Transcript 동영상 감시 시스템 Video Surveillance

동영상 감시 시스템
Video
Surveillance
Contents
www.idteck.com
-. 감시 시스템의 종류
-. CCTV
-. CCTV용 카메라
-. CCTV용 주변기기
-. Camera Server
-. 영상압축방식
-. 카메라 용어설명집
-. 용어설명
감시 시스템의 종류
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 CCTV
– Closed-Circuit Television 폐쇠회로 텔레비전은 특정 수신자
에게만 서비스하는 것을 목적으로 한 TV 전송 장치.
 Camera Server
– 아날로그 Camera 영상을 Digital로 변환하여 언제 어디서든
(단, 네트웍으로 연결된) 실시간으로 동영상을 볼 수 있도록 하
는 장치.
 DVR
– Digital Video Recorder 아날로그 신호의 화상을 디지털 신
호로 변환하여 하드 디스크에 저장하는 장치.
CCTV
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 구성도
화면분할장치
4채널 쿼드(Quad) 모니터를
사용하는 경우 화면분할장치
필요 없음
VTR
CCTV 특징
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 아날로그 영상 녹화
– . CCTV 녹화 전용으로 개발된 VTR을 사용하며 통상 120분
테이프 하나로 24시간~40일 녹화 가능
 복수개의 영상 감시
– . 분배기 또는 분배 기능을 갖춘 전용 TV를 통해 영상 감시
– . 물리적인 케이블로 연결된 곳에서만 감시 가능
 사용용도
– . 녹화와 감시가 필요한 단일 사업장 또는 개인
– . 은행, 각종 계산대(강도 및 점원에 의한 절도), 소규모 점포,
주차장, 주택 외곽감시
CCTV 카메라
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 색상에 따른 분류
– . 칼라 / 흑백
 형태에 따른 분류
–
–
–
–
.
.
.
.
돔
핀(미니)
일반
무선 카메라
 렌즈에 따른 분류
–
–
–
–
.
.
.
.
수동초점/자동초점 렌즈
고정렌즈 / 줌 렌즈
Pan/Tilt 렌즈 : 상하좌우 움직임 가능(RS232, 422, 485 제어)
적외선 렌즈
CCTV 주변 기기
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 카메라 하우징
– . 카메라를 보호하는 용도로 방수, 방진 기능이 있음
 브라켓
– . 카메라를 천정, 벽, 기둥 등에 고정하도록 하는 받침대
 센서
– . 각종 센서
– . 압력센서, 열감지센서, 적외선 센서, 유리파괴 등
– . 분할화면 1화면, 4화면, 9화면, 16화면 등
 영상/음성 증폭기
– . CCTV 영상 신호를 증폭시켜 케이블 거리를 연장하도록 하는
장치
CCTV 주변 기기
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 Pan/Tilt 드라이버와 컨트롤러
– . 카메라를 상,하,좌,우로 움직여 넓은 범위의 감시를 가능하도
록 함.
– . Preset 기능
– . Pan/Tilt 기능이 내장된 카메라도 있음
 모니터
– . 카메라의 영상을 감시하는 용도의 모니터
– . 분배기의 기능을 내장한 제품도 있음
 분배기(QUAD, Multiplexer)
– . 다양한 스크린 분할 기능
– . 연속 감시 기능
– . 분할화면 1화면, 4화면, 9화면, 16화면 등
 VTR(Video Tape Recorder)
– . 영상을 녹화하는 장치
CCTV 이것만 기억하세요!!!
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아날로그 방식
TV 전송 시스템
VTR 녹화
Camera Server
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 구성도
카메라서버
Camera Server
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 구성도
Camera Server 특징
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 디지털 영상 변환
– . 카메라로부터 입력받은 영상을 디지털로 변환함.
