공지 촬영용드론 스펙 보는법 Part.2 CMOS 센서

[민수교관]

촬영용드론 스펙 보는법 Part.2 CMOS 센서

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대한민국 No.1 드론 웹 정보채널 엔조이드론 입니다. 

이번에는 촬영용 드론 스펙 보는 방법 두번째 CMOS 센서에 대해서 알아보겠습니다. 

이전편인 해상도와 프레임레이트에 대한 내용 아직 못보신분들은 그 글부터 보시구요^^;;

촬영용 드론 스펙 보기 1편 : 화질 (해상도, 프레임레이트) → [바로가기]

촬영용 드론 스펙 보기 2편 : 화질 (CMOS 센서)

촬영용 드론 스펙 보기 3편 : 화각(FOV), 밝기(f-stop) 

촬영용 드론 스펙 보기 4편 : 짐벌, PTZ, 촬영효과, 기능  

PART 2. 화질 (CMOS 센서)

3. CMOS 센서

드론 스펙뿐 아니라 디지털 카메라의 스펙을 볼때 많이들 들어보셨을 CMOS 센서에 대한 이야기를 해보겠습니다. 

CMOS센서란 렌즈를 통해 굴절되어 들어온 빛을 감지하는 부분을 말하는데요. 일반적으로 "상이 맺히는 곳" 이라고 생각하시면 됩니다. 

사람의 눈으로 비유하자면 시신경으로 뒤덮혀있는 "망막" 부분에 해당하고, 아날로그식 카메라로 비유하자면 "필름"에 해당하는 부분이죠. 

CMOS는 Complementary Metal Oxide Semiconductor 의 약자로 직역하면 "상호보완적 산화금속 반도체" 인데요. 음... 아주 쉽게 말해서 포토다이오드입니다. 빛에 대한 정보를 전기신호로 바꾸어주는 장치죠. 전기신호를 빛으로 바꾸어주는 LED (발광다이오드)의 반대개념이라고 생각하시면 되겠습니다. 

CMOS 센서는 CCD 센서와 많이 비교가 되는데요. CCD는 Charge-Coupled Device 의 약자로 직역하면 전하결합 장치입니다. 

CCD든 CMOS든 둘 다 포토다이오드로 빛을 감지하여 전기신호로 바꾸는 장치인데 그 방식이 다르다고 하네요. 예전에는 화질이 더 우수한 CCD가 쓰였는데 최근에는 범용 반도체 생산공정에서 저렴한 가격에 대량생산이 가능한 CMOS가 더 많이 쓰인다고 하네요. 전력소모도 CMOS가 더 적다고 합니다. 

아무튼 CMOS센서는 결국 카메라로 찍히는 빛에 대한 정보를 감지하여 저장하는 부분이라는 것이죠. 그래서 CMOS 센서의 성능에 따라 화질이 좌우될 수 있는 것이고, 그러니 촬영용 드론의 스펙을 표시할때 CMOS 센서에 대한 내용도 들어있는 것입니다. 

음... 사실 성능이라고 했지만 CMOS 센서에 대한 스펙은 "크기"로 표현을 하게 됩니다. 크기가 클수록 성능이 좋은 것이거든요. 

피사체의 상이 맺히는 CMOS센서는 과거 아날로그 카메라의 "필름"에 해당합니다. 

이 아날로그 필름의 일반적인 규격이 35.8mm X 23.9mm 크기를 가지는데, 이 필름 규격과 동일한 크기의 CMOS 센서를 풀프레임 (Full Frame) 바디라고 합니다. (대형카메라의 5인치 원판필름이나 중형카메라의 120롤필름 같은 이야기는 빼겠습니다 ㅋㅋ 일반 가정용 카메라 기준으로 35mm 필름이 제일 많이 쓰였죠~)

현재는 이 풀프레임 바디가 CMOS 센서의 최대 사이즈이고, 각 카메라 회사별로 이 풀프레임 바디에 비해 어느정도나 작은지 그 비율로 센서 크기를 표시하게 되죠.

이렇게 풀프레임 바디에 비해서 작은 CMOS 센서를 크롭 바디라고 부릅니다. 

대표적인 크롭 바디 센서로는 니콘, 소니, 펜탁스에서 사용하는 APS-C 센서가 있죠. 이는 풀프레임 사이즈보다 1.5배 작은 센서를 사용합니다. 센서 사이즈는 23.7mm X 15.6mm 이고요. (정확히 1.5배는 아닙니다만 일반적으로 1:1.5 또는 1.5X 라고 표현합니다.) 

또 캐논의 EOS 시리즈에서는 APS-C 센서이나 풀프레임의 1.6배 작은 것으로 22.2mm X 14.8mm 의 크롭바디 센서를 사용하고, EOS Mark 시리즈에서는 APS-H라고 풀프레임의 1.3배 작은 28.1mm X 18.7mm 크기의 센서를 사용했죠. 

그리고 디지털카메라가 점점 더 소형화되고 경량화되고 스마트폰이나 드론까지 나오면서 CMOS센서의 크기도 점점 작아졌습니다. 

또한 디지털매체가 사진에서 영상으로 바뀌어서 그런지 필름사이즈 화면비율인 3:2에서 영상화면의 비율인 4:3으로 CMOS 센서의 크기도 바뀌게 되었죠. 

