왼쪽부터
아이폰4S(1/3.2인치)
RX100(1인치)
마이크로 포서드(4/3인치)
미러리스 APS-C (22mm * 15mm)
Full Frame(36mm * 24mm)
645D(44mm * 33mm)
카메라에서 가장 중요한 것은 센서입니다.
센서란 무엇인고 하니, 빛을 전기로 바꿔주는 소자랍니다.
웬만한 것이 전부 디지털 소자화 되가는 와중에,
지금까지도 꿋꿋하게 아날로그 소자이기도 한 녀석이지요.
뭐여튼 각설하고 센서에 대해 설명드리도록 하겠십니다.
일단 센서의 크기에 대해 알아보도록 합시다.
흔히 스마트폰을 까보면 이 카메라 모듈은 센서가 1/3.2인치 짜리야 라든가
내 RX삐~ 는 센서가 1/1인치야, 라는 말을 좀 들어보셨을 겁니다.
이게 센서의 사이즈를 말하는 거랍니다.
그런데... 이게 좀 사기같은 단어입니다.
이미지 센서가 세상에 나온 해가 1973년입니다.
하지만 50-60년대 우주탐사선에는 이미 사용되고 있었습니다.
(이때는 카메라로 찍고, 이 필름을 자동 인화기(...)로 인화한다음에, CCD 스캐너(...) 로 스캔을 해서 지구로 보냈습니다)
50-60-70년대에는 브라운관 티비가 주름잡던 시절입니다.
이미지센서의 크기 규격은 이 브라운관과 깊은 연관이 있습니다..
브라운관에 쓰이는 진공관은 원래 둥그랬습니다.
여기에 사각화면이 송출되는 형태를 띄었지요.
눈치빠른 분들은 감이 오실겁니다.
저 센서의 크기인 1/3.3 인치는 센서의 대각선 길이가 1/3.3인치(약 7.7mm) 라는것이 아니고.
이런 겁니다
저 둥그런 튜브는 초기 비디오카메라에서 쓰이던 라디콘이라는 진공관입니다.
센서를 포함하는 진공관의 지름이 흔히 센서에 표기되어있는 1/3.3인치라는 규격의 정확한 개념입니다.
이를테면 마이크로포서드 규격은 약 1.1인치 규격(4/3인치)를 광고하고 있지만
이는 그 센서를 둘러싼 라디콘 튜브의 지름에 불과하므로
실제 사이즈를 계산해보면....
가로 17mm, 세로 13mm 정도로, 대각선 크기는 0.85인치에 불과합니다.
생각보다 많이 작지요?, 상당규모의 오차때문인지.
요즘은 센서크기를 가로세로 mm로 병기하는 경우가 꽤 됩니다만은,
휴대폰용 모듈은 아직도 이 규격을 쓰더라구요. 방심하지 맙시다.
센서 크기를 말하면 또 나오는 말이 Crop이라는 개념입니다.
들어가기 앞서 정확하게 정의해두고 갑시다
APS-C DSLR은 모두 크롭바디입니다.
마이크로포서드는 풀프레임입니다.
조금 카메라를 아시는 분들은 고개를 갸우뚱하실수도 있겠습니다만은.
센서의 크기를 설명하는김에 이 오해 역시 풀고 가도록 합시다
아놔 올X푸스랑 파XX닉은 저에게 카메라라도 하나 줘야되요 흥.
Crop 바디라는 개념은 의외로 오래된 개념입니다.
그도 그럴것이, 예전이나 지금이나 이미지센서는 미친듯이(!) 비쌌기 떼문이지요.
하지만 우리에게 가장 대중적으로 어필한 크롭바디는 캐논의 600D 지요?
캐논이 대중적인 DSLR을 선보였을때,
35mm 1:1 필름크기의 CCD는 개당 가격이 수백만원이었습니다.
단가를 맞추기 위해서 캐논은 센서의 크기를 적당하게 줄입니다.
대각선 대비 약 40% 정도를 줄여서 내놓게 된답니다.
이 규격은 훗날 APS-C 라는 규격으로 대세를 타게 됩니다.