 네트워크를 통한 영상 전송
– . 디지털로 변환된 영상을 네트워크를 통해 원격지에 전송
– . 인터넷에 연결된 곳은 어디서든 실시간으로 감시 가능
 사용용도
– . 인터넷을 통한 원격지에서의 감시가 필요한 곳
– . 도로 소통량 관측, 자녀관찰(유치원 등), 각종 원격지 감시,
홈네트워크 아파트
화질에 영향을 미치는 요소
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 카메라(렌즈, CCD, AGC, 각종화질보상 회로)
 케이블(길이, 굵기, 절연선, 전위차)
 각종 영상분배기, 스위칭 장비
 아날로그 영상의 디지털 변환을 위해 사용되는 비디오
디코더 칩과 설정값
 영상압축 알고리즘과 설정값
상기의 항목들은 모두 화질에 영향을 미치지만, 압축 알고리즘을
제외한 나머지의 경우 대부분의 업체가 평준화되어 있음.
그러나 순수 디지털 기술인 압축 알고리즘의 경우 그 성능에 따라
동일 조건에서도 현격한 차이를 보이게 됨.
영상 압축방식
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JPEG : Joint Photographic Experts
Group
– . 정지화상전문가그룹의 약자로 정지영상의 압축률을 높이는데
사용됨. 무손실모드와 손실모드가 있음.
– . JPEG은 압축비율이 높은 반면 DCT를 사용하기 때문에 고주
파의 컬러정보를 잃어버리거나 압축과정에서 형성된 블록들이
컬러의 경계선을 따라 나타나 영상을 훼손시킨다
– . MJPEG : Motion JPEG. 연속된 JPEG 영상을 통해 움직임을
표현하는 정지영상 압축 알고리즘
– . MJPEG은 과거 가장 널리 사용되었고, 현재 유통되는 제품에
도 상당수 적용된 압축 알고리즘
영상 압축방식
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 Wavelets
– . 신호를 분석하는 가장 일반적인 기법인 Fourier Transform의
시간정보가 사라진다는 단점을 보완하여 파장의 파형을 크기와
함께 위치도 변화시키는 것으로 주파수 정보와 함께 시간의 정
보도 알 수 있다는 장점이 있다.
– . 신호 분석을 통한 통한 잡음제거나 신호의 압축에 주로 사용되
며 파형분석, 음성이나 영상의 압축 등 폭 넓은 분야에 사용된다.
– . Wabelets은 압축비율을 더욱 높이면서(20~30%향상) 이미
지 품질을 보존할 수 있는 방법으로 웨이블릿 기법을 이용해
DCT 압축으로 생기는 블록현상을 방지함.
– . Analog Devices 사의 ADV6XX 칩을 사용한 제품이 많음.
영상 압축방식
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Motion JPEG2000
– . 미래의 알고리즘으로 기대를 모으고 있음.
– . ISO/IEC 국제 표준이라는 점에서 MPJEG과 차별됨.
– . DTC와 Wavelet을 둘 다 지원함.
– . MJPEG은 과거 가장 널리 사용되었고, 현재 유통되는 제품에
도 상당수 적용된 압축 알고리즘
영상 압축방식
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MPEG : Motion Picture Experts Group
– . 동영상을 부호화하는 방법을 이용해서 표준을 정립
하는 것을 목적으로 하는 동영상 전문가 그룹.
– . 시간에 따라 연속적으로 변화하는 동영상 압축과 코
드 표현을 통해 정보의 전송이 이루어질 수 있는 방법
을 연구함.
영상 압축방식
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MPEG1(저장매체용)
– . 1992년 ISO(국제표준화기구) 11172로 규격화한 영상압축기
술이다. CD-ROM과 같은 디지털 저장매체에 VHS 테이프 수준
의 동영상과 음향을 최대 1.5Mbps로 압축·저장할 수 있다. 이
규격으로 상품화된 것이 비디오 CD와 CD-I/FMV이다.
– H.263과의 비교 : H.263은 1996년에 표준화 되었음.
일반적인 해상도에서는 MPEG1보다 나은 압축률을 보이나 실제
제품에서는 거의 차이가 없음. H.263은 통신목적에 특화된 구
조를 갖추고 있어 처리속도면에서 MPEG1보다 상대적으로 빠름.
– 참고 : MP3는 MPEG1-Audio Layer3로 오디오압축기술에 해
당함.
