다이나믹 레인지 계산기
풀웰 용량, 읽기 잡음, 암전류, 노출 설정으로 센서 다이나믹 레인지를 계산합니다. 단일 노출과 HDR 모드를 온도별로 비교합니다.
다이나믹 레인지 계산기
풀 웰 용량, 읽기 노이즈, 암전류, 노출 시간으로 다이나믹 레인지를 계산합니다. 단일 노출과 HDR 모드를 비교합니다.
단일 노출 DR
66.0 dB
단일 (스톱)
11.0 EV
HDR DR
84.0 dB
HDR (스톱)
14.0 EV
노이즈 플로어
5.03 e−
암전하
0.3 e−
DR vs 온도
모델 범위
이 브라우저 도구는 직관 형성, 상대 경향 비교, 설계 공간 탐색에 사용하세요. 로컬에서 실행되는 간이 모델이며 RCWA/FDTD sign-off, 실리콘 보정, 벤더 공정 데이터를 대체하지 않습니다.
더 알아보기
물리 수식과 이론
다이나믹 레인지와 포화
쉽게 이해하기
다이나믹 레인지는 픽셀이 포화되기 직전의 가장 밝은 신호와 노이즈에서 겨우 구분되는 가장 어두운 신호 사이의 폭입니다. 넓을수록 한 장면 안에서 밝은 구름과 어두운 그림자를 모두 살릴 수 있죠. 천장(풀웰)을 높이면 하이라이트가, 바닥(읽기 노이즈·암전류)을 낮추면 섀도가 좋아집니다.
다이나믹 레인지는 최대 사용 가능 신호와 구분 가능한 최소 신호의 비이며, 보통 풀웰과 노이즈 플로어가 제한합니다.
모델 가정
- Dynamic range는 compact noise model 아래 saturation capacity와 minimum detectable signal로 계산합니다.
- HDR extension은 full sensor readout architecture가 아니라 단순화된 short/long exposure 또는 knee behavior로 표현됩니다.
- Tone mapping과 perceptual rendering은 physical DR estimate 밖입니다.
출력값
- Linear dynamic range, dB/stops conversion, noise floor, saturation limit, HDR extension proxy, bottleneck diagnosis를 출력합니다.
- FWC, read noise, dark noise, HDR strategy 중 무엇이 usable range를 제한하는지 비교합니다.
검증 예제
- Noise floor를 고정하고 full well을 키우면 DR은 비율의 $20\log_{10}$만큼 증가해야 합니다.
- Full well이 변하지 않아도 read noise가 증가하면 DR은 감소해야 합니다.
핵심 수식
단일 노출 DR
$$DR_{\text{dB}} = 20 \log_{10} \left( \frac{FWC}{\sigma_{\text{floor}}} \right)$$
- \(DR\): 다이나믹 레인지
- \(FWC\): 풀웰 용량
노이즈 플로어에는 보통 읽기 노이즈와 암전류 노이즈가 포함됩니다.
포화
$$S_{\text{clip}} = \min(S, FWC)$$
- \(S\): 입사 광전자 신호
풀웰을 넘으면 선형 신호 정보가 남지 않습니다.
HDR 노출 범위
$$DR_{\text{HDR}} \approx 20 \log_{10} \left( \frac{S_{\text{max, long}}}{S_{\text{min, short}}} \right)$$
- \(S_{\text{max, long}}\): 장노출 프레임의 최대 신호
- \(S_{\text{min, short}}\): 단노출 프레임의 최소 신호
다중 노출 HDR은 범위를 넓히지만 motion 및 병합 제약을 만듭니다.
모델 해석
- FWC 증가는 하이라이트에, 읽기 노이즈 감소는 섀도에 유리합니다.
- 암전류는 장노출과 고온에서 바닥 노이즈를 올립니다.
- 공개 DR 값은 측정 정의와 SNR 임계값에 따라 달라집니다.
바닥과 천장
- 천장은 full well, ADC range, nonlinearity 중 먼저 도달하는 항목이 결정합니다.
- 바닥은 read noise, dark noise, quantization noise, 선택한 SNR threshold가 결정합니다.
- Threshold 정의가 없는 DR 숫자는 카메라 간 직접 비교가 어렵습니다.
HDR 주의점
- Multi-exposure HDR은 range를 넓히지만 motion artifact와 merge nonlinearity를 추가합니다.
- Dual conversion gain은 response curve 내 read-noise/full-well tradeoff를 바꿉니다.
- Highlight recovery는 최소 하나의 exposure 또는 gain state에서 clipping되지 않은 정보로 제한됩니다.
아직 빠진 물리
- 이 compact DR 모델은 tone mapping, local contrast, flare, black-sun artifact를 포함하지 않습니다.
- 포화를 hard clip으로 취급하지만 실제 픽셀은 blooming, compression, color-channel clipping을 보일 수 있습니다.
- ISP 처리 후 scene dynamic range는 sensor-domain DR과 다를 수 있습니다.