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2007/10/15 11:32
http://blog.naver.com/stablecam/80043665022
본 글은 서적과 인터넷에 노출되어 있는 정보이며 주인장이 이해한 바에 의해 정리한 내용입니다.
필름카메라를 다루기 위해서는 필름에 대한 공부를 꼭 해야 한다. 각 제조회사마다 특징이 있고 쓰임새에 따라 종류가 분류되어 있다. 비디오카메라에서 필름의 역할을 하는 것이 CCD인데 대부분 간략한 기능적 역할만 숙지할 뿐이다. 분명 이것은 잘못된 것이다.
CCD라는 것은 손톱크기만한 반도체 칩이다. 물론 손톱크기보다 더 작은 것에서부터 35mm필름크기만한 것도 있다. 일반적인 크기를 말한 것이다. 이것이 필름의 역할을 한 다는 것은 다들 잘 알 것이다. 필름카메라의 경우 렌즈를 통해 빛이 들어오면 필름에 그 빛이 기록된다. 촬영하고자 하는 피사체의 정보가 기록된다고 하자. 계속 ‘정보’라는 말을 사용하겠다. 그럼 비디오카메라는 테이프에 정보를 기록하는데 빛이 곧바로 테이프로 가지는 않는다. 테이프에는 전기신호 정보가 기록된다. 우리가 CD나 디스켓에 문서나 데이터를 저장하는 것과 같다. 비디오카메라에 있어서 CCD의 역할은 렌즈를 통해 들어온 빛의 정보를 테이프에 기록 가능한 전기신호로 바꾸어주는 것이다.
CCD를 이루는 구성요소들이 있다. 그것을 픽셀Pixel 즉, 화소라 부른다. 왼쪽 위의 그림을 보면 작은 사각형들이 픽셀이다. CCD의 한 면을 가들 채우고 있다. 이 픽셀들 각각이 빛을 받아들이고 전기신호를 발생하는 것이다. 우리가 포토샵에서 사진으로 최대로 확대하면 작은 사각형들로 이루어진 것을 볼 수 있다. 그것들이 바로 이 픽셀들이 받아들인 정보들이 기록 된 것, 역시 잘 알 것이다. 그렇다면 이 픽셀들이 많을수록 더 세밀하고 좋은 품질의 영상이 나온다는 얘기인데 그것이 꼭 그렇지만도 않다. 수의 많고 적음에 대한 문제로만 생각하면 곤란하다는 얘기이다. 예를 들어, 가로세로 1cm크기의 CCD있다고 치자. 여기에 픽셀을 100만개 집어넣는 것과 300만개가 있는 것은 무슨 차이가 있을까? 300만개 있는 것이 더 좋다고 생각하지만 꼭 그렇지만도 않다. 300만개의 픽셀을 넣기 위해서는 100만개 때 보다 각 픽셀의 크기가 작아져야 한다. 문제는 픽셀의 면적이 작으면 빛을 받아들이기가 100만개 때 보다 아무래도 힘들다는 것이다. 즉, 개수는 많지만 각 하나의 면적이 좁아 빛을 받아들이기가 100만개 때보다 쉽지 않다.
또한 한정된 공간에 많은 픽셀들을 집어 넣다보니 픽셀과 픽셀 사이의 간격이 좁아진다는 것이다. 이렇게 되면 픽셀들끼리 간섭이 일어난다. 무슨 말이냐 하면 렌즈를 통해 CCD에 들어오는 빛, 즉, 들어온 정보 중에 내가 읽어야 될 부분이 있는데 너무 따닥따닥 붙어 있다보니 이웃하고 있는 픽셀이 읽어야 될 정보의 일부도 받아들여서 혼란이 일어나는 것이다. 이렇게 되면 정보의 손실이 일어나서 영상의 질에 저하를 미치는 요인이 되는 것이다.
그럼 이를 해결하려면 어떻게 해야 할까? 간단하다. 300만개의 픽셀이 여유롭게 들어갈 수 있도록 CCD의 면적을 넓게 해주면 되는 것이다. 픽셀의 크기도 적당하고 300만개를 다 집어넣을 수 있는 면적의 CCD를 만들면 되는 것이다. 그래서 CCD의 크기는 크면 클수록 좋은 것이다. 그럼 왜 처음부터 이렇게 만들지 않았느냐하는 의문이 생긴다. 물론 그것은 돈 때문이다. 크기가 커질수록 제작 단가 몇 배로 뛰기 때문에 시장 경쟁성이 없는 것이다.