영상 압축방식
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MPEG2(방송.통신.저장 매체용)
– . 1994년 ISO 13818로 규격화한 영상압축기술이다. 디지털
TV, 대화형 TV, DVD 등은 높은 화질과 음질을 필요로 하는 분
야로 높은 전송속도 처리가 필요한데, 영상 및 음향을 압축하기
위해 MPEG1을 개선한 것이다. 현재 DVD 등의 컴퓨터 멀티미
디어 서비스, 직접위성방송·유선방송·고화질 TV 등의 방송서비
스, 영화나 광고편집 등에서 널리 쓰인다.
– . MPEG3는 MPEG2에 흡수통합되어 규격으로 존재하지 않음.
– HDTV급의 디지털 TV까지 지원이 가능하도록 완성된 표준.
MPEG1은 720*240(NTSC), 720*288(PAL)보다 높은 해상도
는 지원이 어려운 반면 MPEG2는 고해상도의 지원이 가능.
MPEG2의 사용화를 위해서는 방대한 연산량을 갖춘 ASIC,
DSP와 같은 하드웨어 압축기술의 개발이 필수적임.
영상 압축방식
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MPEG4(이동 통신용)
– . 멀티미디어 통신을 전제로 만들고 있는 영상압축기술로 1998
년 완성되었다. 낮은 전송률로 동화상을 보내고자 개발된 데이터
압축과 복원기술에 대한 새로운 표준을 말한다. 매초 64Kbps,
19.2Kbps의 저속 전송으로 동화상을 구현할 수 있다. 인터넷
유선망과 이동통신망 등 무선망에서 멀티미디어 통신·화상회의
시스템·컴퓨터·방송·영화·교육·오락·원격감시 등의 분야에 널리
쓰인다.
– . H.263+와의 비교 : H.263+는 ISO/IEC와 ITU-R에서 동시
에 표준화가 진척되어 온 차세대 압축기술로 압축률 향상과
IMT-2000 이동통신의 표준임. DVR이 인터넷 환경이라는 점을
고려 H.263+가 주목을 받고 있음. 성능도 MPEG4에 못지 않기
때문에 기존 H.263을 활용하던 업체에서 차세대 기술로 채택하
고 있는 추세임.
영상 압축방식(MPEG 기타)
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 그 외의 MPEG 표준
– . MPEG-7 : 멀티미디어 정보를 효과적으로 저장하고 검색하기
위한 기술
– . MPEG-21 : 전자상거래용 멀티미디어 컨텐츠의 유통 및 제작
을 위한 기술. 멀티미디어 프레임 워크
(Multimedia framework)
압축방식 비교
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 압축 성능 순서
MJPEG < Wavelet << H.261 < MPEG1
< MPEG2 ≒ H.263 < MPEG4 ≒ H.263+
≒ : 거의 같음
< : 10~30% 정도의 적은 차이
<< : 2배 이상의 큰 차이
-MJPEG와 MPEG1은 약 3배의 차이가 남.
압축방식 비교
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 DVR 응용 영상압출 알고리즘의 과거,현재,미래
알고리즘
정지영상 압축계열
동영상 압축계열
과거
MJPG(비표준)
현재
Wavelet(비표준)
MPEG1, H.263
미래
Motion JPEC2000
MPEG2-4, H.263+
압축방식 비교
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 동일 조건에 따른 압축 알고리즘의 녹화 성능 비교
조건
동일화질
동일용량
동일화질
동일기간
동일기간
동일용량
고성능
알고리즘
장기간 저장
가능
소용량
HDD 필요
고화질
저성능
알고리즘
단기간 저장
가능
대용량
HDD 필요
저화질
압축방식 비교
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 정지영상 압축 알고리즘 vs 동영상 압축 알고리즘
조건
정지영상
알고리즘
동영상
알고리즘
구현 및
수정 용이성
상대적으로 알고리즘이
단순 수정이 용이함.
알고리즘이 복잡
구현이 어려움.
연산속도
연산량이 적어
속도가 빠름.
연산량이 많아 고성능
프로세서 필요함.
