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출처: 아름다운 60대 원문보기 글쓴이: 원당
Digital Camera 초보
1. 디지털이란?
디지털 이란 용어는 설명이 그리 간단치 않습니다. 우리말로 대체할 용어도 없지만 대비되는 개념의 아나로그란 용어도 마찬가지 입니다.
그래서 흔히들 가장 쉬운 것으로 예를 드는 것이 신호 입니다.
어떤 음향 기기에서 신호가 나올 때 디지털화 되지 않은 상태 그대로 나오는 파형은 매끄러운 곡선을 가지고 있습니다.
그런데 이러한 자연 상태 그대로의 출력 신호는 제어하기가 곤란하므로 이를 수치적인 좌표를 표시하여 줄 수 있는 신호를 이용하여 아나로그 시에 얻어진 파형과 비슷한 좌표로 출력 되는 신호가 되도록 제어하여 준다면, 그와 비슷한 형태의 파형 신호를 얻을 수 있게 됩니다.
다만 얼마나 미세한 부분까지 같은가에 관한 문제는 남지만 아나로그 시에 얻어지는 어떤 결과와 같은 결과를 얻을 수 있게 됩니다.
이처럼 어떤 수치적인 제어를 통해 얻고자 하는 결과를 아나로그 신호와 거의 같은 유형의 신호를 얻을 수 있게 하는 기술을 디지털이라는 용어로 정의 할 수 있습니다.
더욱이 이렇게 신호 자체를 제어하여 아나로그에서 얻고자 하는 결과와 같은 결과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 어떤 임의적인 가공처리의 부가를 가능케 함으로써 더욱 자연 상태의 아나로그 때와 같은 결과 치를 만들어 줄 수 있을 뿐만 아니라 기술의 발전에 따라 이를 능가 할 수도 있게 되는 것이 디지털의 최대 메리트라 할 수 있습니다.
2. 컴퓨터 신호처리
디지털 이란 용어는 설명이 그리 간단치 않습니다.
컴퓨터에서 주로 사용되는 이러한 디지털 신호 처리는 0과1 이라는 두 가지 요소를 가지고 모든 계산 처리를 다 해내고 있습니다.
즉, 바이너리(Bynary:2가지)와 손가락(digit)의 합성어인 Bit란 단위를 기본으로 합니다. 즉 손가락 두 개로 모든 것을 다 계산해 내는 재주(2진수)를 가지고 있습니다.
비트(bit)에 대하여 좀더 알아봅니다. 컴퓨터가 탄생 하게 된 동기이기도 한 이 비트 개념은 1930년대 말 클로드 새넌이란 어떤 대학생이 논문에서 어떤 논리 명령을 받아 수행하는 전자 회로에서 ‘참’이면 1, 거짓이면 ‘0’으로 제어하면, 그 전자회로가 연산을 할 수 있다는 것을 증명하였습니다.
즉, 이 두 가지 요소만으로도 모든 복잡한 수치를 모두 계산해내고 연산할 수 있음을 증명한 것입니다.
이를 계기로 전자계산기가 탄생하였고 오늘날과 같이 엄청난 기능을 가진 컴퓨터로 발전된 것입니다.
따라서 컴퓨터에서 사용되는 모든 논리연산 신호의 가장 기본이 되는 단위는 바로 0 과1 두 가지 숫자 입니다.
또 설명 때는 편의를 위해 ON, OFF 또는 Yes, No 등과 같이 표기하기도 합니다.
그 어느 것이든 다 두 가지 요소로만 되어 있습니다.
따라서 비트란 두 가지만의 정보 표현 요소를 가지고 어느 한 가지를 표현할 때 그 결과 치를 1비트로 표현합니다.
예를 들어 1과 0 두 가지 요소로 배치할 때 1, 0 으로 표시하여도 1비트, 그리고 0,1로 표시 하여도 1비트 라고 합니다.
즉, 1비트는 두 가지 정보를 표현할 수 있게 됩니다.
그러면 2비트로 표현할 수 있는 정보는 몇 가지가 될까요?
