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촬상소자(撮像素子, CCD, CMOS) 1
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05-07-21 18:30
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작성자 : 관리자 |
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700만 화소 콤팩트 디지털카메라와 600만 화소 DSLR중 어느 쪽이 화질이 좋을 까?
최근에는 카메라폰의 화소수가 300만화소가 대중화되고 500만 화소가 시판되기 시작했다. 콤팩트형 디지털카메라의 경우 500만 화소가 일반적이고 고급형은 700~800만 화소의 카메라도 각 메이커에서 경쟁적으로 출시하고 있다. 콤팩트형의 700만 화소 디지털카메라와 600만 화소대의 DSLR 카메라의 경우 어느 쪽이 더 좋은 화질의 사진을 만들 수 있을까! 답은 대부분의 경우 화소의 수가 적어도 DSLR의 경우 CCD, CMOS의 크기가 더 크고, 렌즈의 성능이 우수하며, 이미지를 처리하는 엔진이 좋기 때문에 DSLR 카메라가 더 좋은 화질의 이미지를 만들 수 있다.
▲ CCD,CMOS
필름카메라는 피사체, 렌즈, 조리개, 셔터 등으로 만들어진 영상정보를 필름에 저장, 현상, 인화 과정을 거쳐 사진이미지로 만들어진다. 디지털 카메라의 경우 CCD, CMOS라고 하는 이미지센서칩(image sensor chip, 撮像素子, sensor)에서 전기신호로 만들어져 저장 장치인 메모리(CF, SD, Memory stick 등)에 저장되어 컴퓨터 등에 다운로드 되어 모니터를 통해 보여지거나, 디지털프린터 등으로 사진이미지로 만들어진다. 디지털카메라의 성능을 좌우하는 가장 중요한 부분이 촬상소자인 CCD, CMOS라 할 수 있다. 촬상소자의 성능, 즉 화질은 기본적으로 CCD, CMOS의 수(數)와 크기（가로X세로）에 따라 결정된다.
CCD, CMOS 등의 촬상소자는 많은 빛을 받으면 받을수록 다아내믹렌지（dynamic range）가 증가하여 계조가 풍부한 이미지를 촬영할 수 있다．즉 수광면적이 크면 클수록 고화질의 사진을 만들 수 있다. 따라서 같은 화소의 디지털카메라의 경우 보급형 콤팩트 보다는 좀 더 큰 촬상소자를 사용하는 중급의 디지털카메라가( 약 20 배 정도 큰 촬상소자를 사용하는 DSLR 카메라가) 더 좋은 화질을 만들 수 있다. 그러나 꼭 촬상소자의 사이즈와 수광면적이 비례되는 것은 아니고 렌즈, 이미지 처리 엔진 등 여러 가지 요인으로 화질이 결정된다.
▲ CCD size
2.촬상소자(撮像素子,CCD,CMOS)와 사이즈
촬상소자의 면적이 크면 수광면적도 당연히 크게 된다. 그 때문에 많은 디지털카메라는 카탈로그 스팩상에 CCD,CMOS의 사이즈가 표기되어 있다. 1/2.7인치(inch) 1/2인치 등으로 표기되어 있는 수치가 촬상소자의 사이즈이다.
촬상소자 사이즈의 표기는 2종류가 있다. 하나는 촬상소자 가로 세로 사이즈, 즉 23.0mm X 15.5mm 처럼 표기한다. 이러한 표기법은 촬상소자의 크기가 비교적 큰 렌즈교환식 즉 DSLR(Digital Single Lens Reflex)카메라에서 많이 쓰인다. 표기 단위가 mm 이기 때문에 비교적 쉽게 크기를 짐작할 수 있다.
또 하나의 방법은 1/2인치처럼 수치가 하나만 있는 표기 방법이다. 이러한 방법은 콤팩트형 디지털카메라에서 많이 표기되고 있다. 이 수치는 촬상소자의 대각선의 길이를 사이즈로 표기한 것이다. 분수 표기를 사용하기 때문에 혼돈하기 쉬우나 분모의 수가 작은 쪽이 큰 사이즈의 촬상소자이다. 즉 1/2.7인치 보다 1/2.0인치가 더 큰 CCD, CMOS이다. 물론 분자의 경우는 큰 쪽이 더 큰 사이즈가 된다. 즉 1/2인치 보다 3/2인치가 큰 사이즈가 된다.