재생 제어성
파일 제어가 용이
역방향 재생 매우 쉬움
제어가 까다로움.
개발 기간이 오래걸림.
개발 용이성
범용으로 개발된
칩셋을 그대로 이용
상대적으로 쉽게 접근
범용 칩셋이
개발 초기 단계로
레퍼런스 부족
압축률
낮음
높음
위의 단점을 상쇄함
Camera Server 이것만 기억하세요!!!
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아날로그 영상을 디지털 변환
네트워크를 통해 영상 전송
자체 녹화 기능 없음
DVR
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 구성도(Stand-Alone)
Stand-Alone DVR
DVR
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 구성도(PC-Based DVR)
PC-Based DVR
DVR
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출력 접점
각종 센서
카메라
출입통제 장비
외부 백업 장치
Stand-Alone용 키보드
DVR 특징
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 디지털로 변환된 영상을 녹화
– . 통상 HDD에 저장하며 장시간 녹화, 반영구적, 빠른 검색 등
의 장점이 있음
 Stand-Alone(임베디드)과 PC DVR이 있음
 사용용도
– . 녹화와 원격지에서의 감시가 필요한 곳. 규모가 있는 사업장
– . 군부대, 항구항만, 대형빌딩 감시, 지하철, 공항, 각종 관공서
– . 최근에는 리플레이 TV 용도로도 사용됨
DVR 운영체제
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 Windows – 고성능 고사양
– . 채널 규모가 방대하고(통상 16CH 이상) 채널마다 30fps에 가까운
고성능을 요구하고, 네트워크 등 기능적으로도 복잡한 대형 시스템의
경우 성능과 개발의 용이성 때문에 범용 하드웨어, 즉 PC-Based의
범용 OS가 유리하다.
– . 단점 : Windows95/98은 응용 프로그램 오류, 리소스 부족 오류 등
의 근본적인 문제가 해결이 안되어 WindowsNT / 2000 등의 운영체
제를 많이 사용한다. WindowsNT / 2000이 Windows95/98 보다
안정적이지만 여전히 OS 자체의 문제는 존재하며 라이센스 비용으로
인한 가격 부담이 가중된다.
– . 장점 : 편리한 UI(User Interface), 개발의 용이성, 개발기간 단축,
편리한 개발환경, 고성능
– . 초기 DVR 제품들이 Windows 기반으로 만들어지는 경우가 많음.
DVR 운영체제
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 리눅스 – 10 fps 정도의 단독형 시스템
– . 시스템을 단독으로 사용하는 것을 주 목적으로 카메라가 보통
16CH 이하의 분야에 적합한 경우. 통상 10fps 정도의 녹화속도가 필
요하다면 리눅스 OS가 적합하다.
– . 단점 : 리눅스 개발 인력 부족, 기술 지원 미비, Windows에 비해
상대적으로 개발 환경이 열악하며 개발 기간이 오래 걸림.
– . 장점 : Windows OS가 지닌 한계를 극복하고 고품질의 기능적 요
구를 충족(우수한 안정성). 저렴한 라이센스 비용. PC 탑제 가능.
DVR 운영체제
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 RTOS(Realtime-OS)
– . 개인 사용자를 위한 소규모 시스템(4CH 정도)에는 가격대비 성능과
사용 및 유지관리의 간편성, 그리고 열악한 환경에 견딜 수 있는 안정
성이 중요하다. 이런 환경에 가장 적합한 것이 검증된 소형 CPU를 사
용한 RTOS를 탑제하는 것이 적합하다.
– . 단점 : 라이센스 비용이 높아서 시스템을 제품화 했을 때 가격경쟁
력이 떨어짐.(Windows 보다는 저렴함)
– . 장점 : 실시간으로 시스템을 제어가능(기존 임베디드 시스템과 비교)
시스템의 안정성 향상.
– . 최근 출시되는 임베디드 DVR은 RTOS보다 임베디드 리눅스를 운영
체제로 사용함.