00, 01, 10, 11 이렇게 4가지 배치가 가능해 집니다. 즉, 2비트는 4가지의 정보 표현이 가능해 집니다.
비트란 2의 승수와 같은 개념임을 잘 알 수 있습니다.
그러면 컴퓨터에서 컬러 표현을 할 때, 비트가 어떻게 사용되는 지를 알아 볼까요?
3. 비트정보
앞에서 비트에 대한 개념을 설명 하였지만 숫자로 표현하면 어지러운 느낌이 들므로 여기서는 색상으로 구분하여 그 개념을 보다 명확히 해보겠습니다.
사진에 관심이 있는 사람들은 색상에 대한 인식이 뛰어 나니까요.
먼저 0과 1, ON과 OFF, Yes와 No는 모두 각가지 요소이므로 여기서는 그냥 적색과 청색 두 가지 색상 요소를 가지고 설명합니다.
아래의 그림에서 보듯이 1비트 일때는 적과 청, 청과 적 두 가지 배치가 가능합니다.
즉 1비트로 표현 가능한 색상 배치,즉 정보는 2가지가 됩니다.
다음 2비트일 때는 말로 쓰기 복잡하니 아래의 그림을 보면 색상배치,즉 표현할 수 있는 정보 가지 수가 4가지가 됨을 바로 알 수 있습니다.
또 3비트일 때는 표현 가능한 색상배치, 즉 정보 수가 8가지가 됩니다. 이렇게 배치하여 가다 보니 어떤 일정한 규칙이 보입니다.
비트는 2의 승수를 나타내는 수치와 같은 것을 알 수 있습니다. 당연한 이야기 입니다.
비트란 2진수를 사용하기 때문입니다.
2진수로도 우리가 일상적으로 사용하고 있는 10진수의 모든 수치를 다 표현할 수 있음은 이미 알고 있는 바입니다.
통상적으로 색상 정보 표현 시에 자주 들어온 ‘각색 8비트로 색상 표현”이란 말은 빛의 3원색인 R,G,B 각 색을 2의 8승인 256가지로 표현 가능하다는 의미 입니다.
따라서 컬러 정보를 R,G,B 각색 8비트로 색상 표현을 한다면 Red(256가지 계조),Green(256가지 계조), Blue(256가지 계조)로 각 색상의 밝기의 계조를 표현한다는 의미 입니다.
즉 256☓256☓256 = 약 1,680만 가지 색상 계조 표현이 가능한 풀 컬러(Full Color) 표현이 가능하다는 의미 입니다.
풀 컬러란 자연 컬러,즉 사진과 같은 컬러란 의미 입니다.
우리는 당연히 풀 컬러로 사진 이미지를 표현하는 기기를 원하고 또 프린트 할 수 있는 기기를 찾게 됩니다.
4. 빛, 컬러
컴퓨터에서 컬러를 다루어야 할 사람들이므로 컬러에 대하여 어느 정도의 기초지식은 반드시 가지고 있어야 합니다.
태양으로부터 온 빛은 멀리 우주공간을 통해 우리들에게 밝기를 주지만 또한 색상을 선사하고 있습니다.
즉 태양이 떠 있는 낮이면 다양한 색상과 그 색상의 농담 차에서 오는 다양한 컬러들을 볼 수 있으나, 태양이 사라지면 모두 검은 어둠밖에 남지 않습니다.
초등학교 시절 누구나 한번쯤은 프리즘을 통해 무지개 색을 재현하여 본 경험이 있을 것입니다.
이때 프리즘을 통해 굴절된 파장에 따라 서로 다른 다양한 빨,주,노,초,파,남,보 등과 같은 무지개 색상은 우리들의 시각으로 볼 수 있는 가시광선입니다.
물론 파장의 단위가 짧아 우리가 시각적으로 볼 수 없는 자외선, ☓선, 감마선, 우주선 그리고 파장이 길어 볼 수 없는 적외선, 초단파, 단파장, 장파장등이 있습니다.
