엉터리 다이빙

조리개란?

조리개란 렌즈를 통해 들어오는 빛이 CCD에 도달하도록 빛의 양을 우리 눈의 동공과 같이 크게 또는 작게 조절할 수 있는 장치로,

렌즈 안에 금속 날개 모양을 겹쳐서 작은 구멍 모양으로 만들어져 내장돼 있으며,

셔터 속도와 병행해서 조작됩니다.

조리개의 구경은 크게 또는 작게 조절할 수 있도록 만들어져 있으며,

구경을 크게 하면 일시에 많은 빛이 렌즈에 들어오고,

반대로 구경을 작게 하면 적은 양의 빛이 들어오는 것입니다.

(렌즈부의 조리개)	(조리개를 확대한 모습)

(조리개의 심도를 조절했을 때의 모습)

조리개는 렌즈를 통과하는 빛의 양을 조절하기도 하고,

피사체의 심도를 조절하는 기능도 합니다.

조리개 수치와 역할

조리개는 조이거나 개방하는 수치를 나타내는 일정한 단위가 있습니다.

바로 f가 조리개의 수치를 나타내는 단위로 f스톱(f-stop), 또는 f넘버(f-number)라고 합니다.

(조리개 수치)

조리개의 수치는 f1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8 ,11... 등으로 표기됩니다.

조리개의 수치는 작을수록 조리개의 구경이 커지고, 이 수치가 커질수록 조리개의 구경은 작아집니다.

그러므로 조리개의 수치가 작을수록 조리개 구경이 크게 열려 들어오는 빛의 양은 많아지고,

조리개의 수치가 커질수록 조리개 구경이 작게 열려 들어오는 빛의 양은 줄어듭니다.

각 조리개 수치의 간격은 스톱(stop)또는 스텝(step)으로 표시되며,

한 스텝의 차이가 빛의 양에서는 두 배의 차이가 됩니다.

예를 들면, f4.0과 f5.6은 한 스텝 차이로 f4.0은 f5.6보다 조리개 구경이 배(1.414...) 크며 두 배의 빛을 받아들일 수 있고, 반대로 f5.6은 f4.0보다는 배의 조리개 구경을 지니며 절반의 빛을 받아들이는 것입니다.

또한, f4.0과 f8.0은 두 스텝 차이로 f4.0은 f8.0에 비해서 조리개 구경은 2배 크며 4배의 빛을 받아들일 수 있다는 것이며,

반대로 f8.0은 f4.0에 비해 1/2의 조리개 구경을 지니며 1/4의 빛을 받아들이는 것입니다.

대부분의 디지털카메라에는 기본적인 조리개 수치 외에 중간의 조리개 수치가 존재합니다.

예를 들면 f5.6과 f8.0이 한 스텝 조리개 수치인데,

그 사이에 f6.3, f7.0 등의 중간 수치가 대부분의 디지털 카메라에는 있다는 것입니다.

이는 각 조리개가 더 정밀하게 노출을 조절할 수 있게 하기 위해 중간 값을 만들어 놓은 것으로,

그 간격이 세밀하다면 그만큼 더 정밀하게 노출을 조절할 수 있게 되는 것입니다.

또한 최대 개방 조리개 수치와 최소 개방 조리개 수치의 범위는 넓을수록 좋습니다.

대부분의 보급형 디지털 카메라의 경우는 f2.0에서 f8.0 정도의 조리개 수치를 갖습니다.

그에 반해, 렌즈교환식인 DSLR 경우는 렌즈에 따라 다소 상이하기는 하지만,

f1.4-f22.0정도, 심지어 f32까지 지원되는 경우도 있습니다.

최대 개방 조리개 수치와 최소 개방 조리개 수치의 범위가 넓을수록 좋다는 것은 그만큼 조리개를 크게 열 수 있어 빛의 양을 많이 받아들일 수 있으므로 어두운 실내나 흐린 날에도 밝은 사진을 얻을 수 있다는 것이고,

또한 그만큼 조리개를 작게 조일 수 있다는 것은 야경이나 풍경사진 등에서 빛을 더욱 줄이면서 셔터속도를 늘려 배경까지 선명한 사진을 얻을 수 있다는 것입니다.

