[IT講義室] 1億 5,000萬 畫素 디카 vs 2億 畫素 스마트폰
[IT東亞 차주경 記者] 高級 디지털 카메라 製造社 ‘페이즈원(Phase One)’은 6月 28日(現地時刻) 重刑 디지털 카메라 新製品 ‘XC’를 公開했습니다. 카메라 一體型으로 設計된 '로덴스톡 HR 디歌論 S 23mm F5.6(Rodenstock HR Digaron-S 23mm F5.6)'렌즈에 1億 5,000萬 畫素 重刑 規格(53.4 x 40mm) 이미지 센서를 搭載한 디지털 백 'IQ4 150MP'를 連結해서 쓰는 ‘렌즈 一體型 重刑 디지털 카메라’입니다.
이 製品은 建築과 風景, 山岳과 生態 等 商業 寫眞을 찍는데 씁니다. 旣存 中型 디지털 카메라보다 本體 부피가 작고 가벼워 스냅 撮影에도 有用할 것으로 期待합니다. 다만 價格은 6萬 2,490달러, 約 8,125萬 원이나 합니다.
페이즈원 XC. 出處 = 페이즈원
그런데, 한 가지 疑訝한 點이 있습니다. 스마트폰 카메라와의 比較입니다. 요즈음에는 스마트폰 카메라의 畫素首都 1億 個를 훌쩍 넘습니다. 페이즈원 XC보다 畫素數가 많은 2億 畫素 스마트폰 카메라도 있습니다. 反面, 스마트폰의 價格은 아무리 비싸도 200萬 원을 넘지 않습니다. 스마트폰이 디지털 카메라보다 畫素數는 더 많은데, 價格은 1/40에 不過합니다.
흔히 ‘畫素數가 많을수록 카메라의 性能과 寫眞 畫質이 좋다’고들 합니다. 그런데, 페이즈원 XC와 스마트폰의 價格은 왜 이렇게 差異가 큰 것일까요? 두 製品 가운데 어느 製品의 寫眞 畫質이 더 좋을까요? 答은 明確합니다. 1億 5,000萬 畫素 重刑 디지털 카메라인 페이즈원 XC의 寫眞 畫質이 2億 畫素 스마트폰 카메라의 그것을 壓倒합니다. 比較하기 곤란할 程度로 앞섭니다.
왜 이런 結果가 나오는지 理解하려면, 디지털 카메라의 畫素數와 畫質과의 關係를 알려면, 無條件 畫素數가 많은 것이 좋은 것이 아니라는 點을 배우려면 ‘이미지 센서’와 ‘화소’의 槪念을 알아야 합니다.
디지털 카메라의 動作 原理부터 살펴볼까요? 렌즈를 통해 들어온 빛이 이미지 센서에 모이면, 이 빛을 電氣 信號로 變換해서 디지털 寫眞으로 貯藏하는 것입니다. 이 때 빛을 모으는 役割을 이미지 센서의 ‘捕討 다이오드(픽셀 或은 畫素라고도 합니다)’가, 電氣 信號로 變換하는 役割을 이미지 센서의 ‘回路’가 各各 맡습니다.
스마트폰 카메라用 2億 畫素 이미지 센서 아이소셀 HP3. 出處 = 三星電子
捕討 다이오드의 個數는 곧 畫素의 個數인 '畫素數'로 봐도 됩니다. 1,200萬 畫素 카메라의 이미지 센서에는 捕討 다이오드가 1,200萬 個, 1億 5,000萬 畫素 카메라의 이미지 센서에는 捕討 다이오드가 1億 5,000萬 個 있는 셈입니다. 畫素數는 寫眞의 解像度와도 密接한 關係가 있습니다. 寫眞의 解像度를 곱하면 畫素數가 나옵니다. 가로 方向 捕討 다이오드의 個數와 세로 方向 捕討 다이오드의 個數를 곱하는 셈이니까요. 4,000 x 3,000 解像度 寫眞을 찍은 카메라의 畫素數는 4,000 x 3,000 = 12,000,000이므로 1,200萬 個가 되는 것입니다.