비디오카메라에 있어서 화소수는 필요한 만큼만 있으면 된다.
요즘 나오는 가정용 비디오카메라들을 보면 CCD에 100만, 300만 화소가 들어있다며 고해상도를 구현한다고 각 회사들은 광고한다. 이는 화나지만 각 회사들의 얄팍한 상술이다. 그들의 입장을 생각한다면 이해도 되지만 우리는 여기에 놀아나면 안 된다.
PD-150의 예를 들어보자. 이 카메라의 CCD의 화소수는 38만이다.
[가끔씩 이런 사람들이 있는데 PD-150의 경우 CCD가 3개이기 때문에 38만+38만+38만해야
되는 것 아닌가 하는 사람들이 있는데 그것은 아니다. 3CCD인 것은 빛의 삼원색인 빨강, 파랑,
녹색을 따로 따로 받아들여 색감을 더 높이기 위해서이다. 그러니 PD-150의 경우 화소수는
그냥 38만으로 생각해야 한다.]
비슷한 시기에 나온 TRV-11라는 1CCD 카메라는 화소수가 68만이다. 화소수가 많으면 좋은 것인데 왜 PD-150은 68만 화소수를 사용하지 않은 것일까? 위에서 언급한 내용이 여기에 해당되기도 하지만 다른 이유도 있다. 6mm의 경우 테이프에 기록하는 영상의 해상도는 720*480이다. 720 곱하기 480을 하면 345600이라는 숫자가 나온다. 해상도 1개의 단위당 픽셀 1개라고 생각한다면 6mm의 제대로 된 영상을 표현하기 위해서는 CCD하나에 34만5천여 개의 픽셀만 있으면 충분하다는 얘기이다. 그렇기에 PD-150의 경우 38만 화소면 충분하다는 것이다. 그럼 TRV-11은 왜 68만인가? 이는 여러 기술적인 기능의 문제를 위한 것인데 여기에서 설명할 필요는 없다고 생각한다.
정리하자면, 6mm 테잎에 기록되는 영상은 720*480의 크기의 픽셀 수만 기록한다. 그 이상은 쓸모없기에 누락되어진다. 그러나 디지털 스틸 카메라는 다르게 생각해야 한다. CCD의 크기가 크고 적당한 크기의 픽셀수가 많으면 많을수록 고품질의 정지 화상을 기록한다. 비디오카메라에 있어서 화소수는 필요한 만큼만 있으면 된다.
위의 사진을 보자. 이 사진에서 우리는 색에 대한 정보는 알 수 없지만 각 부분에 대한 밝고 어두움에 대한 정보는 알 수 있다. 밝은 부분은 빛의 세기가 높은 곳이고 어두운 부분은 그 반대이다.
CCD가 빛을 받아들이면 각 픽셀들은 그 빛의 세기에 비례하여 전하(전기의 양)를 만들어 낸다. 어두운 부분은 전기량이 적을 것이고 밝은 부분은 많을 것이다. 각 픽셀들의 전기량의 차이를 가지고 카메라는 명암을 만들어 내는 것이다. 여기서 눈치 빠른 사람이라면 이런 의문을 가져 볼 것이다. 그렇다면 색은 어떻게 만들어 내는 것인가? 사실 픽셀은 빛을 전기 신호로만 만들 뿐 색에 대한 신호는 만들어 내지 않는다. 즉, 이 친구는 전기량의 높고 낮음에 대한 값만 가지고 있다. 그래서 원래 CCD는 흑백의 화상만 만들어 낼 수 있다. 하지만 우리는 컬러 영상을 보고 있지 않은가.
3CCD와 1CCD
빛의 삼원색은 빨강, 녹색, 파랑이다. 일반적으로 RGB라고 부르는데 모든 색은 이 세 가지로 다 만들어 낼 수 있다. 이 사실은 다들 잘 알 것이다. 그럼 CCD 역시 피사체의 RGB정보를 읽어야 색을 만들어 낼 수 있다. 이를 읽는 방법은 초기의 필름 사진작가들이 연구하여 만들어 낸 방법을 응용하여 비디오카메라에 쓰이고 있다.
