ZWO와 QHY의 Bin 차이, 그리고 소프트웨어 픽셀 비닝의 원리
앞 글에서는 소프트웨어 픽셀 비닝(Bin)의 조작 방법을 이야기했습니다. 이 글에서는 그 원리를 파고듭니다—왜 ZWO와 QHY 두 회사 카메라에서 Bin의 동작이 다른지, 그리고 왜 ’컴퓨터에서 Bin 하기’가 ’카메라에서 Bin 하기’보다 데이터를 잃기 어려운지 말입니다.
ZWO와 QHY의 Bin 기본값이 다르다
ZWO 6200mm와 QHY600M을 예로 들면, 둘은 사실 같은 Sony IMX455 BSI 센서를 쓰지만, Bin의 기본 동작은 같지 않습니다.
- ZWO의 픽셀 비닝은 ’픽셀 평균’만 합니다. 같은, 밝기가 균일한 플랫 패널로 찍어 보면 Bin 전후로 밝기가 대체로 같아진다는 것을 알 수 있는데—이것이 평균의 특징입니다.
- QHY의 픽셀 비닝은 기본적으로 ‘픽셀 합산’(전통적인 CCD의 동작에 가까운 것)이며, 물론 평균으로 전환할 수도 있습니다.
유의할 점은, QHY를 합산으로 설정하면 수치가 16bit를 넘을 수 있다는 것입니다. 이때는 읽기 명령을 조정하고 32비트 전송을 활성화해야 완전한 데이터를 내보낼 수 있습니다. 또한 ZWO의 방식은 단색이든 컬러 카메라든 모두 적용되지만, QHY의 합산 Bin은 단색 카메라에만 적용됩니다.
CMOS에서 Bin을 할지 말지가, 왜 CCD와 논리가 다른가
CMOS 카메라에서 촬영 당시에 소프트웨어나 펌웨어 Bin을 설정하는 주된 목적은, 파일 크기를 줄이거나 프레임 레이트를 높이는 것입니다. 하지만 읽기 노이즈의 동작에는 주의해야 합니다.
- CMOS: Bin 이후, 읽기 노이즈는 두 배가 됩니다.
- CCD: Bin 이후, 읽기 노이즈는 오히려 내려갑니다.
이것이 Bin이라는 문제에서 CMOS와 CCD의 근본적인 차이이며, CMOS 시대에 ’카메라 쪽에서 Bin 하기’의 유인이 CCD만큼 강하지 않은 이유이기도 합니다. CMOS의 픽셀 비닝은 사실 후반 작업 때 소프트웨어에서 하는 편이 더 적합하고, 효과도 더 좋습니다.
컴퓨터 소프트웨어에서 Bin 하기의 장점과 단점
Bin을 컴퓨터 소프트웨어에서 하면, 몇 가지 실질적인 이점이 있습니다.
1. 마찬가지로 S/N 비를 높일 수 있으면서, 연산은 더 유연하다
소프트웨어 Bin도 마찬가지로 2배의 S/N 비 향상을 가져다주며, 컴퓨터의 연산 효율이 더 좋고 고를 수 있는 알고리즘도 더 많습니다.
2. 어떤 데이터도 버리지 않는다
이것이 핵심입니다. 이른바 이진법의 평균 연산은 사실 정말로 ‘더한 다음 4로 나누기’(Bin 2를 예로 들면)가 아닙니다. 네 개의 16비트 이진수를 더하면 18비트가 필요하고(16비트를 넘으므로 오버플로가 생깁니다), 이진법의 4로 나누기는 실제로는 더한 뒤 최하위 2비트를 버리는 것(소수점을 왼쪽으로 두 자리 옮기는 것에 해당)입니다.
따라서 ZWO 사용자가 카메라에서 직접 Bin을 설정하면 이 부분의 데이터를 잃게 됩니다. QHY 사용자는 32비트 전송을 활성화하여 완전한 데이터를 컴퓨터로 보내야 하며, 그러지 않으면 오버플로된 부분은 마찬가지로 버려집니다. 반면 컴퓨터에서 Bin을 하면, 연산에 32비트를 쓰므로 어떤 데이터도 잃지 않고 완전한 우물 용량과 비트 깊이를 유지할 수 있습니다.
3. 대가는 더 많은 데이터를 전송하고 저장해야 한다는 것
픽셀 비닝은 해상도를 희생하여 선명도가 떨어지지만, 파일 용량은 크게 작아집니다. 반대로 말하면, 카메라 쪽에서 Bin 하지 않으면 더 많은 데이터를 전송해야 하고, 원본 파일을 저장하는 데에도 더 많은 공간을 써야 합니다. 이것이 ’컴퓨터 쪽 Bin’을 택할 때 치러야 하는 대가입니다—더 큰 원본 파일을 먼저 떠안는 대신, 후반 작업 때 손실 없는(로스리스) 완전한 유연성을 얻는 것입니다.
보충
QHY에서 32비트 전송을 활성화하는 방법은 공식 사용 설명서를 참고하십시오. 유의할 점은, 이 기능은 비교적 새로운 몇몇 기종(QHY600, QHY268, QHY411, QHY461 등)에서만 지원한다는 것입니다.