이렇게 우리가 볼 수 있는 가시광선을 분석하여 보았더니 여러 가지 다양한 색상을 나타내는데 주가 되는 3가지 색상이 있음을 알게 되었는데 바로 Red, Green, Blue 색상이 바로 그것인데 이를 빛의 3원색이라 부릅니다.
따라서 이 3가지 색상을 잘 이용하면 모든 색상을 만들어 낼 수가 있게 됩니다.
TV나 모니터 등은 바로 이러한 빛의 3원색인 R,G,B 색상 채널을 이용하여 만들어진 컬러로 우리에게 보여주고 있습니다.
여기서 만들어진 컬러라고 하였지만 엄밀히 말하면 아나로그의 색상을 디지털로 재현한 것이 맞는 말이므로 ‘만들어진’ 이란 의미 보단 ‘재현한’이란 표현이 더 맞을 것 같습니다.
그러면 프린터등에서의 컬러 재현은 어떻게 하는 걸까요?
5. RGB와 CMYK
빛의 3원색이 R,G,B라는 사실은 잘 알게 되었습니다.
즉 빛의 3원색이 모두 합쳐지면 백색이 되고(태양을 보는 것 같이), 빛이 사라지면 어둠의 흑색이 됩니다. 빛의 3원색을 이야기하였지만 기본적으로 백색과 흑색도 함께 이야기하고 있습니다.
그런데 빛이 없으면 모두 살리는 이러한 컬러를 표현하기 위해 찾은 주요한 잉크나 염료의 색상이 바로 RGB가 혼합될 때 나타나는 사이언(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)입니다.
그림에서 보아 바로 알 수 있듯이 이 색상은 빛의 3원색과 반대 위치에 있어 빛의 3원색과 보색 관계가 되기도 합니다. 그리고 이러한 색상 재현 잉크나 염료가 안 칠해 지면 그 바탕이 되는 백색 그대로이고 다 칠해지면 혼탁해져 흑색이 됩니다.
그런데 색상이 안 칠해지면 당연히 백색이 되나, 3가지 잉크가 다 칠해져도 정확한 흑색이 되지 않게 됩니다. 이는 잉크 등에 섞여 있는 불순물 등의 영향으로 완전한 흑색이 아닌 갈색계통을 나타내게 되므로 이런 색상을 버리고, 흑색 부분에는 별도의 흑색(Black) 잉크가 대응되도록 하여 사용하게 됩니다.
잉크젯 프린터 등의 컬러 잉크를 구입하면서 이미 다 알고 있는 것이지만 칼라 잉크(C,M,Y)와 흑색(BK) 두 개를 별도로 구입하게 됩니다.
흑백으로 사용하기 위해 흑백(BK)잉크가 필요한 것이 아니라 컬러를 재현하여 주기 위해서도 흑색이 필요 합니다. 따라서 잉크 등의 색상을 이야기 할 때는 의례 CMYK로 표현합니다.
컴퓨터에서는 몇 가지 색상 모드를 사용하고 있으나 그 대표적인 것이 RGB색상 모드와 인쇄 분야 등에서인쇄 원고와의 색상 매칭을 위해 사용하는 CMYK 색상 모드가 있습니다.
일반적으로 디지털화된 이미지를 프린트 할 때 일부러 RGB색상모드를 CMYK모드로 바꿀 필요는 없습니다. 이미 RGB의 색상에 CMYK 색상 값들이 완벽히 되도록 해 놓은 상태이기 때문입니다.
다만 인쇄 분야에서는 자신의 업체에서 보유한 인쇄기기와의 완벽한 컬러 매칭을 위해 CMYK모드로 바꾸어 사용하는 경우가 있으나 일반 컬러 프린팅 작업에서는 전혀 그럴 필요가 없습니다.
6. 컬러의 3대 구성요소
앞에서 가시광선의 색상을 분석했을 때 주가 되는 3가지 색상이 R,G,B라고 하였습니다.
