엑시스커뮤니케이션즈(이하 엑시스)는 감시 카메라 조명 전문기업 레이텍(Raytec)과 함께 다양한 종류의 카메라와 렌즈 및 조명의 조합을 통해 어두운 곳에서도 고화질의 영상을 확보할 수 있는가를 알아보기 위해서 몇 차례의 야간 테스트를 시행했다. 이 과정 속에서 엑시스는 보안 전문가들이 실제 상황에서 흔하게 겪을 수 있는 문제와 그에 대한 해결의 실마리를 찾아냈다.
│엑시스커뮤니케이션즈(http://www.axis.co.kr/)│
선명한 야간 이미지를 위한 카메라와 조명 그 최적의 조합
야간에 최상의 CCTV 성능을 얻기 위해서는 먼저 카메라와 조명을 정확하게 설치, 조정하는 것이 가장 중요하다. 다양한 형태의 카메라를 활용하면 위치에 구애 받지 않고 설치할 수 있다. 일반적인 설치 방법에는 천장, 벽면, 모서리, 기둥 및 난간 설치 등이 있다. 고정형 카메라를 인클로저에 설치할 때는 카메라의 반사광과 배경이 이미지에 함께 나타나지 않도록 카메라 렌즈를 창 바로 위에 위치시켜 섬광을 방지하는 것이 중요하다. 또한, 렌즈 전면 유리에 특수 코팅제를 사용하면 반사광을 더 줄일 수 있다.
야간에 최적의 이미지를 얻으려면 카메라에 맞춰 조명을 조정해야 한다. 이를 위한 첫 단계는 일루미네이터를 설치하는 것이다. 일루미네이터는 공간에 따라 다르지만 카메라에서 최소 1미터 떨어진 곳에 설치해 반사광이 생기지 않도록 하며 돔 카메라의 경우 조명을 약 1미터 아래에 설치한다. 다음으로 PSU(Power Supply)를 설치한다. 주변 조명의 조건을 모니터링 하는 PSU 포토셀을 일루미네이터나 다른 광원과 마주 보게 설치해서는 안 되고 글랜드를 아래쪽으로 향하게 해 벽면이나 평평한 표면에 PSU를 설치한다.
또한, 기둥에 일루미네이터나 PSU를 설치할 때는 평면 어댑터 플레이트 브래킷을 사용하고 일루미네이터와 PSU를 연결한다. 이때 적합한 케이블과 내후성 박스를 사용하면 일루미네이터 케이블의 길이를 연장하거나 줄일 수 있다. 마지막으로 수직 시야각을 조정하고, 조명 조정 기능을 사용해 수평 시야각을 조정함으로써 조명을 카메라의 화각에 맞춘다. 최적의 이미지를 얻기 위해 매우 중요한 부분이다.
.jpg)
올바른 조명 설정의 필요성과 렌즈 선택의 중요성
대부분의 카메라가 야간에 유효한 이미지를 얻기 위해 일정 수준 이상의 조명을 필요로 한다. 최첨단 기술을 적용한 신제품이라고 하더라도 현장에 나타난 사람이나 물체를 탐지, 확인, 인식할 수 있는 선명한 이미지를 구현하기 위해서는 전용 조명이 필요하다.
.jpg)
.jpg)
카메라의 화각에 적합한 조명 각도를 확보하는 것도 중요한데 광각에 좁은 면적의 빛을 비추면 화면에 밝은 공간을 생성할 수 있고, 좁은 화면에 광각 조명을 쓰면 빛이 낭비되고 카메라의 성능이 저하된다. 또한, 카메라 시스템이 24시간 적외선을 사용하도록 설정하면 초점 변화 문제가 발생할 수 있다. 가시광선(400~700nm)과 적외선(700~1,000nm)의 파장 차이는 렌즈를 통해 카메라 칩에 서로 다른 초점을 생성하는데, 이 경우 야간에 이미지 초점이 소실될 수 있으며, 특히 카메라를 주간 운영으로 설정해 놓으면 초점 소실의 가능성은 더욱 높아진다. 초점이 변화하는 정도는 이외에도 다양한 요소가 있다.
저조도 성능을 위해 카메라의 초점을 정확하게 맞추려면 조리개를 완전히 열고 IR에 맞도록 카메라 초점을 설정해야 한다. 주간에는 조리개를 닫아 피사계심도를 향상시켜 초점 변화에 대응하는 것이 좋다. 최고의 해결책은 적외선만 사용해 카메라의 초점을 설정하는 것이다. 이를 위해서는 야간에는 적외선 조명을 사용하도록 카메라를 설정하거나 카메라 렌즈에 IR 통과 필터를 사용하는 등의 방법이 있다.