이처럼 조리개는 빛의 양을 조절함으로써 사진의 밝기를 조절하는 기능을 합니다.

조리개의 수치가 낮을수록 렌즈가 밝아지지만, 그만큼 렌즈의 가격이나 그런 렌즈를 채용한 카메라의 가격은 비싸집니다.

조리개는 또한 피사계 심도를 조절하는 역할을 합니다.

아래 (그림1)에서처럼 조리개 수치가 작을수록(조리개를 개방하게 될 때) 촬영대상의 초점 범위가 좁아져 초점이 맞는 피사체 부분만 선명하게 나오고 초점이 맞는 아래 부분 외의 다른 부분은 흐릿하게 처리되는 심도가 얕은 사진이 됩니다.

(그림1: f4.0, Out Focusing : 심도가 얕다)

반대로 (그림2)에서처럼 조리개의 수치가 클수록(조리개를 조일수록) 피사체에 대한 초점 범위가 넓어져 찍고자 하는 촬영대상인 피사체뿐만 아니라 화면 전체에 초점이 맞아 배경까지 선명하게 처리되는 심도가 깊은 사진이 됩니다.

(그림2: f22, Pan focusing : 심도가 깊다)

이미지 사이즈(Image size)란 이미지의 가로와 세로의 크기를 말합니다.

디지털 이미지의 크기는 “가로 화소수(픽셀수)×세로 화소수”로 나타냅니다.

예를 들어 컴퓨터 모니터 17인치의 크기가 1024×768인데, 이는 가로변이 1024개의 화소, 세로변이 768개의 화소로 구성돼 총 78만6432개의 화소로 되어 있음을 나타내는 것입니다.

그런데 요즘 일반적으로 보급되고 있는 컴팩트 카메라의 경우 사용자가 같은 해상도에서 두세 가지로 압축률을 조절할 수 있는 기능들이 내장되어 있습니다.

보통 Fine, Normal, Basic 등으로 표시되어 있는데,

Fine은 압축률이 낮아 고화질인 대신 메모리 용량을 많이 차지하고,

Basic은 압축률이 높아 화질이 좀 떨어지는 반면 메모리 용량을 적게 차지하는 장점이 있습니다.

이외에 고급 기종인 DSLR인 경우에는 Large, Medium, Small, Raw파일등 기종에 따라 다양한 압축 율을 조정하는 기능들이 있습니다.

압축률에 따른 특성을 다음 도표로 나타낼 수 있습니다.

이미지 사이즈가 어떤 차이가 있는지에 대해 다음 그림을 통해 알아보겠습니다.

일반적인 컴퓨터 모니터(1024×768=78만 화소)와, 인터넷 블로그에 올리는 사진(800×600=48만 화소), 500만 화소(2560×1920)를 가진 사진의 크기를 비교한 그림입니다.

좀 더 부연 설명하면 같은 크기의 글자라도 점 20개로 표현하는 것과 100개로 표현하는 것은 섬세함이 다릅니다.

사진도 마찬가지로 같은 물체를 큰 화소수로 표현하면 더 세밀한 사진을 얻을 수 있을 것입니다.

하지만, 카메라의 화질이 단순히 화소수에 비례하는 것은 아닙니다.

1000만 화소를 가진 컴팩트 카메라의 화질과 똑같은 1000만 화소의 전문가용 DSLR 카메라의 화질이 같을까요?

그렇지 않다는 것입니다.

그것은 카메라의 렌즈나 반도체 센서의 크기와 성능, 디지털 처리 방식에 따라 많은 변수가 있기 때문입니다.

이미지 센서는 화소수도 중요하지만 이 못지않게 크기도 매우 중요합니다.

예를 들어 1/2인치의 이미지 센서에 100만개의 화소를 집적해서 넣는 경우와 이보다 큰 1인치 이미지 센서에 100만개의 화소수를 넣는 경우의 이미지 디테일은 전혀 다르다는 것입니다.

즉, 화소 1개당 이미지를 받아들이는 면적을 크게 하면 할수록 빛의 명암과 색채에 대한 정보량이 그 만큼 많아져 화질이 좋아지게 됩니다.

