엉터리 다이빙

카메라를 들고 셔터를 당길 때 가끔 생각하는 게 있다.

사람의 눈을 카메라의 렌즈와 카메라가 아직 따라오지 못한다는 것이다.

특별한 조작을 하지 않으면 카메라는 사람의 눈이 볼 수 있는 범위를 표현하지 못하는데,

그것은 안구의 생물학적 메커니즘을 현대 기술의 전자 기계적 메커니즘이 따라 오기는 아직 역부족이기 때문이다.

아마 영원히 생물학적 메커니즘을 따라오기 힘들지도 모르겠다.

광원에 따라 고유의 색깔이 다르게 보이는 것은 정도의 차이가 있겠지만 당연한 결과일 것이다.

사람의 눈은 워낙 적응이 뛰어나기 때문에 웬만한 광원에도 원래의 색을 그대로 읽는 메커니즘을 가지고 있다 .

백열등이나 형광등 밑에서 사람의 눈은 흰색을 읽을 수 있는 능력이 있다.

그러나 카메라는 눈의 적응력을 따라오지 못해서 백열등 아래의 흰색을 붉게 읽는다.

색온도란?

빛을 완전히 흡수하고 전혀 반사하지는 않는 이상적인 물체인 흑체(Black Body)를 가열하면 가열하는 온도에 따라 흑체가 내뿜는(방사하는) 색이 점차 달라진다.

온도가 상대적으로 낮을 때에는 불그스름한 빛을 띄다가 점차 노란색으로, 그리고 다시 하얀색으로 바뀌는데 온도가 더욱 높아지면 다시 푸르스름한 톤으로 바뀌게 된다.

이처럼 가열하는 온도에 따라 흑체의 색이 달라지는데,

어떤 광원의 색이 특정한 온도로 가열되었을 때의 흑체의 색과 같을 때, 그 광원의 색에 흑체의 온도(Kelvin)를 적용해서 “색온도 000K”라고 부른다.

예를 들어, 어떤 백열등의 컬러를 측정했더니 흑체를 약 3400도(Kelvin)로 가열했을 때 나오는 컬러와 동일하였다면 이 백열등의 색온도는 3400K가 된다.

가령 전구의 빛은 2,800K, 형광등의 빛은 4,500∼6,500K, 정오의 태양빛은 5,400K, 흐린 날의 낮 빛은 6500∼7000K, 맑은 날의 푸른 하늘빛은 1만 2000∼1만 8000K 정도의 색온도이다.

(표 1참조)

색온도의 측정법은 국제적으로 정해져 있으며, 적당한 색유리 필터와 표준광원을 써서 측정한다.

표1. 색온도 스펙트럼

다행히 디지털 카메라들은 적응력의 한계를 보완하기 위해 광원의 색온도에 따라 화이트 밸런스 변환이라는 기능을 가지고 있다.

광원의 색온도에 따라 화이트 밸런스를 변환하면 인간의 눈처럼 어느 정도 광원의 색깔에 따라 변하는 색 표현을 원래의 색으로 나타나게 한다.

현재 출시되는 대부분의 디지털 카메라는 수동 또는 자동으로 화이트 밸런스를 변환할 수 있다.

여기서 수동으로 색온도를 조절할건지 아니면 환경에 따라 자동으로 변환되는 자동모드로 설정할건지 수중사진가들의 고민이 시작된다.

물론 Raw 파일로 찍으면 촬영 후 컴퓨터상에서 작가의 의도에 따라 변환할 수 있다.

Raw 파일은 카메라의 설정을 컴퓨터에서 다시 할 수 있으며 화상의 질의 저하를 최대한 방지하는 파일이지만 사용할 수 있는 프로그램이 제한적이다.

수동으로 혹은 후보정으로 Raw 파일을 만져서 광원의 상태, 수심, 주위 환경 등을 고려하여 최적의 조건의 색온도를 원색에 가까운 색을 재현하기는 쉬운 일이 아닐 것이다.

그리하여 많은 수중 사진가들은 셔터스피드와 조리개로 이루어지는 노출은 다양한 표현을 위해 수동으로 설정하고, 색온도의 조절은 일관성 있는 색감 표현을 위해 자동으로 설정하는 경우가 많은 것 같다.

하지만 자동모드의 설정 역시 극단적인 광원의 색깔, 가령 붉은색이 강하거나 푸른색이 강할 때에는 광원 색깔의 영향을 완전히 배제하지는 못한다.

수중사진가들에게 화이트 밸런스 자동모드의 이해가 필요하다고 생각되는 것은 카메라에 기록되는 JPEG 파일이 아직 Raw 파일보다는 좀 간편하고 다루기 쉽고 카메라에서 금방 확인할 수 있고, 용량이 적어서 아직 많이 애용되기 때문일 것이다.

필자는 화이트 밸런스의 수동 및 자동모드 사용시,

대부분의 수중사진가에 익숙하지 않던 배경 물색의 변화에 관한 몇 가지 현상을 소개 하고자 한다.