그런데 빛을 좀더 분석하여 보니 가장 중요한 요소가 당연한 이야기지만 밝기(Brightness)이고, 어떤 밝기에서 각 색상(Hue)에 따른 농담에 따른 채도(Saturation)란 요소들로 구성된다는 사실을 알게 되었습니다. 즉, 이들 3가지 요소 밝기, 채도, 색상을 컬러의 3대 구성요소라고 합니다.(여기까지 왔으니 여러분은 이미 컬러 전문가가 되었습니다.^^*)
아래의 도표를 보면 그 느낌을 확실히 알 수 있게 됩니다.
그런데 여기서 중요한 것은 컬러를 구성하는 요소가 어떤 것인지를 알았으니, 이러한 요소들을 각각 조절해 수 있다면 어떻게 될까요?
어떻게 되긴요? 컬러 변경하여 줄 수 있게 되는 것이지요.
프로그램을 잘 짜서 이러한 요소들을 변경 시킬 수 있다면, 또 사람들이 그러한 변경 작업을 변경되는 이미지를 보면서 손쉬운 조작 툴을 이용하여 조절하여 줄 수 있다면 멋진 그래픽 프로그램이 되는 것입니다. 즉 밝기를 조절하여 주거나, 마음에 드는 또는 원래의 느낌이 들도록 색상을 조절하여 주거나, 모자라는 농담을 보완하여 채도를 바꾸어 주는 작업을 손쉬운 그래픽 툴로 만들어 놓은 것이 그래픽 프로그램입니다.
그래픽 프로그램을 잘 만들어서 컬러 변경할 수 있게 된 것이 아니라 컬러가 원래 그렇게 하면 조정되기 때문입니다. 흔히들 주객이 전도되어 디지털 사진을 하면서 그래픽 프로그램을 어떻게 배워야 하나 걱정하는 사람들이 많은데 매우 우스운 일입니다.
컬러를 알면 그래픽 프로그램에서 그러한 도구가 어디에 있는지만 알면 됩니다.
어떤 그래픽 프로그램도 이 범주를 벗어난 것은 있을 수 없습니다.
(뒷편 그래픽 프로그램 설명 부분에서 어떻게 연관이 되어 있는지를 보세요. )
그래픽 프로그램에서 리터치 작업이라고 일컫는 ‘사진을 사진과 같이 만들어 주는 작업’은 이와 같은 컬러 구성요소만 이해하여도 5~10분이면 누구나 이해하고 바로 활용이 가능합니다.
7. 톤 컬러
컬러에 대하여 이야기 하다 보니 점점 전문가 영역으로 들어오게 되는군요! 하지만 이 이야기도 이미 앞에서 알게 모르게 설명을 한 내용이므로 정리하는 기분으로 보시면 됩니다.
앞에서 컬러의 3개 구성요소 중 가장 중요한 요소가 사실은 밝기(Brightness)임은 자연스럽게 알 수 있었습니다. 그렇지 않은가요? 만약 R,G,B 3가지 색상이 있을 때 모두 동일한 밝기와 농도를 가진 한 가지 색상이라면 어떠한 계조도 나타나지 않게 될 것입니다.
만약 어떤 물체의 형상이 몇 가지 단일한 색상만으로 밝기의 차이가 없이 그려져 있다면 우리는 그 물체의 형상을 알 수가 없게 됩니다.(그림 A) 그런데 이 그림에서 밝고 어두운 계조차가 있게 됨에 따라
그 물체의 형상을 뚜렷이 알 수 있게 됩니다. (그림B) 이렇게 물체를 형상을 구별하여 줄 수 있는 힘을 바로 톤(Tone)컬러라고 합니다.
톤 컬러라고 애기 하였으므로 밝기뿐만 아니라 색상과 채도를 모두 포함하여, 그 컬러를 보다 명확히 보여줄 수 있는 물체의 구별 힘을 바로 ‘톤(Tone)’ 이라 합니다.
따라서 컬러를 다룸에 있어서는 얼마나 자연스러운 톤 컬러로 촬영하느냐,
출력하느냐를 가지고 품질을 논하게 됩니다.
프린터에서 거의 사진에 가까운 컬러를 재현하는 풀 컬러 프린터는 연속적인 톤의 재현이 가능 하지만,
잉크젯 프린터처럼 미세한 잉크방울 도트를 뿌려서 컬러를 재현하는 경우에는 풀 컬러 프린터처럼 연속적인 톤 컬러를 재현하기가 어렵습니다.