이렇게 보았을 때 일반 컴팩트 카메라의 이미지 센서가 2/3인치인데 이 카메라의 화소수가 1400만 화소일 때와 DSLR 카메라의 이미지 센서가 이보다 더 큰 1인치에 1400만 화소일 경우의 이미지 화질은 다를 수밖에 없는 것입니다.

이미지 센서가 작은데도 너무 많은 수의 화소를 배치하게 되면 화소 1개당 크기가 줄어들게 되고, 빛이 투사되는 면적이 감소하게 됩니다.

그렇게 되면 화소간 간격이 좁혀져서 간섭이나 노이즈가 발생하게 되고 결국 이미지 화질은 떨어지게 되는 것입니다.

화소수는 데이터를 저장하는 용량과도 밀접한 관계가 있습니다.

예를 들어 128MB의 메모리 카드에 200만 화소 카메라가 100장의 사진을 저장한다면, 500만 화소 카메라는 50장도 저장 못할 수 있습니다.

화소수(픽셀)가 많다는 것은 데이터의 양이 많다는 뜻이며, 사진의 파일 용량도 커진다는 것입니다.

결국 큰 용량의 사진을 저장하거나 편집하는 데는 더 큰 컴퓨터의 메모리가 필요하다는 것이지요.

문제는 사진을 찍어서 어떤 용도에 사용할 것인가에 따라 적절한 이미지 사이즈를 선택하는 것이 좋을 것입니다.

디지털 카메라의 경우 이미지 크기가 커지면 용량이 커지고, 용량이 커지면 디지털 카메라의 메모리 카드에 촬영 가능한 사진수가 줄어들기 때문에 사진을 어떤 목적으로 활용할 것인가에 따라 알맞은 이미지 크기로 조절해 촬영하는 것이 메모리 카드 운용에도 도움이 될 것입니다.

그러면 이미지 파일은 어떤 파일 형식으로 저장되며 그 저장 방식에 따른 압축률이 어떻게 다른지 살펴보겠습니다.

압축 방식을 이해하게 되면 사진 촬영의 용도에 맞게 저장 형태를 달리할 수 있고 압축 방식에 따른 화질의 차이, 카메라 메모리 카드 운용 등에도 도움이 될 것이기 때문입니다.

디지털 이미지의 파일 형식에는 BMP, RAW, TIFF 등의 비압축 파일과 JPEG, GIF, PNG 등의 압축 파일이 있으며,

대부분의 디지털 카메라는 기본적으로 JPEG 파일 형식으로 이미지가 저장됩니다.

그러나 요즘 대부분의 DSLR 카메라는 본인의 의도에 따라 RAW 파일 형식으로 디지털 이미지를 저장하는 경우도 흔히 있습니다.

압축 파일이 만들어지는 과정을 다음 (그림1)을 통해 살펴보겠습니다.

(그림1)

위 (그림1)은 사진을 촬영해 얻은 어떤 피사체의 이미지를 카메라가 인식하여 디지털 형식으로 메모리 카드에 저장한 경우입니다.

비압축 파일의 경우 위 (그림 1)에서처럼 감광소자가 인식하는 이미지 하나의 셀이 하나의 값을 갖게 됩니다. 흰색(W)과 푸른색(B), 녹색(G)이 각각의 값을 가지게 되므로 비압축 파일인 BMP, RAW, TIFF 등은 그만큼 용량이 커지게 되는 것입니다.

그러나 압축 파일의 경우에는 위 (그림1)이 다음 (그림2)와 같은 형식으로 파일을 저장하게 됩니다.

(그림2)

즉, 인접해 있는 같은 색의 셀을 하나의 값으로 인식하고 합친 파일 형식이 압축 파일입니다.

위 (그림1)의 경우 셀의 수가 총 100개인 반면 (그림 2)에서는 셀의 수가 22개로 압축돼 버렸습니다.

그래서 JPEG, GIF, PNG 등의 디지털 이미지는 셀의 수가 적은 만큼 파일의 용량이 적은 장점을 가지고 있지만  비압축 파일보다는 이미지의 해상도가 떨어지는 단점이 있습니다.