이 原理는 動映像에도 適用 可能합니다. 풀 HD 解像度는 1,920 x 1,080입니다. 이것을 곱하면 2,073,600입니다. 卽, 풀 HD 解像度 動映像은 畫素 207萬 3,600個 以上을 가진 이미지 센서로 撮影 可能합니다. 4K 解像度는 3,840 x 2,160 = 8,294,400이니 畫素 829萬 4,400個 以上을 가진 이미지 센서로 撮影 可能합니다. 畫素數가 800萬 個보다 적은 이미지 센서로는 4K 動映像을 찍지 못합니다. 8K는 어떨까요? 8K 解像度는 7,680 x 4,320이고, 이것을 곱하면 33,177,600입니다. 畫素 3,317萬 7,600個 以上을 가진 이미지 센서라야 8K 動映像을 찍습니다.
參考로 捕討 다이오드의 個數와 畫素數, 寫眞의 解像度가 100% 一致하는 것은 아닙니다. 實際로는 捕討 다이오드의 個數가 畫素數나 寫眞의 解像度보다 많습니다. 捕討 다이오드의 一部를 畫素 代身 回路로 쓰는 境遇, 光學 構造上 捕討 다이오드에 빛이 充分히 닿지 않아 電氣 信號로 變換 不可能한 境遇가 있어서입니다. 이러면 捕討 다이오드가 제 役割을 하지 못하니, 畫素數가 줄어드는 것입니다. 製品 이름을 부르기 쉽도록 畫素數를 半올림 或은 半來臨해 表現하는 境遇도 있습니다.
그렇다면, 앞서 例로 든 페이즈원 XC의 寫眞 解像度는 어떻게 될까요? 14,204 x 10,652입니다. 이것을 곱하면 151,301,008입니다. 그래서 이 製品의 이미지 센서의 畫素數는 1億 5,130萬 1,008個 以上(製造社는 부르기 쉽도록 反내림해서 1億 5,000萬 畫素로 表現합니다)입니다. 2億 畫素 스마트폰 카메라의 이미지 센서는 實際로는 捕討 다이오드 200,540,160個를 가졌지만, 寫眞 解像度는 16,320 x 12,288(畫素數 199,560,960個)입니다.
스마트폰 카메라 이미지 센서別 面積 比較. 面積이 크고 畫素數가 많을수록 寫眞의 畫質을 鮮明하게 表現한다. 出處 = 모토롤라
一般的으로, 이미지 센서의 畫素數가 많을수록 寫眞과 動映像의 解像度가 높고 畫質도 宣明합니다. 葉書 크기의 寫眞을 1億 5,000萬 個의 點으로 그리는 것보다, 2億 個의 點으로 그리는 것이 더 鮮明한 것과 같은 理致입니다. 그런데, 여기에 畫素數보다 더 큰 影響을 미치는 것이 있습니다. ‘화소, 이미지 센서의 面積’입니다.
앞서 畫素는 빛을 모으는 役割을 한다고 說明했습니다. 그래서 畫素의 面積이 넓을수록 더 빛을 많이, 잘 모읍니다. 그렇다면 畫素의 面積을 넓히고 個數도 늘리면 寫眞의 畫質이 좋아지지 않을까요? 可能하지만, 限界가 있습니다. 畫素는 이미지 센서의 部品 中 하나입니다. 卽, 이미지 센서의 크기에 따라 畫素의 面積과 數가 制限됩니다.
이미지 센서의 面積에 비해 畫素數가 너무 많으면, 畫素가 빛을 잘 모으지 못하고 바로 옆에 있는 畫素와 빛 干涉을 일으키기도 합니다. 그래서 寫眞 畫質이 나빠집니다. 이미지 센서의 面積에 비해 畫素數가 너무 적으면? 빛은 잘 모으겠지만, 寫眞을 構成하는 畫素의 個數가 적으니 解像度가 낮아집니다. 마찬가지로 寫眞 畫質이 나빠집니다. 物理 限界도 있습니다. 손톱만한 桶(이미지 센서) 안에 바늘(화소)을 50個 程度는 넣을 수 있겠지만, 500個를 넣을 수 있을까요? 不可能합니다. 마찬가지로 面積이 적은 이미지 센서에는 高畫素를 넣을 수 없습니다.