그렇게 화면 비율이 바뀌면서 표기 방법도 바뀌게 되었습니다. 더이상 풀프레임 바디에서 몇배 크기로 줄어든 크롭 바디인지를 표기하는 것이 아니라 inch 단위로 표기하게 된 것이죠. 

현재 드론의 스펙에서 표기하는 CMOS 센서의 크기도 모두 이런식으로 인치단위를 사용합니다. 인치 앞에 있는 크기가 클수록 CMOS 센서의 크기가 크다고 보시면 되겠지요. 

드론들의 CMOS 크기를 보면 1/2.3" 크기가 많습니다. 그만큼 드론은 경량화를 위하여 카메라를 작은것을 쓸 수밖에 없죠. 특히 취미용으로 많이들 사용하는 DJI의 스파크, 매빅에어, 매빅프로, 매빅2줌, 팬텀4와 패럿의 비밥2, 아나피, 유닉의 타이푼H(CG03카메라)가 모두 1/2.3" 크기를 사용합니다. 

1/2.3" 크기의 4배에 해당하는 1" 크기를 사용하는 드론은 DJI의 매빅2프로, 팬텀4프로, 유닉의 타이푼H+(C23카메라) 정도네요. 

그보다 더 큰 4/3" 드론은 DJI 인스파이어2에 주로 사용하는 젠뮤즈 X5S와 유닉의 타이푼 H920에 사용하는 CG04 카메라가 있습니다. 

그리고 취미용이라고 부르기도 어려울 정도의 DJI 젠뮤즈 X7은 캐논, 니콘, 소니의 크롭바디 APS-C급 센서를 가지고 있습니다. 

그러면 여기서 의문이 들겠죠. 

어차피 해상도로 치면 매빅에어 이상급 드론이면 대부분이 12MP 이상 사진과 4K 이상 영상 촬영이 가능한데 CMOS 센서의 크기가 달라지면 무엇이 좋을까 하는 의문입니다. 

뭐, 사진은 이해가 갈 것입니다. CMOS센서와 "유효 화소 수"라고 하는게 스펙상에 비슷하게 표기 되는걸 볼 수 있거든요. 촬영용 드론 스펙을 유심히 보신분이라면 아실겁니다. 1/2.3"센서를 사용하는 드론은 대부분이 유효픽셀 수가 12MP 이고 1"센서를 사용하는 드론은 유효픽셀 수가 20MP 이죠. 

의문이 든다면 영상일 것 입니다. 1/2.3" 센서를 사용하는 스파크는 4K촬영이 안되고, 같은 1/2.3"센서를 사용하는 매빅에어는 4K촬영이 됩니다. 그런데 또 크기가 큰 1"센서를 사용하는 매빅2 프로도 매빅에어와 똑같이 4K촬영이 한계 입니다. 

그렇다면 영상에서 CMOS 센서의 크기가 커지는 것은 어떤 메리트가 있는걸까요? 

잘 생각해보면 답은 의외로 간단합니다. 영상노이즈가 적어지고, 렌즈와 초점거리가 같을 경우 화각이 넓어지며, 아웃포커싱이 잘 되게 됩니다. 

영상 해상도를 생각해봅시다. 

4K 해상도는 3840 x 2160p 입니다. 실제로 곱해볼까요? 8,294,400p 이군요. 유효픽셀인 12MP (12,000,000p) 보다 훨씬 작은 값입니다. 2/3정도밖에 안되죠. 

즉, 유효픽셀을 모두 이용하여 영상촬영을 하더라도 실제로는 2/3정도의 화소만 출력하면 된다는 것 입니다. 그러면 여러개의 센서가 동일한 화소를 센싱할 수 있는 상황도 발생하겠죠. 

예를들어 모니터를 감시하는데 12명이서 12개의 모니터를 감시한다면 1명이 1개의 모니터만 쳐다보고 있으면 되겠죠. 그런데 12명이서 8개의 모니터만 감시하면 된다고 하면 2명이서 감시하는 모니터들도 생길겁니다. 그런 모니터들은 한명이 놓친것을 다른 한명이 커버해줄 수 있으니 훨씬 더 정밀한 감시가 가능하겠죠. 

이처럼 800만 화소를 1200만 유효화소를 가진 센서가 센싱을 하게 되면 노이즈가 적어지게 됩니다. 2000만 유효화소를 가진 센서라면 더더욱 그럴것이구요. 그만큼 선명한 영상을 얻을 수 있고, 또한 아웃포커싱 같은 흐림/선명함의 차이와 관련된 기능들이 더 잘 먹히는 것 입니다. 

또한 화각이 더 넓어지는데 이것과 관련해서 착각하는 분들이 많더군요. 물론 화각은 렌즈나 초점거리에 더 영향을 받는 것은 맞습니다. 하지만 렌즈와 초점거리가 동일할 경우 센서 크기가 커질수록 화각이 넓어지는 효과가 나게 됩니다. 각도가 커진다는 의미가 아니라 촬영범위가 늘어난다는 개념이죠. 작은 크기의 센서를 썼을때 센서 바깥쪽에 들어가는 빛도, 큰 센서를 쓰면 센싱이 가능하다는 것이니까요.   

그럼 여기까지!

촬영용 드론 스펙을 볼때 알아두면 좋은 지식들에 대한 가이드 2편 화질을 결정하는 요인 중 CMOS 센서에 대해 알아보았습니다. 

다음 가이드에서는 화각과 조리개(밝기)에 대해서 알아보도록 하겠습니다~

긴글 읽어주셔서 감사합니다^^