또한 잉크젯 프린터로는 풀 컬러라는 1680만 가지의 색상 계조 표현이 곤란하기 때문에 사진과 가깝다고 말하지만 풀 컬러라는 용어를 사용하지 못합니다.
이 톤 컬러 부분의 설명은 사실 감각적인 부분과 관계있으므로 “아, 그런 것이 있구나!” 하는 정도로만 기억하면 됩니다.
8. 컴퓨터의 역할
컬러에 대하여 전문가 수준으로 알아보았으니 이제 컴퓨터에 대하여 알아봅니다.
이미 인터넷을 이용하여 여기까지 온 사람이라면 누구나 컴퓨터에 대해서는 이미 일가견을 가진 분들이라 생각합니다.
하지만 여기서는 디지털 이미지를 다루는데 있어서의 컴퓨터 역할에 대하여 잠깐 집고 갈 것입니다.
왜냐하면 사진만 주로 다루어온 사람들은 컴퓨터에 대하여 겁먹는(?) 경우가 많기 때문입니다.
디지털 이미지를 잘 다루기 위해 컴퓨터 자체에 대하여 겁먹을 필요가 전혀 없다는 것을 알려주고 싶어서입니다.
디지털 카메라로 촬영되어 입력된 이미지나, 스캐너 등을 통해 컴퓨터로 입력되어진 디지털 이미지를
우리는 사실 모니터를 통해서 보게 됩니다.
그런데, 모니터를 통해 본다는 것도 사실은 그래픽 프로그램에서 오픈시켜 보는 것이 됩니다.
대부분의 그래픽 프로그램은 R,G,B 각 색상을 8비트 정보로 컬러를 재현하고, 리터치 조정하고, 이를 저장 할 수 있도록 되어 있습니다.
물론 모니터 등도 컴퓨터의 그래픽 보드에 의해 R,G,B 각 색상을 8비트 정보의 컬러로 이미지를 모니터에 뿌려 컬러를 재현합니다.
따라서 디지털화 된 이미지의 보다 근본적인 컬러 생성은 디지털 카메라나 스캐너(필름 또는 평판)에서
촬영 또는 입력 시에 컬러의 R,G,B 각 색상을 어떤 계조로 기록하느냐에 달려있습니다.
즉, 몇 비트로 그 계조들을 기록하는가에 따라 컬러의 품질이 좌우됩니다.
영상의 컬러 기록과 계조의 생성은 다음 장, CCD와 A/D 컨버터 부분을 참조바랍니다.
따라서 컴퓨터의 역할은 단지 이미지를 입력 시켜 줄 디지털 카메라 또는 스캐너 등의 주변기기로 부터 이미지를 받아주고, 그래픽 프로그램에서 지정한 파일형식(포맷)으로 저장하고, 또 저장한 이미지를 재현시켜 주는 대로 보여 주는 기계에 불과합니다.
최근의 펜티엄 급의 컴퓨터라면 어떤 컴퓨터라도 디지털 이미지를 그래픽 처리하는데 아무런 지장이 없습니다.(한 단계 더 나아가 이야기 한다면, 컴퓨터는 운영체제를 뒷받침해 주는 플랫폼이라고도 합니다.)
9. CCD
CCD(Charged Coupled Device)란 광전 변환 장치를 일컫는 용어입니다.
이 광전 변환 장치에는 수없이 많은 미세한 광전 변환 입자들이 직접 되어 있습니다.
그 각각의 입자들이 영상을 분담하여 수광하게 됩니다.
즉 센 빛을 받으면 큰 전기적 신호가 나오고, 약한 빛을 받으면 약한 전기적인 신호가 나오게 됩니다.
즉 빛의 신호를 전기적인 신호로 변환 시켜주는 역할을 하는 장치입니다. 빛에 닿아 발생된 전기적인 신호를 그 다음 처리 과정으로 보내주는 방전 처리가 되면 다음 수광이 가능케 됩니다.