PC-Based vs Stand-Alone
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PC-Based DVR
– PC를 이용하여 DVR의 기능을 구현한 것으
로 PC의 확장슬롯에 DVR 제어용 카드를 연
결하여 DVR의 기능을 구현함.
Stand-Alone DVR
– PC용이 아닌 산업용 프로세서로 자제 제작한
장비에 Embedded OS 또는 RTOS를 탑제
하여 DVR의 기능을 구현한 것.
PC-Based vs Stand-Alone
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구분
PC-Based
Stand-Alone
가격
높다
낮다
성능
높다
낮다
확장성
매우 뛰어남
제한적임
모니터 출력
PC 모니터 출력 위주
TV 모니터 출력 위주
작동방식
키보드 & 마우스
버튼 & 리모컨
OS
윈도우
(극소수 Linux)
Embedded Linux
(극소수 RTOS)
채널 수
4,8,16,32 채널
1,4,6,9,16 채널
적용범위
고급, 고사양 중점
보급형 중점
컨셉
PC 사용자에게 친숙
VCR 사용자에게 친숙
CCTV(VTR) vs DVR
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구분
DVR
CCTV(VTR)
녹화방법
디지털
아날로그
녹화매체
HDD
테잎
영상화질
고화질
저화질
다중녹화
자체내장
각종 보조장치 필요
(Quad, Multi-Plexer,VTR)
화면분할
자체내장
별도장비 필요
검색
간편
(시간,이벤트)
불편
(전체검색)
출력
동영상 파일 내보내기,
프린트 가능
불가
(별도장비 필요)
자료보관
간편(반영구)
불편(화질저하발생)
다중사용자
네트워크를 통해 가능
아날로그 케이블이
연결되어야만 가능
유지비
없음
테잎 구입
VTR Head 교체
업그레이드
기술 개발에 따른
업그레이드 가능
아날로그의 한계로
업그레이드 불가능
DVR 이것만 기억하세요!!!
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Camera Server 보다 고사양 고성능
디지털 영상 녹화
PC-Based와 Stand-Alone
용어집
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 AVI(Audio Video Interleave)
– MS사가 디지털 비디오를 위해 개발한 포멧. 오디오 한 프레임과 비디오 한 프레임이 순차
적으로 배열된 형태.
 CMOS : complementary metal-oxide-semiconductor
– 상보성 반도체 화합물이라고 하며 전기를 적게 쓰고 가격이 저렴하지만 화질이 10만~13
만 화소로 다소 떨어지는 단점이 있다.
 CCD : Charged Coupled Device
– 고체촬상소자로 셔터가 열려 빛에 노출되면 이미지를 전기적인 형태로 기억 전송함. 전기
를 많이 소모하고 가격도 CMOS의 두배 이상되지만 200만 화소 이상의 고화질이 가능하
다는 장점이 있음. 이동 중인 사물을 정확히 찍을 수 있는 것도 강점
 Day/Night
– 낮에는 컬러 색상에서 밤에는 흑백으로 자동 전환해 영상을 재현하는 카메라 기능. 밤에
는 적외선 촬영으로 전환되는 카메라도 있음.
 FPS : Frame Per Sec
– 초당 몇 프레임을 재생하는지를 나타내는 단위
 Gain
– 피사체로부터 입사되는 빛을 전기적인 신호로 변환할 때의 변환 비율. Gain이 커지면 적
은 빛을 사용해 큰 전기신호로 변환하기 때문에 화면에 노이즈가 커진다.
 Iris
– 조리개. 조도 변화에 맞추어 렌즈에 보내는 빛의 양을 조절하는 기구장치. 밝기가 일정한
경우에는 수동조리개(Manual Iris) 렌즈를 사용하고 밝기가 유동적인 경우에는 자동조리
개(Auto Iris) 렌즈를 사용한다.
용어집
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 Lux
– 빛의 감도를 측정하는 단위. 기호는 Lx.
 Motion Detection
– 물체가 움직이는 것을 감지하는 기능. 이전 화면과 비교 변화된 부분이 일정 수준 이상 발
생했을 때 어떤 일(녹화, 알람)을 수행하도록 하는 기능을 말한다.