이 상대적으로 작은 센서에 35mm용 렌즈를 장착하게 되면,
상대적으로 초점거리가 길어지는 효과를 가지게 되는데요,
(상이 맺히는 이미지가 작아지면, 초점거리가 길어지는 효과가 있습니다)
보통 렌즈의 화각에 1.5~1.6을 곱한만큼 초점거리가 길어지고,
초점거리가 길어지면 피사체가 크게 나오므로
잘라내서 확대한거같은 느낌이 나지요.
그래서 Crop 바디라고 부르는 겁니다.
하지만 마이크로포서드는 렌즈 마운트부터 광학구성까지
4/3인치 센서에 맞춰서 설계를 하고, 렌즈도 4/3인치용으로만 나옵니다.
그렇기 때문에 마이크로포서드는 크롭바디가 아니라 풀프레임입니다.
FF(Full Frmae)라 해서 무조건 36mm * 24mm를 의미하지 않습니다.
17mm 센서를 쓰더라도 광학단을 17mm에 맞춰서 설계하면 FF입니다.
크기 이야기는 더 길게 들어가면 밥먹고 싸우는 부분만 나오니 이쯤만 하도록 하고,
이제부터는 센서의 구조에 대해서 다뤄보도록 하겠습니다.
저 위에 이미지센서는 현재까지 남은 몇 안되는 아날로그 소자라고 했습니다.(또 하나는 RF모듈입니다)
아날로그라고 말하는 이유는, 센서의 구조에 기인합니다.
.
CCD부터 갑시다.
CCD는 Charged Coupled Device의 약자입니다.
어라? Sensor가 아니라 Device네요?
네 정확히 말하면 CCD는 센서가 아닙니다.
센서는 포토다이오드죠.
CCD는 나야
저 G라고 쓰인 판이 보이시나요? 저게 Gate(전극) 입니다.
저 전극 하나하나가 Condenser, 그니까 축전지에요.
빛이 Gate에 비춰지면, 전하가 모여들고(Charged)
이 모인 전하를 전압으로 바꾸어서 회로단에 전달합니다(Coupled)
전극이 보통 8개가 있는데요.
빛의 세기에 따라 Gate들이 연속적으로 전하를 축전해서
회로에 전달하게 됩니다.
그러면 8bit로 전압을 회로로 전달해줄수가 있지요?
이렇게 빛을 전하, 그러니까 전압으로 바꾸어주는 소자가 CCD입니다.
하지만 CCD는 저대로는 암것도 못 합니다.
Gate에 빛이 들어가면 왜 전압이 생기는데유?
그 전압을 만들어주는 Sensor 가 바로 포토다이오드입니다.
이 포토 다이오드는 받은 빛의 광자의 개수에 따라 내뱉어내는 전자의 양이 달라집니다.
이래서 아날로그 센서라고 했던 거지요.
CCD의 전체적인 구조는 이렇습니다.
1. 빛이 마이크로렌즈로 들어옵니다.
2. 포토 다이오드가 이 광자를 잡아먹고 전자를 뱉어냅니다
3. CCD가 전하(전압)을 저장해서 증폭, 조절해서 8bit 디지털 신호로 변환합니다.
4. Profit?
CCD의 장점으로는 기본적으로 전압을 이용해서 구동하기 때문에
이상한 신호가 안 나오는지라 노이즈에 강합니다.
저광량에서 디테일이 무너지지 않지요.
발색도 정확하고 DR도 넓습니다.
단점으로는 열받기가 쉽고, 열을 받으면 실리콘에서 열전자가 뛰쳐나가 CCD에 모이고
이게 회로로 전달됩니다. 이거 보통 Hot픽셀이라고 부르는데 CCD의 고질적인 단점입니다.
또 앞에 마이크로 렌즈 보이시죠? 이 마이크로 렌즈때문에 시야각에 제한이 있습니다
(뭐 렌즈 끼면 상관없는 문제지만)
그리고 매우 비쌉니다.
셍긴거 보세요, 안 비싸게 생겼나.
또 하나는, 요즘 대세를 타는 CMOS입니다.