그림1. 화이트 밸런스를 5300K로 설정했는데,

촬영 환경으로 인해 물색에서  파란색 계통이 결여되었다.

그림 2. 물색에서 파란색 계통을 올리기 위해 화이트 밸런스를 3200K로 설정했더니

전체적으로 푸른빛을 띠어 어색한 사진이 되었다

1) 광원의 종류에 따른 배경의 변화

최근 몇몇 잡지에 발표된 이야기인데 스트로브 촬영 혹은 지속광 촬영 시에 광원의 색온도에 따라 물색이 변하는 현상이다.

이 기능은 필름 카메라에 비해 가장 두드러지는 디지털카메라의 특징 중 하나이다.

필름 카메라에 익숙했던 필자도 몇 년전 이것에 관한 글을 보고 약간 의아했었던 기억이 난다.

색온도가 낮은 광원이 조광되면 카메라의 자동모드에 의해 카메라는 색온도가 높은 차가운 방향으로 색을 표현하기 때문에 물색은 파란색을 더 띄게 된다.

반대로 색온도가 높은 광원을 사용하면 배경의 물색은 따뜻한 색 쪽으로 표현하기 때문에 물색이 파란계통이 줄어들게 된다.

그림 3은 스트로브 5300 켈빈으로 촬영하고 화이트 밸런스를 거기에 맞게 설정하였다.

그림 4는 물색을 내기 위해 화이트 밸런스를 7200 켈빈으로 설정한 사진인데, 피사체가 푸른색을 띄어 어색한 사진이 되었다.

이런 경우 해결 방법은 그림 5에서 처럼 약 3000 켈빈 정도의 따뜻한 색온도의 광원을 사용하는 방법이 있다.

그림 3. 화이트 밸런스를 5300K로 설정하였고,

바다환경이 물색이 잘나오는 환경이 아니어서 노란색을 띄는 광원으로 라이팅하였다.

그림 4. 화이트 밸런스를 7200K로 설정하면 

푸른색이 더 좋고 노란색 계통이 강해졌다.

그림 5. 파란색이 강한 물색을 내기 위해 색온도를 3200K로 내려서 설정하면

전체가 푸른빛을 띠지만

피사체에는 따로 설정에 맞는 광원(3200K의 지속광)을 조사하여

푸른빛을 띠는 것을 어느 정도 막을 수 있어 자연스러운 표현이 되었다.

2) 피사체의 색감에 따라 변화하는 물색(자동 화이트 밸런스에서...)

비록 같은 광원이라 할지라도 피사체의 색깔이 따뜻한 색 계통의 낮은 색온도를 갖는다면,

자동 모드로 카메라 설정했다면 화이트 밸런스의 기준점이 측광으로 입력된 데이터의 인식에 의해 자동적으로 낮은 색온도로 변하므로 물색은 더 푸른색으로 변하게 되는 것이다.

그림 6, 7 참조:

그림 6은 피사체 없이 찍은 사진이고,

그림 7은 그 자리에서 낮은 색 온도인 주황색 계통의 색을 띄는 피사체를 촬영한 사진인데,

그림 6과 비교해 보면 피사체의 낮은 색 온도로 해서 배경의 푸른색이 더 증가 된 것을 볼 수 있다.

그림 6. 파사체 없이 촬영한 사진의 물색

그림 7. 그림 6과 같은 자리에서 낮은 색 온도인 주황색 계통의 피사체를 촬영한 사진인데

피사체의 낮은 색온도로 인해 배경의 푸른색이 증가되었다.

오늘날은 전 국민이 사진작가 시대라고 해도 과언이 아니다.

휴대전화에 달려 있는 조그마한 카메라부터 렌즈를 갈아 끼우는 전문가용 DSLR(Digital Single-Lens reflex camera, 디지털 일안 반사식 카메라)까지,

거의 누구나 한 개 이상의 카메라를 가지고 있다.

사진을 찍는 사람들이 늘어나면서 좀 더 좋은 사진을 원하는 수요도 늘어 교환렌즈를 사용하는 DSLR 판매도 급증하고 있다.

자연스럽게 렌즈에 대한 관심도 커질 수밖에 없다.

하지만 카메라 렌즈를 고르는 일이 여간 난해한 문제가 아니다.

시중에는 DSLR 카메라 종류의 몇 배, 아니 몇십 배에 달하는 교환렌즈 종류가 즐비하고 가격까지 천차만별이다.

이쯤 되면 카메라용 렌즈는 왜 이렇게 종류가 많은 것인지, 렌즈의 가격은 어떻게 정해지고 어떤 차이를 가지고 있는지 궁금하지 않을 수 없다.

다양한 이유가 있겠지만 이 글에선 DSLR 교환렌즈의 요소(element, 렌즈 통 안에 들어있는 개별렌즈)들에 대해 알아보고자 한다.