 NTSC/PAL(National Television System Committee/Phase
Alternation By Line)
– NTSC는 현재 세계 각국에세 컬러 테레비전의 방송방식으로 채용되고 있는 세 가지 방식
중의 하나로 미국 텔레비젼시스템위원회에 의해 미국 표준으로 인정된 방식. 미국, 캐나
다, 일본, 한국 등이 채택하고 있음.
– PAL은 독일이 개발해 유럽, 남미, 대양주 여러 나라에서 채택하고 있음. 265라인 수평해
상도와 초당 25프레임 재생.
– 이 외에 SECAM은 프랑스가 개발해 소련, 동구권, 중동, 아프리카 여러 나라에서 채택하
고 있음.
 WDR : Wide Dynamic Range
– 일본 파나소닉에서 개발, 조도차가 큰 환경에서도 선명한 영상을 구현할 수 있는 기능으
로 역광보정 기능보다 한 차원 높은 기능이다. 역광보정 기능은 배경은 희미하지만 WDR
기능을 채택하면 배경을 좀 더 나은 화면으로 볼 수 있다.
 OSD : On Screen Display
– 사용자가 필요로 하는 기능을 별도의 영상신호 입력 없이 모니터에서 자체적으로 표시하
는 것을 말함.
 PTZ(Pan/Tilt/Zoom)
– Pan은 DVR 시스템에서 카메라를 좌우로 조절하는 것.
– Tilt는 기울기를 조절하는 것.
– Zoom은 확대, 축소를 조절하는 것을 말한다.
카메라 용어집
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 RGB
– 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 약자를 의미하는 것으로 빛의 삼원색을 조
합해 화면에 색상을 표현하는 방식. 디지털 방식의 색상 표현에 사용한다.
 S/N비
– 신호대 집음비, 수치가 클수록 잡음이 작아진다.
 TTL
– 카메라 렌즈를 투과한 빛에 의해 노출 시간을 측정하는 방식. 노출계가 내장된 카메
라에서 활영용 렌즈를 통과한 빛의 양을 측광하는 형식이다.
 Water-Mark
– 파일에 대한 저작권 정보를 식별할 수 있도록 디지털 이미지나 오디오 및 비디오 파
일에 삽입한 비트 패턴을 말함. 지적재산권에 대한 저작권보호를 제공하기 위한 목
적으로 삽입되며 디지털 워터마크의 경우 프린트 위터마크와 달리 완전히 보이지
도 들리지도 않게 설계된다.
 구경비
– 광학계의 입사렌즈 직경과 초점거리와의 비율. 초점거리가 50mm이고 입사 렌즈
직경이 25mm인 경우 1:2로 표시한다.
 동기방식
– 화상전송 계통에서 수신 측의 재현동작을 송신 측과 맞추기 위해 이용되는 신호
 브래킷
– 카메라를 천정에 매달거나, 벽면 또는 기둥에 설치하는 경우에 사용되는 고정대.
카메라 용어집
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 역광보정기능
–
피사체가 역광상태에서 촬영되어 영상재생시 배경은 밝고 피사체는 어둡게 나타나 피사체를 식
별하기 힘들게 되는 것을 방지하기 위한 기능. 디지털로 화상을 처리하거나 아날로그 방식으로
노광시간을 연장하는 방법, 역광부분의 신호 레벨을 변경하는 방법 등이 있다.
 최저조도
–
카메라에 필요한 피사체 조도의 최저한도롤 의미한다. 카메라의 최저조도가 낮을수록 정확한 화
상의 포착 활률이 높아진다.
 해상도
–
화상의 섬세한 부분을 어느 정도 세밀하게 재현하는지를 나타나는 척도로 기본적으로 화소수가
많을수록 해상도가 높아진다.
 화소
–
화상을 형성하는 최소의 단위. 명암이 있는 점. 화소수가 많을수록 해상도가 높은 영상을 얻을
수 있다.
 총화소수
–
CCD 칩 상에 형성되어 있는 전체 화소수
 유효화소수
–
실제로 영상의 형성에 관계하는 화소수
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