또 하나 중요한 것은 렌즈 선택이 이미지 품질에 영향을 미친다는 것이다. 오토 아이리스 렌즈를 사용하느냐, 혹은 고정형 렌즈를 사용하느냐에 따라 주야간 이미지 선명도에 큰 차이가 있다. 외부를 24시간 감시하면서 고품질의 이미지를 얻고 싶을 때는 오토 아이리스 렌즈를 갖춘 카메라(다수의 엑시스 카메라에 해당)가 무난한 선택이다. 오토 아이리스는 주간 또는 야간에 따라 열리고 닫히며 카메라 칩에 적절한 양의 빛이 들어오게 한다. 야간에는 빛을 최대한 확보할 수 있도록 열리고 주간에는 상대적으로 닫힌 상태를 유지한다. 오토 아이리스 렌즈는 크기가 다소 크며 설치가 비교적 까다롭다는 단점이 있다.
메가픽셀 카메라에 적합한 조명 조건
.jpg)
.jpg)
카메라의 화질이 높을수록 야간에 고품질 이미지를 얻기 위해 더욱 많은 빛이 필요하다. 여기서 알아둬야 할 간단한 규칙 하나. 나머지 변수가 모두 같다면 감광도가 떨어질수록 카메라의 해상도가 높아진다는 것이다. 이는 센서 내 개별 픽셀의 크기 때문이다. 픽셀을 빛을 모으는 작은 양동이라고 생각하면 쉽게 이해할 수 있다. 동일한 크기의 픽셀이 4개와 16개인 센서를 비교하면 16개인 센서가 더 높은 해상도를 제공한다. 하지만 개별 픽셀의 크기가 4개인 센서가 훨씬 커서 더 많은 빛을 끌어들일 수 있으며 조명이 열악한 상태에서도 더 나은 성능을 제공할 수 있다.
충분한 광원이 될 수 없는 가로등
.jpg)
야간 CCTV 영상 확보에 있어 가로등만으로도 대상을 충분히 비출 수 있다고 생각하는 보안 시스템 관리자들이 종종 있다. 광공해에 대한 우려 때문에 현장에 별도의 가시 조명을 추가하는 것이 조심스러울 수도 있다. 이런 경우, 사람의 눈에는 보이지 않는 적외선 조명이 매우 효과적인 해결책이 될 수 있다. 엑시스와 레이텍은 야간 이미지 캡처 시 가로등의 효과와 전용 적외선 조명의 효과를 비교하는 실제 데모를 시행했다.
아래 왼쪽 사진에서 볼 수 있는 것처럼 가로등의 고르지 못한 조명은 화면에 어두운 부분을 만들어 디테일을 파악하기 힘들게 한다. 이는 가로등이 카메라의 화각을 고려해 설계되지 않았기 때문이다. 반면 오른쪽 이미지를 살펴보면 카메라의 화각에 맞게 조정된 RAYMAX IR 조명이 빛을 균등하게 비춰 전체적으로 선명한 이미지를 구현할 뿐 아니라 광공해도 전혀 발생시키지 않는다.
주변에 환경광이 너무 많거나 CCTV 이미지에 방해되는 섬광이 있는 경우에는 카메라에 IR 조명과 함께 IR 대역 통과 필터 렌즈를 사용하면 IR로부터 기타 모든 환경광의 눈부심 효과를 차단해 보다 선명한 흑백 이미지를 확보할 수 있다.
대역폭 및 저장 공간 절약이 가능한 네트워크 카메라
앞서 언급한 대로 카메라의 감광도가 높다 하더라도 가로등만으로는 야간에 고품질의 이미지를 얻기는 어렵다. 조명이 부족하면 네트워크 카메라 사용자들은 노이즈가 많거나 기형적인 이미지를 습득하게 돼 이미지가 제대로 압축되지 않고 전송되는 데이터양이 많아져 대역폭과 스토리지에 대한 비용이 증가하게 된다.
H.264 등 네트워크 카메라의 압축 기술은 가공되지 않은 데이터를 보다 작은 ‘단위’로 압축해 대역폭 요구량을 줄여준다. 다시 말해, 압축은 이전 프레임에서 데이터를 복제해 색이나 움직임에 따라 변경된 픽셀만 실시간 비디오 이미지로 전송, 업데이트하는 것이다.
대부분의 보안 전문가들은 빛이 충분하지 못할 때 노이즈가 생성되는 ‘화이트 노이즈’ 상황에 익숙할 것이다. 픽셀 변경이 잦을 경우 카메라는 이미지에 지속적인 움직임이 있다고 오인하게 되고 영상은 제대로 압축되지 못한다. 그러나 네트워크 카메라에 적합한 조명을 사용하면 고품질의 영상을 제공하는 동시에 대역폭 및 저장 공간 요구량을 줄일 수 있다.