우선 카메라 렌즈의 역할을 생각해 보자.

카메라 렌즈는 우리의 눈을 모방해 발명됐다.

이는 상의 형성을 위해 받아들이는 광선의 양을 조절하는 기능이 비슷하기 때문이다.

어떤 물체 앞에 필름이나 디지털센서를 놓았다고 해서 상이 맺히지는 않는다.

피사체에서 반사되는 광선이 여러 방향으로 퍼지는 특성을 가지고 있기 때문이다.

즉, 광선은 어떤 뚜렷한 상을 형성하는 것이 아니라 필름이나 디지털센서 면 전체에 균일한 노출을 주는 결과 밖에 만들어내지 못한다.

따라서 뚜렷한 상을 형성하기 위해서는 여러 방향으로부터 들어오는 광선을 선택적으로 모으고 방향성을 갖게 만들어야 한다.

이러한 역할을 하는 것이 바로 카메라 렌즈다.

즉 카메라 렌즈는 빛을 모아 카메라 뒤편에 있는 필름, 또는 디지털 센서에 상을 투영하는 장치인 것이다.

필름 카메라용이건 디지털 카메라용이건 광학적인 원리는 같다.

카메라 렌즈는 기본적으로 볼록렌즈계(系)지만, 안경렌즈와 달리 단 한 개의 요소로 이루어지는 경우가 거의 없다.

대부분의 카메라 렌즈는 몇 개의 볼록렌즈와 오목렌즈가 합해져 만들어지는데, 이러한 것을 복합렌즈라고 부른다.

이렇게 카메라 렌즈 안에 여러 개의 렌즈가 들어가는 이유는 주변 렌즈의 수차나 초점상의 결함들을 수정하기 위해서다.

과거 필름카메라로 찍은 사진을 인쇄해 보면 상에 프리즘처럼 다른 빛깔이 나타나거나 상이 일그러져 나오는 경우가 있었다.

이런 상의 뒤틀림 현상을 수차라고 한다.

특히 요소의 모양과 수량은 수차를 줄이기 위해 설계되는 것이 기본이다.

수차는 빛이 파장이 다른 많은 단색광으로 이루어져 있고,

렌즈가 구면이라는 점 때문에 일어나는 현상으로,

찍는 사람의 능력과 무관하게 사진 품질에 영향을 미치는 광학적 특성이다.

주변부에서 입사된 빛과 중심부를 통해 입사된 빛이 한 곳에 모이지 않는 현상을 ‘구면수차’라 하고,

색깔마다 굴절률이 다르기 때문에 각기 다른 곳에 초점이 맺히게 되는 현상을 ‘색수차’라 한다.

이 외에도 비점수차, 코마수차, 상면만곡, 왜곡수차 등이 사진의 품질을 저하시킨다.

렌즈의 수차를 해결하기 위해 고안된 것이 다양한 오목렌즈와 볼록렌즈를 조합하는 방식이다.

이 방식의 시초는 독일의 수학자 가우스(Johann Carl Friedrich Gauss)가 1841년 설계한 가우스형 망원경이다.

이로부터 발전돼 조리개를 사이에 두고 대칭으로 요철 렌즈를 배치하는 설계 방식을 차용한 렌즈를 가우스타입 렌즈라 한다.

가우스타입은 1930년대부터 본격적으로 실용화 돼 조나타입(sonnar)과 함께 대구경렌즈로 발전했는데,

대칭형 구성을 띄고 있어 구면수차, 색수차, 상면만곡 등이 수차보정이 양호했다.

시중에 나와 있는 밝고 좋은 품질의 표준렌즈는 대부분 이 구성을 기본으로 설계됐다.

이렇듯 카메라 렌즈 속에 많은 요소를 가지고 있는 이유는 단일 렌즈 하나로는 색수차나 구면 수차, 그밖에 사진의 질에 영향을 미치는 문제들을 제거할 수 없고 손 떨림 보정 등의 특수기능을 구현할 수 없기 때문이다.

최초의 플래너 렌즈 이후 여러 카메라 렌즈 제조사들은 렌즈군의 곡률, 유리의 재질들을 조금씩 변형했으며, 후면 렌즈군을 조작해 자연적인 수차들을 다른 방법으로 억제하는 등 경쟁적으로 연구를 진행했다.

그 결과 지금처럼 다양한 카메라 렌즈가 탄생하게 된 것이다.

렌즈의 수차는 엄청난 수학적 정밀성을 바탕으로 해결된다.

때문에 단지 요소의 수가 많다고 해서 더 나은 결과물을 장담하는 것은 아니다.

또한 고가의 렌즈를 사용한다고 좋은 사진을 얻는 것은 아니다.

각각의 요소가 수차 제어를 위한 것인지, 손 떨림 방지 등의 기능성을 위한 것인지 구별해 자신에게 맞는 렌즈를 고르는 것이 좋겠다.

글 : 김상현 과학칼럼니스트