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1CCD카메라의 경우 위의 방법을 쓰고 있다. 각각의 픽셀 위에 빨강, 녹색, 파랑의 필터를 따로 씌워 색을 만드는 것이다. 그 모양이 위의 그림이다. 위의 경우 삼원색의 필터를 사용했는데 이와 달리 RGB의 보색(Yellow, Cyan, Magenta)필터를 사용하기도 한다. 두 방식은 각 장단점이 있는데 결과적으로는 RGB를 추출해 내는 것이다. 당장 여기서 두 방식의 차이를 설명하지는 않겠다. 이렇게 각각의 색 필터를 통과한 빛은 픽셀에 들어가게 되고 그것에 저장된 전기신호를 가지고 카메라 내부의 컴퓨터가 계산을 하여 컬러 신호를 만들어 내고 이를 테이프에 기록하는 것이다. 위의 그림을 보면 녹색필터의 수가 더 많은 것을 알 수 있는데 이유는 좀 더 나중에 설명하도록 하겠다. 그런데 하나의 CCD가 RGB정보를 다 처리하려하니 색감이 떨어진다. 그래서 나온 것이 3CCD이다. 3개의 CCD가 빨강, 녹색, 파랑 색 정보를 하나씩 맡은 것이다. 그럼 렌즈를 통해 들어오는 빛은 하나인데 어떻게 3개의 CCD가 빛을 받아들이는 걸까?
우리는 학창시절 과학시간에 [프리즘]에 대해 배운 적이 있을 것이다. 프리즘에 빛을 비추면 그것을 통과한 빛은 여러 색의 빛으로 나뉜다. 바로 이 프리즘을 이용하여 렌즈를 통해 들어온 빛을 RGB 세 개로 나뉘어 각 CCD에 보낸다. 그리고 각 CCD가 읽어낸 정보를 뒤에 위치한 회로가 종합 연산하여 영상을 만들어내는 것이다. 3CCD의 장점은 RGB를 따로 받아들이기에 색정보가 풍부하다는 것이다. 그래서 필름도 그 구조를 뜯어보면 여러 개의 층으로 나뉘는데 그 중 RGB 빛에 따로 반응하는 세 개의 감광층이 존재하고 있다. 위의 그림은 소니사의 3CCD 구조인데 이는 각 회사마다 조금씩 다르다. 1CCD의 역시 픽셀 위의 RGB필터가 배열되어 있는 형태가 각 회사마다 다르다. 그리고 그 필터들의 배열이 어떻게 다르냐에 따라 영상의 질에 큰 영향을 미치기 때문에 제조사들은 그들만의 노하우가 있다. 일반인의 입장에서 보면 그 조그만 픽셀위에 색 필터를 배치시킨다는 것이 참 놀라운 일이 아닐 수 없다. 이 보다 더 놀라운 기술도 있는데 소니의 고가의 방송업무용 카메라의 CCD 종류 중에는 픽셀에 더 빛을 잘 모이게 하기 위해 각각의 픽셀 위에 빛을 집광시키는 매우 작은 렌즈를 배치시킨 것도 있다. 기술력이 놀라운 따름이다.
자, 이제 위의 1CCD의 색 필터 배열에 있어서 녹색이 많은 이유를 알아보자. 인간의 눈은 피사체에 대한 정보를 뇌에서 받아들일 때, 명암(밝기)과 색에 대한 정보로 분리하여 처리한다. 여기서 특히 명암 정보에 대해 민감하다. 그래서 우리가 영상을 볼 때 색감이 떨어지는 것은 견딜 만 하지만 밝기가 수준 이하인 것은 그렇지가 못하다. 기술자들은 이 점을 잘 파악하여 카메라가 적어도 명암에 대한 정보는 잘 재현해 내도록 만들어 놓았다. 이 명암 정보를 휘도(Luminance, 관측자가 본 그 물체의 밝기)라고 한다. 이 휘도에 대한 정보는 59%가 녹색에서 온다. 나머지는 30%가 빨강, 11%가 파랑이다. 이러한 비율은 빛이 가지고 있는 다양한 색에 대한 인간 눈의 민감도에 기초하고 있다. 만약 3CCD에서 각 CCD로 들어오는 영상을 개별적으로 볼 수 있다면 녹색 빛을 받아들이는 CCD의 영상이 제일 밝다는 것을 알 수 있다. 그래서 CCD에 들어온 녹색 빛의 정보는 휘도정보를 만드는데 있어서 굉장히 중요하다.
출처: http://blog.naver.com/stablecam?Redirect=Log&logNo=80044306718