지털 카메라를 항상 휴대하는 것이 일반화되었습니다.  카메라는 빠르게 스마트폰의 '킬러 앱'이 되었습니다. 이후 인스타그램, 틱톡과 같은 이미지 기반 앱들이 등장했고, 사진적 관점에서 그 이후의 이야기는 모두가 아는 바와 같습니다.

오늘날 스마트폰에 탑재된 프로세서의 놀라운 알고리즘 성능으로 향상된 카메라는 실내외 다양한 장면에서 전문가 수준의 사진을 촬영할 수 있습니다. 하지만 카메라의 선명한 해상도와 높은 색 감도는 오히려 카메라 작동상의 결함을 더욱 두드러지게 만듭니다.  스마트폰 사용자들에게 점점 더 분명하게 드러나는 이러한 결함 중 하나는 특정 유형의 장면에서 색 일관성을 유지하지 못하는 것입니다.

화이트 포인트 레퍼런스가 잘못되었을 때

스마트폰 사용자들은 특히 인물 사진의 색상 왜곡에 민감합니다. 피부톤이나 옷 색깔의 불일치가 쉽게 드러나기 때문입니다.

일반적으로 사용자는 '실제와 같은' 색상을 원합니다. 즉, 고품질 디스플레이에서 이미지 속 사물들이 사람의 눈에 자연스럽게 보여야 합니다. 하지만 특정 조명 조건에서는 색상이 왜곡되어 부자연스럽게 보입니다.  예를 들어, 해질녘에는 흰색이 부자연스럽게 황금빛이 됩니다. 일반적인 사무실 LED 조명에서는 같은 색상이 평소보다 더 파랗게 보입니다.

그래서 스마트폰 카메라에 자동 화이트 밸런스(AWB)라는 색 보정 기능을 적용합니다. 이 기능은 일반적인 자연광(즉, 주광)에서처럼 장면의 평균 색상을 중립적으로 보이게 하기 위한 것입니다. AWB를 수행하기 위해 카메라는 레퍼런스 화이트 포인트를 설정해야 하는데, 일반적으로 장면에서 흰색 물체를 찾거나 '그레이 월드 알고리즘'과 같은 기술을 사용하여 설정합니다. 최근에는 머신 러닝 기반 기술이 AWB에 활용되기 시작했습니다.

스마트폰 카메라(왼쪽 이미지)가 단색 배경에 의해 색상이 왜곡된 전형적인 사례입니다. 오른쪽 이미지는 분광 센서를 이용한 자동 화이트 밸런스 기능이 있는 카메라로 촬영한 것으로, 꽃의 자연스러운 모습에서 알 수 있듯이 올바른 색 균형을 보여줍니다.

하지만 카메라가 컬러 캐스트를 추정하는 이러한 기술은 특정 유형의 장면에서 왜곡될 수 있으며, AWB 기능이 잘못된 색 보정을 적용하여 부자연스럽게 보이는 색상을 만들어낼 수 있습니다. 이러한 현상은 특히 단색의 파란색, 갈색, 보라색 또는 분홍색 배경에서 촬영한 장면에서 두드러지게 나타납니다.

고유한 광원 특성 감지

ams OSRAM의 첨단 분광 센서 하드웨어는 스마트폰 카메라에 조명 조건에 대한 유용한 추가 정보를 제공하여 화이트 밸런스를 개선할 수 있도록 지원합니다.

모든 광원은 고유한 '분광 특성'을 가지고 있습니다. 예를 들어, 차가운 백색 LED 램프의 분광 분포(SPD) 곡선은 따뜻한 백색 LED나 밝은 햇빛의 SPD 곡선과 상당히 다릅니다.

다른 광원의 SPD 곡선은 뚜렷하게 대조되는 특성을 가지고 있습다.

분광 센서는 이러한 분광 특성을 감지하여 카메라가 광원을 식별하고 적절한 화이트 밸런스를 적용할 수 있도록 합니다.  분광 센서는 촬영하는 장면의 색상 값도 매우 정확하게 측정할 수 있습니다.

카메라가 광원을 식별하면 해당 광원에 맞춰 조정된 색 보정을 적용할 수 있습니다. 화이트 포인트 레퍼런스나 장면 속 물체에서 추출한 정보가 전혀 필요하지 않습니다.  필요한 것은 광원을 식별하는 분광 특성 또는 해당 색 좌표뿐입니다. 그러면 카메라는 해당 광원의 특성에 대한 사전 프로그래밍된 정보를 사용하여 장면의 모든 색상에 적절한 보정값을 적용합니다.

화이트 밸런스 조정 외에도 광원에 대한 분광 정보는 카메라가 더욱 정확한 색상 변환 행렬(CCM)을 계산하고, 이미지 처리 파이프라인의 필수적인 부분인 렌즈 음영 보정을 개선하는 데 도움이 됩니다.

이러한 종류의 분광 측정은 오랫동안 전문가와 기술자들이 사용해 왔습니다. 이는 수천 달러에 달하는 고가의 실험실 장비인 분광기를 통해 얻을 수 있었기 때문입니다. ams OSRAM은 칩 스케일에서 구현 가능한 분광 센싱 기술을 개발하여 제조업체들이 스마트폰 카메라의 이미지 센서와 함께 분광 센서를 물리적으로, 그리고 경제적으로 통합할 수 있도록 했습니다.

카메라의 분광 센서는 빛의 스펙트럼을 최대 8개 채널로 분할하여 약 450nm에서 차가운 백색 LED의 고유한 청색 피크 또는 약 650nm에서 따뜻한 백색 LED의 고유한 적색 피크를 감지할 수 있습니다. 이를 통해 카메라는 일반적으로 사용되는 모든 광원의 고유한 특성을 식별하여 적절한 색 보정 값을 적용할 수 있습니다.

그 결과, 오늘날의 카메라가 중성 화이트 포인트를을 정확하게 판단하지 못하는 장면에서도 항상 완벽한 색감의 이미지를 구현합니다.

AWB 문제를 해결하는 스마트폰 제조업체에게는 큰 보상이 기다리고 있습니다.  DXOMARK는 색 일관성과 카메라 성능에 따라 순위를 매긴 스마트폰의 테스트 결과를 발표했는데, 소비자들은 뛰어난 이미지 품질과 색 일관성을 제공하는 스마트폰 모델을 선호하는 것으로 나타났습니다.

ams OSRAM의 분광 센싱 기술은 카메라의 AWB 기능은 물론 디스플레이에도 이러한 장점을 제공합니다. 디스플레이에서도 광원 식별을 통한 정확한 색 관리가 가능하여, 카메라가 포착한 실제 색상을 디스플레이에서도 그대로 재현하며, 이른바 '화면 간(glass-to-glass)' 색 일관성을 구현합니다.

오늘 ams OSRAM과 분광 센싱에 대해 상담하고, 진정한 색 일관성이 차세대 스마트폰 카메라의 가치를 어떻게 높이는지 알아보세요.

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