노이즈 관리와 관련된 프레임: 바이어스, 다크, 플랫

전 아직 초보니까 어려운 얘기는 모두 생략하고 그냥 제가 알고 있는대로 설명드리겠습니다. 
보다 자세한 내용을 알고 싶으시다면 서울천문동호회의 관련 문서를 참고하시면 좋을 것 같습니다. 저도 기초는 이 글을 통해 배웠으니까요. 

노이즈는 쉽게 말해 우리가 디지탈 센서를 통해 무언가를 읽어 들였을때 원래 존재하지 않는, 원치 않는 모든 신호를 말합니다. 발생원인으로는 광공해가 있을 수 있겠고, 비행기나 인공위성의 궤적도 있고, 망원경의 광로(빛이 지나가는 길)에 있는 먼지나 얼룩도 있고, 또 센서 자체의 전자공학적 문제로 인해 발생하기도 합니다. 아무튼 노이즈는 천체사진을 찍을때 싫은 것이고 방해되는 모든 것들입니다. 이 모든 것들을 깔끔하게 무시하고 대상을 찍을 수 있으면 좋겠지만 그건 현실적으로 불가능합니다. 

그래서 이 노이즈를 제거하기 위해 바이어스(Bias), 다크(Dark), 그리고 플랫(Flat) 프레임을 찍는 것입니다.

1. 바이어스 프레임 (Bias Frame)
바이어스는 카메라가 센서의 데이타를 읽어들일때 발생하는 노이즈입니다. 복잡한 설명은 생략하고 흔히 리드 노이즈 (Read noise)라고도 합니다. 
바이어스 프레임은 이 바이어스 노이즈를 제거하기 위한 것으로 망원경의 빛을 완전히 차단한 상태에서 촬영시와 동일한 온도 세팅하에 카메라가 제공하는 가장 짧은 셔터 속도를 설정해 촬영을 합니다. 다음은 바이어스 프레임의 Auto-Stretch 사진입니다. 

Bias 프레임의 노이즈

2. 다크 프레임 (Dark Frame)
다크 노이즈는 센서가 작동중일때 발생하는 노이즈를 말합니다. 이미지 센서도 트랜지스터라는 부품으로 만들어져 있는데요, 이게 작동하고 있으면 열이 발생합니다. 그리고 이 열은 적외선 형태로 뿜어져 나와 센서로 다시 들어가서 존재하지 않는 빛을 만들어 내기도 하고, 또한 고장난 센서에 의해 밝은 점으로 나타나기도 합니다. 
다크 프레임은 망원경의 빛을 완전히 차단한 상태에서 촬영시와 동일한 온도와 노출시간을 설정해 촬영합니다. 통상 다크 프레임의 촬영은 촬영시와 동일한 노출시간을 설정하므로 필드에서 촬영하기가 어렵습니다. 그래서 보통 집에서 촬영을 하게 되는데 이때는 가급적 밤에 촬영을 하시거나 카메라나 망원경 앞부분의 빛을 완전히 차단한 후에 촬영해야 합니다. 
날씨가 더운 날에 다크 프레임을 촬영할 때에는 경우에 따라 카메라만 냉장고에 넣고, 냉장고를 꼭 닫은 상태(그래야 냉장고의 불이 켜지지 않습니다)로 촬영하게 됩니다. 

Dark 프레임의 노이즈
자잘한 핫 픽셀도 보이며
양쪽 측면에 앰프 글로우(Amp glow)에 의한 빛도 보입니다.

3. 플랫 프레임 (Flat Frame)
플랫 노이즈는 망원경의 광로(빛이 망원경을 통해 들어오는 길)에 존재하는 먼지나 이물질등에의한 노이즈입니다. 이것은 우리가 아무리 장비를 잘 관리한다고 하더라도 항상 조금씩 존재하며 촬영한 영상에 나타나게 됩니다. 
플랫 프레임은 다른 두 가지 프레임과 달리 망원경에 균일하게 입사되는 광원 하에서 촬영을 합니다. 이것을 위해 시민박명 시기에 구름이 없는 하늘을 촬영하거나 조금 더 밝아진 시점에 망원경 앞에 백색 종이를 대고 촬영하기도 합니다. 하지만 보통은 안정적 광원인 라이트박스를 이용해 촬영합니다.
플랫 프레임의 촬영시 망원경의 초점은 촬영시와 동일해야 하며, 카메라의 작동온도도 동일하게 설정해 촬영합니다. 통상적으로 플랫 프레임은 촬영 영상의 30~50% 포화도로 촬영해야 하며 히스토그램상 높은 꼭지가 그래프의 40%정도 위치에 놓이도록 노출을 조정해서 촬영하면 됩니다. 만약 LRGB나 협대역 필터를 사용하신다면 모든 필터에 대해 전부 다 촬영하셔야 합니다. 

Flat 프레임의 노이즈
화면에 군데군데 어두운 점이나 그림자가 보입니다




각각의 프레임 촬영에 대한 팁

1. Bias 프레임 : 필드에서 작업 종료후 촬영하시면 가장 좋습니다. 경통의 커버를 덮고 카메라 스펙에 적혀있는 가장 짧은 노출시간으로 20장 정도 찍습니다. 30장 이상 찍는다고 크게 달라지지 않으니 20~30장만 찍으시면 충분합니다. 
(촬영시와 동일해야 하는 조건 : 온도)

2. Dark 프레임 : 보통 집에서 촬영하게 됩니다. 가족들이 모두 자는 한밤중에 촬영하는게 편합니다. 다크 프레임은 광로의 영향에 대한 노이즈가 아니기 때문에 굳이 카메라를 경통에 연결하실 필요는 없습니다. 날씨가 더운 날에는 꼭 냉장고를 이용합니다. 
다크 프레임에서 중요한 부분은, 라이트 프레임(촬영한 실제 영상)의 장수와 같거나 많아야 한다는 것입니다. 라이트 프레임의 촬영장수보다 다크 프레임의 촬영장수가 적은 경우 노이즈 제거효과가 거의 없어집니다. (촬영시와 동일해야 하는 조건 : 온도, 노출시간)

3. Flat 프레임 : 반드시 필드에서 작업 종료후 촬영하셔야 합니다. 이걸 안 찍고 철수하면 동일한 조건이 아니므로 제대로된 플랫 프레임을 얻을 수 없습니다. 
보통 촬영이 끝난 시점에 망원경을 천정으로 향하게 한 후, 라이트 박스를 올려두고 촬영을 합니다. 촬영시 히스토그램을 잘 보시고 꼭지점이 전체 그래프에서 중간보다 좀 못미치게 되도록 노출시간을 조정해 촬영하시면 됩니다. 이렇게 하면 어두운 회색 정도가 됩니다.
다시 말씀드리지만 필터를 사용하는 경우 모든 필터에 대해 전부 다 찍으셔야 합니다. 
(촬영시와 동일해야 하는 조건 : 광학계 전체와 초점위치, 온도)



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