CCD/CMOS 차이는 별게 아니에요
포토다이오드까지는 똑같습니다만, 하단의 변환소자가
CCD인가, CMOS인가의 차이일 뿐이지요
대신 CMOS는 반도체 공장에서 빨리 싸게 찍어낼수가 있기 때문에,
양산에 상당히 유리한 점을 갖습니다.
이 역시 전압구동이므로 빛을 전압으로 변환하기는 하는데요
이 친구의 문제는 원래 이 친구가 널뛰는 전기신호를 받는데 특화되지 않았다는 것에 있지요
그래서 잡음(noise)이 많이 발생하는 단점이 좀 있었습니다.
하지만, CMOS는 원래 반도체의 논리회로중 일부이므로,
얼마든지 보상회로를 만들수가 있었고,
후대에 이르러 노이즈가 현격히 줄어들고,
CCD보다 더 적은 노이즈를 구현하게 됩니다.
그래서 대세를 타지요.
하지만 계조나 발색에서 불리한점이 많아
중형 이상에는 CMOS가 들어가질 못하고 있습니다.
하지만 미러리스나 소형(35mm 풀프레임도 소형카메라입니다)에서는
CCD 대비 전력소모가 1/100밖에 안 되므로 나이스초이스이기도 하지요.
헠헠헠.. 쓰다보니 진짜 힘이 드네요...
마지막으로 Bayer 보간법만 설명하면 끝이군요.
CCD/CMOS는 색을 구분하지 못합니다.
그래서 마이크로 렌즈 위에 컬러필터를 씌워서 넌 이 색만 받아라. 라고 만들어놓습니다.
허지만.. 센서는 RGB배열이 아니랍니다.
왜냐하면, 센서의 수광면적이 최대한 넓어야 하는데, 센서하나에 RGB컬러필터가 다 있으면?
노이즈가 널을 뛰는거지요. 그래서 최대한 머리를 짜낸 결과..
"인간의 눈은 G에 민감하다. G는 그대로 두고, RB컬러필터 숫자를 반으로 줄여버리자"
해서 나온게 현재의 센서의 화소 배열입니다. 다음과 같아요.
짜잔
문제는 화소를 저렇게 배열해놓으면 사진이 삐꾸가 되잖아요?
픽셀에 RGB 신호가 다 있어야 하는데, 자기는 G신호만 갖고 있잖습니까?
그런대도 사진 찍어보시면 RGB값이 다 찍혀 나오지요?
이미지프로세서가 인접픽셀의 신호를 기반으로 그 픽셀의 나머지 값을 계산해서 때려맞추는 겁니다.
이를 Bayer 보간법이라고 부릅니다.
이거 굉장히 정확하고 신뢰성있는 프로세싱중 하나라서, 우리 눈은 위화감을 별로 못 느낍니다.
(그도 그럴것이 우리 눈도 Bayer 보간법으로 사물을 보거든요)
다만 일정 패턴의 물건에서는 이미지프로세서가 실수를 저지르게 되고,
그게 저번에 설명했던 무아레 현상이랍니다.
하지만 인간 이상태로 죽으라는 법은 없지요.
아무래도 Bayer 보간법을 사용하면 선예도에 많은 타격을 입게 됩니다.
그래서 등장한게 포베온 센서지요
포베온은 1:1 매칭 배열을 갖습니다.
충격과 공포다 그지 깽깽이들아
CMOS는 여러장의 웨이퍼를 잘라서 붙여서 만듭니다
회로 + 포토다이오드 이런식이로 말이지요
포베온은 RGB센서를 겹쳐서 만들어내는데요,
한 화소에서 RGB신호를 다 받을수가 있지요
이래서 충분한 수광량만 담보된다면야 무시무시한 해상력을 보입니다.
하지만...
안 그래도 부족한 빛을 센서가 세갈래로 나눠받는 경우가 되므로.
수광면적이 1/3로 줄어드는 효과(!)가 있으며
노이즈는 로그스케일로 1000배 늘어나게 됩니다(....)
시X마 카메라가 주광 전용 카메라라는 오명을 뒤집어쓰는 이유가 이거 때문이에요
후. 오늘은 여기까지 하겠습니다.
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이게 집단공황 주문인가요?
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뭔말인지는 모르겠지만 일단 추천 해야 할것 같아서 ....
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