따라서 디지털 카메라나 스캐너 등에서 빛의 영상을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 CCD를 통하여 빛의 영상을 디지털화 하게 됩니다.(물론 다른 장치들과 연결되어진 복합 작업에 의해 디지털화가 됨)
따라서 CCD는 바로 자연의 영상을 가장 먼저 디지털화를 시켜주는 디지털의 눈이라 할 수 있습니다.
디지털 카메라에서는 필름 역할 대신에 빛을... 많은 미세한 광전 변환 입자들이 이를 분담하여 수광하게 되는데, 그 대부분이 디지털 처리과정을 거쳐 디지털 이미지를 구성하는 입자들로 대응되어 집니다.
이렇게 디지털화 된 이미지 입자를 그림(Picture)의 구성 요소(Element)라 하여 화소(Pixel)라고 부릅니다. 따라서 디지털 이미지는 이러한 픽셀(화소)들로 구성된 이미지가 됩니다.
그리고 디지털 카메라도 역시 셔터 버튼을 누르는 순간까지는 일반 카메라와 같습니다.
카메라는 사람들의 시각 인식원리를 이용한 것입니다. 망막과 같은 역할을 하는것이 필름이면 필름카메라, CCD이면 디지털 카메라가 됩니다. 망막의 시신경들의 단면을 각각의 픽셀이라 할 수 있습니다.
그런데 디지털 카메라는 필름카메라와 달리 CCD에서 빛을 수광하고 거기에 기록되는 것이 아니라 그 데이타를 다른 곳으로 넘겨주어 이를 디지털화 시킨 다음 파일형식으로 저장시켜 메모리 장치에 이미지 데이타를 기록합니다. 즉 인식은 CCD, 기록은 메모리 카드에서 하는 이중 구조를 가지고 있는 것이 일반카메라와 다른 점입니다.
필름 스캐너는 필름의 이미지를 픽셀 이미지로 만들어주는 역할을 하는 기기입니다.
이러한 필름의 영상을 픽셀로 만들어 주는데도 CCD가 사용됩니다. 필름에 인공조명 광원을 비추어 필름을 통과하게 합니다. 필름의 기록 내용에 따라 강약이 다른 빛이 CCD에 수광 되어 집니다.
그렇게 나온 신호를 디지털 신호로 만들어주는 변환 장치를 거치면 픽셀화 된 필름의 영상 이미지가 컴퓨터의 모니터에 뿌려지게(스캔: Scan) 됩니다.
10. CCD의 컬러인식과정 1
이렇게 빛을 받아 그 영상 신호를 디지털로 바꾸어주는 역할을 하는 CCD는 디지털화의 첫 단계 역할을 합니다. 그런데 이러한 CCD는 컬러를 인식하지 못합니다. 즉, 컬러를 인식할 수 있는 CCD는 없습니다.
단지 빛의 강약을 받아 전기적인 강약 신호로 바꾸어 줄 뿐입니다.
이러한 CCD는 자체적으로는 컬러를 인식할 수 없는 흑백 세계 입니다.
따라서 CCD에 컬러를 인식 시키는 방식은 사람들의 컬러인식 원리를 이용하여 빛의 3원색 필터를 통과시킴으로써 R,G,B 각색을 인식시켜 주게 됩니다.
필름 스캐너의 경우에는 필름과 CCD사이에 빛의 3원색인 Red, Green, Blue 필터를 끼워 각 필터 색상 때 마다 한 번씩 필름의 영상을 읽어주어(Scan) R,G,B 3색상의 영상신호를 모두 읽어 합하여 필름의 영상을 컬러의 디지털 이미지로 보여주게 됩니다. 따라서 디지털 이미지를 구성하는 픽셀 한 개에는 R,G,B 각색상의 3가지 색상이 모두 담겨져 있게 됩니다.
흑백의 CCD에 컬러를 주는 역할을 R,G,B 필터가 하고 또 이렇게 얻어진 디지털 이미지를 구성하는 픽셀은 그 픽셀 한 개, 한 개가 모두 각각 R,G,B 색상 정보를 모두 가지고 있음을 알 수 있습니다.