줌 기능을 절반만 사용해 까다로운 감시요건을 충족

보안 카메라의 세계에서 18배 줌은 36배 줌과 차이가 없을 수 있다. 좀 더 구체적으로 말하자면, 18배 광학 줌 기능이 있는 고해상도 보안 카메라는 감시용으로 사용할 때 줌 기능이 2배 더 뛰어난 표준 해상도의 4CIF 카메라가 제공하는 것과 같거나 이보다 한층 유용한 이미지를 제공한다.

다음 사진을 비교해 보자. 사진 1은 4CIF 해상도(704×480)의 PTZ 카메라의 영상을 36배 확대한 것이고, 사진 3은 해상도 HDTV 720p(1280×720) PTZ 카메라로 18배 확대한 것이다.

두 사진의 픽셀 해상도는 사실상 동일하며 신문의 이름을 읽을 수 있다. 하지만 HDTV 카메라는 표준 해상도 카메라의 절반에 불과한 줌 기능을 이용해 동일한 화질을 제공한다. 또 중요한 점은 HDTV 카메라의 화각이 더 넓어(16:9) 화질을 저하시키지 않고도 더 넓은 지역을 감시할 수 있다는 것이다. 예를 들면 4CIF 카메라에서 얻은 사진 2에서는 한 사람만 볼 수 있지만 HDTV 이미지인 사진 4에서는 두 명의 사람을 확인할 수 있고 동시에 신문의 작은 글자까지 포착할 수 있다.

그러므로 화질 수준은 비슷해도 HDTV 카메라를 사용하면 한 장면에서 더욱 많은 것을 볼 수 있어 감시 상황에서 유리하게 작용한다. 또한 확대를 해도 화각이 더 넓기 때문에 카메라를 움직이지 않아도 돼 더 빠르고 정확한 감시가 가능하다.

HDTV 카메라의 우월한 화질과 확대기능 

그렇다면 어떻게 18배 줌 카메라가 36배 줌 카메라와 같은 수준의 화질을 보여줄 수 있는 것일까? 일반적으로 렌즈의 줌 계수가 높을수록 장면을 확대할 수 있는 기능이 뛰어나고 가시성이 높아지는 것으로 가정한다. 그렇지만 위에서 설명한 바와 같이 이것이 항상 옳은 것은 아니다.

줌 렌즈는 초점 거리를 변경할 수 있는 기능을 갖춘 렌즈 어셈블리이다. 초점거리가 길수록 배율이 높아질 뿐만 아니라 시야각도 이에 비례하여 감소한다. 렌즈의 줌 기능은 보통 가장 긴 초점거리와 가장 짧은 초점거리의 비율로 나타낸다. 예를 들면 초점 길이가 50~200mm 범위인 줌 렌즈는 4배 줌 렌즈라고 하거나 4:1 줌 렌즈라고도 한다(달리 설명하자면 이 렌즈에서 최대 줌 기능을 이용할 경우 시야각이 최대 각도의 약 1/4로 축소된다). 따라서 줌 계수가 동일한 서로 다른 두 렌즈는 비율이 같아도 초점 거리와 배율이 같지 않을 수 있기 때문에 성능이 매우 다를 수 있다. 더욱이 줌 계수가 더 높은 렌즈가 반드시 확대 기능이 더 강한 것은 아니다.

예컨대 초점 길이가 15~150mm 범위인 렌즈(10배 줌 렌즈)는 실제로 초점 길이가 50~ 200mm 범위인 4배 줌 렌즈보다 확대 기능이 약하다. 초점 길이 200mm의 배율이 초점 길이 150mm보다 강하기 때문이다. 하지만 줌 계수와 마찬가지로 단순히 초점 길이의 숫자를 기준으로 확대 기능을 판단하면 잘못된 결론을 도출할 수도 있다. 상기 이미지 샘플을 생성하는 데 사용한 4CIF 카메라는 HDTV 720p 카메라보다 초점 길이가 더 길다.

그렇다면 확대된 이미지의 화질 수준이 어떻게 비슷할 수 있을까? 이를 알아보기 위해서 먼저 와이드 모드에서 카메라가 어떻게 기능하는지 살펴보자.

사진 5와 사진 7의 화각은 거의 같다. 하지만 사진 7의 HDTV 카메라 해상도가 더 높고 색상 정밀도가 더 뛰어나다는 것을 금방 알 수 있으며, 화질도 한층 뛰어난 선명하고 생생하다. 예를 들어 사진 5를 잘라낸 사진 6과 사진 7을 잘라낸 사진 8을 비교해 보면 사진 8의 HDTV 이미지에서는 득점판의 숫자를 볼 수 있지만 사진 6의 4CIF 카메라 이미지에서는 거의 볼 수 없다.

이것만 봐도 와이드 모드에서는 HDTV 카메라가 4CIF 카메라보다 훨씬 더 높은 화질을 제공한다는 사실을 알 수 있다. 실제로 화각이 동일한 경우 HDTV 카메라의 픽셀 수가 거의 2배에 이른다. 최대 줌 모드에서는 HDTV와 4CIF 카메라가 사실상 동일한 수준의 화질을 제공하지만 HDTV 카메라의 화각이 더 넓다.

이 결과를 통해 단순히 줌 기능을 기준으로 카메라의 확대 기능을 비교하면 잘못된 결론을 도출할 수 있다는 사실을 알 수 있다. 이 사례에서 입증된 바와 같이 중요한 것은 카메라의 픽셀 해상도를 고려하는 일이다.

HDTV 카메라의 비밀은 픽셀 해상도

표준 4CIF 카메라와 비교할 때 HDTV(1280×720) 카메라에는 모든 프레임에서 2~3배는 더 많은 픽셀이 있다. HDTV 카메라가 제한된 줌 기능으로도 우수한 성능을 발휘하는 이유는 바로 픽셀 해상도가 높기 때문이다. 실제로 고해상도 PTZ 카메라는 다양한 방법으로 이용할 수 있다. 이번 HDTV 카메라의 사례와 같이 4CIF 카메라와 동일한 화각을 유지하면서도 화질을 향상시키거나 표준 카메라와 동일한 수준의 화질로 화각을 넓힐 수 있다.

하지만 이미지 품질이 픽셀 해상도만으로 결정되는 것은 아니다. 렌즈의 해상력과 전반적인 품질, 돔 커버 유리의 속성과 품질 등 다른 요소도 영향을 끼친다. 또 한 가지 중요한 요인은 장면의 움직임과 빠르게 움직이는 대상을 쉽게 확인하고 포착할 수 있도록 최대 프레임 레이트의 비디오 스트리밍 기능을 갖추고 있다는 점이다. 해상도, 프레임 레이트, 색상 정밀도, 종횡비에서 SMPTE 표준을 준수하는 HDTV 카메라는 탁월한 화질을 선사한다.

결론적으로 HDTV 네트워크 카메라는 줌 기능을 절반만 사용해 까다로운 감시요건을 충족할 수 있다는 사실을 보여주며 때로는 더 적은 것처럼 보이는 제품이 더 많은 효과를 낼 수 있음을 입증했다.  

<글 : 윤 승 제 │ 엑시스 커뮤니케이션즈 한국지사장(alex.yoon@axis.com)>

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