그렇다면, 이미지 센서의 面積을 크게 하면 畫素수도 높이고 畫質도 좋게 할 수 있지 않을까요? 맞습니다. 다만, 이미지 센서의 面積이 크면 빛을 모으는 렌즈의 크기도 커야 합니다. 光學系 全體의 부피가 커집니다. 그래서 스마트폰 카메라의 이미지 센서의 面積과 렌즈의 크기는 작습니다. 스마트폰의 부피를 最大限 줄여야 하니까요. 이미지 센서의 面積과 렌즈 크기를 크게 할 수는 있지만, 그러면 스마트폰 自體의 부피도 커집니다. 스마트폰 뒷面 카메라가 툭 튀어나온 것, 一名 '카툭튀'가 이런 理由로 만들어진 것입니다. 反面, 디지털 카메라는 스마트폰보다 부피가 큰 德分에 이미지 센서의 面積을 더 크게 設計하는 것도, 더 큰 렌즈를 쓰는 것도 可能합니다.
스마트폰 뒷面에 툭 튀어나온 카메라, 一名 '카툭튀'는 카메라의 性能이 좋을수록 두드러진다. 이미지 센서의 面積과 렌즈의 크기가 큰 까닭이다. 出處 = 구글
다시 처음으로 돌아가겠습니다. 페이즈원 XC는 1億 5,000萬 畫素 重刑 이미지 센서를 搭載했습니다. 이 이미지 센서의 가로세로 크기는 各各 53.4mm, 40mm입니다. 손바닥 半切 程度 크기입니다. 이미지 센서와 렌즈의 크기가 크니 빛을 充分히 받고 잘 모읍니다. 畫素수도 많아서 寫眞을 精密하게 表現합니다.
反面, 2億 畫素 스마트폰 카메라의 이미지 센서의 크기는 製品에 따라 다르지만, 大槪 가로 10mm에 세로 8mm입니다. 손톱보다 조금 큰 크기입니다. 畫素數는 많지만, 이미지 센서와 렌즈의 크기가 작아 빛을 모으기 힘듭니다. 페이즈원 XC는 아주 넓은 高級 圖畫紙에 물감을 잘 빨아들이는 高級 붓으로 그림을 그립니다. 스마트폰 카메라는 좁은 圖畫紙에 그냥 붓으로 그림을 그립니다. 이것이 두 製品의 畫質 對決의 成敗를 決定한 것입니다.
事實 이 對決은 애初에 不公平한 것이었습니다. 重刑 디지털 카메라와 스마트폰은 모든 面에서 다른 製品이니까요. 게다가, 寫眞의 畫質에 影響을 미치는 要素는 이미지 센서와 畫素 外에도 다양합니다. 이미지 센서의 回路 構成과 捕討 다이오드의 動作 效率, 寫眞을 電氣 信號로 바꾸는 이미지 處理 엔진의 性能, 렌즈의 構成과 特殊 렌즈의 有無 等도 寫眞의 畫質에 큰 影響을 미칩니다.
하지만, 그렇다고 比較가 無意味한 것도 아닙니다. 實際로 最新 스마트폰 카메라의 性能과 寫眞 畫質은 求刑 디지털 카메라보다 優秀합니다. 그리고 위에서 다룬 이미지 센서와 畫素의 槪念은 모든 光學 機器의 基本입니다. 이것을 알면 스마트폰 카메라들끼리 性能과 畫質을 比較할 때 有用할 것입니다.
똑같은 2,000萬 畫素 카메라를 搭載한 스마트폰이라 하더라도, 이미지 센서와 렌즈의 面積 或은 性能에 따라 寫眞의 畫質 差異가 두드러질 수 있습니다. 이미지 센서와 렌즈의 面積 或은 性能에 따라 1,200萬 畫素 스마트폰 카메라의 寫眞 畫質이 1億 畫素 스마트폰 카메라의 그것보다 優越한 境遇도 있습니다. 畫素數만 믿지 마세요. 이미지 센서와 畫素의 面積도 함께 살펴보세요.
글 / IT東亞 차주경(racingcar@itdonga.com)