앞에서도 잠시 설명드린 바가 있지만 8비트(2의 8제곱근) JPEG 파일은 256가지 디지털 정보를 가지는 반면 16비트(2의 16제곱근) RAW파일은 6만5536가지의 디지털 정보를 가지게 됩니다.

그런 면에서 보면 사람의 눈이 잘 인식하지 못하는 색에 대한 정보의 차이는 엄청나게 차이가 있음을 알 수 있습니다.

어떤 방식으로 이미지를 저장할 것인지에 대해서는 이제 촬영한 이미지를 어떤 용도로 어떻게 사용할 것이며 본인의 카메라 메모리 카드 용량이 얼마인지 등을 고려해서 판단해야 할 것입니다.

CCD와 CMOS

CCD(Chage Coupled Devices: 전하 결합 소자)는 미국의 벨 연구소가 개발한 반도체 소자로 종래의 트랜지스터 소자와 달리 신호를 축적 기억하고 전송하는 두 가지 기능을 동시에 갖추고 있으며,

필름 카메라의 필름에 해당하는 기능을 하는 디지털 카메라의 핵심 부품으로 흔히 ‘이미지 센서’ 또는 ‘영상 소자’라고도 합니다.

(CCD의 모양)

CCD는 렌즈를 통해 들어온 빛(영상)을 인식해 디지털 신호로 바꾸어 일시적인 기억 장치인 버퍼 메모리로 전달하고, 디지털 카메라는 별도의 메모리 카드를 사용해 최종적으로 화상을 저장하는 것입니다.

CCD는 크기가 크고, 세밀하게 배치돼 있는 화소(픽셀 Pixel)의 수가 많을수록, 높은 해상도와 선명한 색 표현을 할 수 있습니다.

CCD와 필름의 다른 점은 필름은 직접 화상을 기록하는 데 반해,

CCD는 일시적으로 기억하는 반도체일 뿐 완전한 화상의 저장은 메모리 카드에서 한다는 것입니다.

디지털 카메라에서는 이처럼 CCD 센서를 채용한 제품 외에도

CMOS(complementary metal–oxide–semiconductor: 상보성 금속 산화막 반도체)를 채용한 제품이 있습니다.

(CMOS의 모양)

CMOS는 CCD처럼 이미지 센서인데 CCD에 비해 화질이 떨어지고 크기가 크고 복잡하지만 가격이 싸다는 점에서  저가의 PC 카메라에 사용됐습니다.

그러나 CMOS는 CCD보다 발열이 더 적고, 전력을 적게 먹고, 회로의 크기가 작고, 라인별로 전송하기 때문에 훨씬 더 앞선 센서인데 문제는 노이즈 발생이 CCD보다 높다는 점이었습니다.

최근에는 CMOS의 이런 단점을 보완한 제조 기술의 향상으로 보급형 뿐만 아니라 전문가용 DSLR에도 많이 장착하는 추세입니다.

좀 더 부연 설명하면 CCD와 CMOS의 이미지 센서는 빛을 감지하는 소자의 배열 방식이 달라 제조 방식에 차이가 있지만 기능은 유사합니다.

CCD의 경우는 화상을 구성하는 화소가 받은 빛을 전하로 바꾼 후 회로를 통해 변조기로 전달하고, 마지막 단계에서 전압으로 변환을 합니다.

이와는 달리 CMOS는 전하를 전기 신호로 바꾸는 변조기가 모든 화소에 각각 들어 있어 신호를 읽어 내는 속도가 빠르며 시스템을 작게 만들 수 있습니다.

CCD와 CMOS의 차이를 도표로 정리해 보면  다음과 같습니다.

(<한국사진> 2010.3월호.Vol.356. p.44 인용)

CCD 와 CMOS

총 화소수와 유효 화소수

내가 가지고 있는 카메라는 00만 화소의 카메라라고 이야기합니다.

이때 00만 화소의 카메라라고 하는 것은 총 화소수를 말하며 이는 CCD 전체에 있는 화소(픽셀 Pixel)의 총합을 말합니다.