대각선사이즈에 인치를 사용하는 것은 진공관을 사용하던 시절 촬상관의 사이즈 표기의 명칭이다. 진공관의 작경은 1인치, 2/3인치, 1/2인치 등으로 작아졌기 때문인데 촬상소자도 이 사이즈에 맞추어 광학계 등에서 사용하였기 때문에 촬상소자가 등장할 무렵 촬상관의 사이즈를 사용하게 되어 명칭을 그대로 사용하게 되었다.
그러나 DSLR카메라의 경우 촬상관 보다 월등히 큰 사이즈의 CCD, CMOS를 사용한다. 이것은 진공관에서 사용된 촬상관에는 없는 사이즈이기 때문에 25.4mm X 15.5mm, 24mm X 36mm 처럼 촬상소자의 가로 세로 사이즈를 mm로 표시하게 되었다.
촬상소자의 CCD, CMOS 인치표시는 진공관의 유리면적(두께)가 포함된 수치였기 때문에 정확한 인치사이즈를 수용하지 않기 때문에 1/2인치의 경우 12.7mm가 아니고 8mm가 통상적이다. 또한 메이커와 모델에 따라 0.5mm정도의 오차를 갖고 있기 때문에 예를 들어 어떤 메이커의 1/1.8인치 CCD는 대각선사이즈 8.98mm, 8.933mm, 9.04mm의 3종류가 있을 수 있다.
콤팩트 디지털카메라에 많이 사용하는 1/2.7인치를 기준으로 삼았을 때 중급기인 1/1.8인치 CCD의 경우는 약 2배의 면적을 가지고 있다. 고급기에 사용하는 3/2인치의 경우는 약 4배의 면적을 가지고 있으며, 보급형 DSLR에 사용되는 23.5mm X 15.5mm의 경우는 약 17배의 면적으로 수광 할 수 있는 상당한 차이를 갖고 있다.
또한 폰카메라에 사용하는 1/4, 1/5인치 사이즈의 CCD의 경우는 1/2인치에 비해 반 또는 1/3정도의 작은 면적을 갖고 있다. 그러한 차이 때문에 다이내믹렌지, 중간계조, 자연적인 색상의 표시 등이 차이를 보일 수밖에 없다. 따라서 같은 화소라도 보급 콤팩트형 보다 더 큰 촬상소자를 사용하는 중급기가 더 좋은 화질을 만들 수 있고 DSLR과는 상당한 차이를 갖고 있다. 사진의 화질은 촬상소자의 크기만으로 결정되어지는 것은 아니지만 상당히 중요한 요소이기 때문에 디지털카메라를 구입할 때 반드시 CCD, CMOS 사이즈를 체크해야 한다.
3. 같은 면적의 경우 화소수가 증가하면 수광면적은 작아진다.
화소수는 촬상소자의 사이즈와 마찬가지로 화질을 좌우하는 중요한 요소이다. 그러나 화소수는 같은 사이즈의 촬상소자라면 그 안에 얼마나 많은 크기로 수를 늘리는가에 따라 수가 결정된다. 따라서 촬상소자의 사이즈처럼 발색, 계조표현 등을 풍부하게 해주는 요소가 아니다. 같은 크기의 촬상소자의 경우 화소수가 증가하면 수광면적이 좁아지며 다이내믹렌지가 작아지는 지장이 발생된다. 특히 콤팩트 디지털카메라에 많이 사용하는 IT-CCD에 더욱 문제가 발생한다. 다이내믹렌지가 작아지면 콘트라스트가 높아지고 밝은 부분이 날아가며 플래어 현상이 쉽게 발생한다. 따라서 화소수가 많으면 많을수록 좋은 것만은 아니다. CCD, CMOS의 사이즈와 성능 등의 밸런스가 중요하다.
그러한 단점을 보완하기 위하여 후지필름의 슈퍼허니컴 CCD의 경우는 촬상소자 모양을 다각형으로 만들고 중간에 작은 CCD를 배치하여 풍부한 계조와 색을 확보하는 방식을 사용한다. Canon 1Ds Mark2, Kodak 14n,c처럼 큰 사이즈의 CMOS를 사용하는 디지털카메라가 보급형DSLR카메라에 비해 화질이 우수하다. 2200만 화소 49X39mm CCD를 사용하는 백형식의 디지털카메라는 촬상소자의 크기가 크고 화소가 많아 전체적인 밸런스를 유지하기에 유리하기 때문에 화질이 우수하다.
글: 황선구 교수
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