과도한 조명이 필요하지 않은 엑시스 라이트파인더 기술
이번 야간 테스트에서는 엑시스 라이트파인더(Lightfinder) 같은 고성능 저조도 카메라 기술에는 방향과 색상이 효과적으로 조정된 1~2Lux 가량의 백색광 조명으로도 충분하다는 사실이 입증됐다. CCTV를 위한 기존 Lux 수준은 3~7Lux기 때문에 수많은 ‘가시광선’ 솔루션의 경우 상당히 높은 수준의 조도를 목표로 한다. 그러나 이러한 수준의 조도는 항상 필요한 것도 아니면서 수시로 이미지 품질 저하를 유발하며 지나친 광공해 문제와 에너지 과소비를 불러올 수 있다.
엑시스 라이트파인더를 적용한 저조도 카메라는 빛에 매우 민감해 야간의 아주 낮은 조도에서도 우수한 품질의 이미지를 구현할 수 있다. 또한, 빛에 대한 민감도가 매우 높아 짧은 셔터 스피드 설정으로도 풀 프레임 레이트가 가능할 뿐만 아니라 조명이 열악한 상황에서도 모션 블러 현상 없이 움직임을 포착할 수 있다.
고성능 카메라와 백색 LED 조명 결합으로 빠른 구동과 높은 연색성 확보
야간 테스트를 통해 고성능 카메라가 빠르게 구동하는 RAYLUX White-Light LED 조명에 매우 신속하게 반응한다는 사실을 알 수 있었다. 이를 통해 범죄 예방 및 CCTV의 도구로서 정확한 색상의 이미지를 포착할 수 있음을 보여줬다. 수많은 조명 시스템을 켜는 데 걸리는 시간도 빼놓을 수 없는데, 이는 보안 시스템에서 매우 중요한 사항일 수 있다. 메탈 할로겐 조명은 완벽하게 워밍업을 하는 데 몇 분이 걸리는 반면, RAYLUX LED 조명은 빠른 구동으로 즉시 사용할 수 있었다.
또한, 할로겐이나 나트륨 조명 같은 오래된 조명 기술은 연색성이 부족하다. 이들은 흐릿하며 고르지 못한 주황색 또는 노란색 빛을 띠고 있다. 이는 야간에 현장의 대상을 확인하고 인식할 수 있는 충분한 세밀도와 사실적인 색상의 고품질 이미지를 생산할 수 없기 때문에 불리하다.
열상을 통한 감지, 적외선을 통한 확인
열상 카메라 기술은 IR의 대체용으로 사용하기에는 무리가 있다. 열상 카메라는 감지용, IR은 확인용이라는 서로 다른 목적이 있기 때문이다. 그렇지만 열상 카메라와 IR을 함께 사용하는 것은 매우 효과적이다.
엑시스는 야간 테스트에서는 듀얼 헤드(Dual Head) 카메라로 실제 상황을 연출했다. 이 데모에서는 레이텍의 적외선 기술과 엑시스의 열상 및 광학 카메라를 결합해 세 기술의 조합이 야간 보안 능력을 한층 향상시켜 준다는 사실을 알아냈다. 국경 감시, 항만 감시, 중요 인프라 또는 군사 프로젝트 등과 같이 거리가 중시되는 분야에 주로 사용되는 열상 기술은 온도 변화를 통해 원거리에 있는 대상을 감지해 낸다. 그러나 대상이 적외선 조명이 적용되는 범위 안으로 진입하면 열상 카메라가 아닌 적외선 카메라를 사용해 침입자를 확인하고 얼굴의 특징이나 옷차림과 같은 세부 사항을 가려낸다.
아래에 나와 있는 100m 거리의 열상 이미지 두 개를 살펴보면 한 사람이 나와 있지만 그 사람이 남자인지 여자인지 구분할 수 없으며 얼굴의 특징 또한 파악할 수 없다. 그러나 왼쪽에 있는 IR 이미지를 보면 확실하게 그가 청년 내지는 중년의 백인 남자이며 청바지에 캐주얼 재킷을 입고 있다는 사실을 알 수 있다.
적외선 조명은 현장에 IR 광선을 투사하며 흑백 또는 주/야간 카메라에서 볼 수 있게 해주는 것으로, 적외선(열)을 감지하고 표면 온도와의 차이로 인해 발생하는 적외선 영상을 기반으로 인공적인 이미지를 생성하는 열상 이미지와 혼동해서는 안 된다.
이번 테스트는 실제로 조명이 열악한 상황에서 다양한 종류의 카메라와 렌즈 및 조명의 조합을 시험해볼 수 있는 흔치 않은 기회였다. 이런 실험이 항상 가능하지는 않지만, 최고의 이미지 품질을 얻기 위해서는 야외에서 자신이 선택한 카메라와 렌즈, 조명을 조합해 실제 조건에서 시험해보는 것이 가장 좋다. 주간에 설정된 시스템 중 다수는 야간에 이미지를 제대로 생성하지 못할 수도 있다는 것을 명심하자.
[월간 시큐리티월드 통권 제203호(sw@infothe.com)]
<저작권자 : 시큐리티월드(www.securityworldmag.co.kr) 무단전재-재배포금지>
[2024-05-17] 
.jpg)
.jpg)