CCD의 화소 중에는 실제 영상신호를 기록하는 데 이용되지 않고, 영상신호를 전달하거나 다른 촬영정보의 처리 등을 위해 사용되는 화소가 있습니다.

총 화소수는 이런 화소까지 포함하는 CCD 전체의 화소수를 말하는 것입니다.

유효 화소수는 렌즈를 통해 촬영했을 때 실제 영상 신호만을 받아들이는 화소수를 말합니다.

다시 말해 유효 화소수는 총 화소수에서 영상신호를 전달하거나 다른 촬영정보의 처리 등을 위해 사용되는 화소를 제외한 화소수라고 할 수 있습니다.

CCD의 가장자리 부분은 영상신호를 감지하는 대신 영상신호를 전달하거나 다른 촬영정보의 처리 용도로 사용되기 때문에 총 화소수와 유효 화소수에 차이가 생기는 것입니다.

그러므로 총 화소수보다는 유효 화소수가 화상의 크기에 영향을 미친다고 할 수 있습니다.

예를 들면 어떤 카메라의 가로 픽셀×세로픽셀=825만3000 정도라고 할 때,

이는 총 화소수를 말하며, 유효 화소수는 약 800만 화소 정도이므로 800만 화소 카메라라고 흔히들 말합니다.

CCD의 크기와 초점거리

CCD의 크기는 다른 조건이 동일하다면 클수록 좋습니다.

필름의 면적이 클수록 좋은 사진을 얻을 수 있는 것처럼 CCD의 화소 당 표면적이 클수록 빛을 인식하는 표면적이 넓어지기 때문에 그만큼 정확한 색상 정보를 받을 수 있는 것입니다.

또한 CCD의 크기가 클수록, 실 초점거리가 길어져 피사체에 초점을 맞추어, 피사체를 또렷하게 하고 배경은 흐릿하게 처리하는 아웃포커싱 효과가 뛰어 납니다.

(CCD의 크기 비교)

불량 화소

디지털 카메라를 구입할 때는 CCD의 데드 픽셀, 핫 픽셀 등을 체크해 보고 문제가 있는 경우 교환을 하거나 AS를 받는 것이 바람직합니다.

CCD 불량 화소는 데드 픽셀, 핫 픽셀 두 가지를 합친 것을 말하기도 하고 ,

데드 픽셀만을 불량 화소라고 부르고 핫 픽셀은 노이즈라고 부르기도 합니다.

데드 픽셀(Dead pixel)

데드 픽셀은 촬영 시 조리개 열림 정도, 셔터 속도 등과 상관없이 항상 CCD의 특정 지점에서 흰색의 점으로 나타나며,

CCD의 수 백만개 화소들 중에서 특정 부분의 몇 개 화소가 색상 인식을 못해 어떤 색도 나타내지를 못하는 것입니다.

CCD 작업공정상 자연적으로 발생되는 오류로, 제 기능이 정지된 것인데, 데드 픽셀은 사진에 직접적으로 영향을 주며, 3개 이상의 데드픽셀이 있는 경우는 CCD 자체를 교환하도록 해야 합니다.

(화면상 데드픽셀의 형태)

핫 픽셀(Hot Pixel)

수백만개 픽셀이 매우 작은 기판에 모여 있는 CCD에, 전기적인 간섭으로 인해 발생하는 잡신호를 “핫 픽셀"이라고 하며 색상이 있는 점으로 나타납니다.

CCD는 열에 아주 민감한 부품으로 기온이 높거나, 셔터 속도를 길게 설정해 노출이 길어진 경우, ISO를 높여서 CCD 감도를 높인 경우, 카메라의 장시간 사용 등의 과열된 상태에서 CCD 핫 픽셀이 많이 나타납니다.

기계적으로 고장난 것이 아니므로 결함이라 볼 수 없으며,

최근의 디지털 카메라에는 대부분 노이즈 감소( Noise Reduction) 기능이 있어 웬만한 핫 픽셀 노이즈는 나타나지 않습니다.

그렇지만 핫 픽셀이 나타남으로써 이미지에 영향을 주는 경우라면 AS를 통해 핫 픽셀을 수시로 제거해 주는 것이 좋습니다.

(화면상 핫 픽셀이 나타난 형태)