스마트폰 이미지 센서 高畫素 競爭, 畫質·便宜 모두 잡는다

[IT東亞 차주경 記者] 스마트폰 카메라의 高畫素 競爭이 벌어졌다. 主要 이미지 센서 製造社가 1億 畫素를 넘어 2億 畫素 이미지 센서를 續續 선보이는 德分이다. 이미지 센서의 畫素 數가 많아지면 빛을 받아들이는 效率이 줄어들고, 電氣 信號 變換 過程에서 干涉과 노이즈가 생겨 性能이 오히려 떨어지는 일이 잦다. 業界는 이미지 센서에 여러 技術을 導入해 畫素 數와 함께 畫質, 篇의 機能 모두를 더 좋게 만든다.

三星電子가 스마트폰 카메라의 高畫素 競爭을 이끌었다. 2019年 業界 最初로 1億 800萬 畫素 이미지 센서 아이소셀 브라이트 HMX을 出市했다. 이 이미지 센서의 面積은 1/1.33인치로, 畫素 하나當 크기는 0.8um(마이크로미터, 100萬分의 1m 크기)에 不過하다. 畫素 크기가 작지만, 位相差 自動 焦點 機能을 품을 程度로 性能은 높다.

이어 삼성전자는 2021年 2億 畫素 이미지 센서 아이소셀 HP1을 公開한다. 畫素의 크기를 0.64um으로 더 줄여 1/1.22인치 이미지 센서에 2億 畫素를 담았다. 畫素 4個 或은 16個를 뭉쳐 畫素 1個처럼 使用, 빛을 받아들이는 效率을 높여 高畫質을 表現하는 카멜레온 셀 技術도 業界 最初로 開發해 適用했다.

그러자 美國 옴니비전이 맞불을 놨다. 올 初 CES 2022에서 2億 畫素 이미지 센서 OVB0B를 公開한 것. 이 이미지 센서의 크기는 1/1.28인치, 畫素 크기는 0.61um로 삼성전자 아이소셀 HP1보다 작다. 畫素 16個를 뭉쳐 하나처럼 使用해 빛을 받아들이는 效率을 높이는 16셀 非닝, 自動 焦點 畫素의 上下左右 畫素까지 活用해 位相差 自動 焦點을 잡는 쿼드 位相差 自動 焦點 等 便宜 機能도 갖춰 注目 받았다.

옴니비전에 맞서 三星電子는 6月, 2億 畫素 이미지 센서人 아이소셀 HP3를 公開했다. 畫素의 크기를 0.56um으로 더욱 줄여 1/1.4인치 이미지 센서에 2億 畫素를 담았다. 畫素 하나하나가 自動 焦點 모듈 役割을 해, 畵面 안 어느 곳이든 빠르고 正確하게 焦點을 調節하는 슈퍼 쿼드 位相差 自動 焦點 機能도 갖췄다.

8K 動映像 撮影 時 火角이 좁아지는 高畫素 이미지 센서와 다르게, 삼성전자 아이소셀 HP3는 火角 變化 없이 畵面 그대로 8K 動映像을 담는 長點도 가졌다. 저·中·高感度를 合成해 畵面의 밝기와 畫質을 均一하게 높이는 스마트 ISO 프로, 다른 高畫素 이미지 센서보다 豐富한 14비트 色 再現 能力도 갖췄다.

이미지 센서 市場 最强者, 소니도 스마트폰 카메라用 1億 畫素 이미지 센서를 硏究 開發 中인 것으로 알려졌다. 業界에 따르면, 소니의 1億 畫素 이미지 센서의 크기는 1/1.49인치가 될 展望이다. 三星電子나 옴니비전처럼 畫素 面積을 줄이는 것이 아니라, 이미지 센서 크기를 定하고 거기에 1億 畫素를 集積하는 셈이다. 그러면 畫素 크기를 넓혀 빛을 받아들이는 效率을 높이기 쉽다.

이미지 센서의 畫素 數가 곧 高畫質로 이어지는 것은 아니다. 이미지 센서의 面積은 定해졌는데, 여기에 많은 畫素를 集積하려면 畫素의 크기를 줄여야 한다. 그러면 빛을 받아들이는 效率이 낮아진다. 畫素와 畫素 사이 距離가 짧아 畫素가 빛을 받아들일 때 빛과 色의 干涉이 생기기도 한다. 그러면 自然스레 色을 잘못 表現하거나 빛을 모두 받아들이지 못해 畫質이 떨어진다. 電氣 回路 構成 問題로 울긋불긋한 노이즈가 끼기도 했다. 빛이 不足한 環境에서는 이들 短點이 더 크게 나타났다.

스마트폰 이미지 센서 製造社는 이들 短點을 技術로 克服했다. 畫素 크기를 줄인 後 配列 構造를 最適化, 빛을 잘 받아들이도록 設計했다. 빛을 받아들이는 렌즈 性能을 높이고 畫素와 畫素 사이에 障壁을 세워 빛 干涉도 막았다. 빛이 不足한 環境에서는 畫素 여러 個를 묶어 畫素 하나처럼 活用하는 方式으로 밝고 鮮明한 寫眞을 담도록 했다.

高畫素 이미지 센서의 技術이 꾸준히 發展하면 스마트폰 카메라의 畫質과 便宜는 더욱 좋아질 展望이다. 高畫素 寫眞의 一部를 잘라내면 畫質 低下 없이 擴大 效果를 내는 光學 줌을 再現 可能하다. 8K 動映像 撮影 機能이 普遍化되며, 電子式 흔들림 補正 機能의 效果도 더욱 强力해질 展望이다. 動映像을 찍을 때 上下左右에 餘裕 畫素를 設定하고 이 畫素에 담긴 情報를 活用해 흔들림을 줄이는 原理다.

市場調査企業 스트래티지애널리틱스는 “스마트폰 製造社들은 高畫素 이미지 센서를 差別化 要素로 落點했다. 1億 個 以上의 畫素 數를 가진 스마트폰 이미지 센서 出荷量은 2022年에만 4,000萬 個를 넘어설 것으로 展望한다.”고 밝혔다.

글 / IT東亞 차주경(racingcar@itdonga.com)