현대는 빛을 이용할 줄 알게 되면서 그야말로 과거의 인류가 보면 거의 신의 영역을 이루었다 할 정도로 놀라운 발전을 이루었습니다 그중에서도 스마트폰은 현대 과학기술 문명의 초절정이라고 할 수 있을 것입니다
손으로 휴대하며 가지고 다니며 무선으로 언제 어디서나 연결되는 통신과 전화, 그리고 영상까지 합쳐져서 그야말로 이 전에는 생각할 수도 없었던 삶을 살고 있습니다
스마트폰에는 많은 기능이있지만 그중에서도 스마트폰을 가장 화려하게 만들어주는 것은 영상의 기능일 것 같습니다 스마트폰이 영상을 만들어내는 원리와 그리고 보다 생생한 화질을 만들어내는데 가장 중요한 요소인 화소수와 이미지센서의 관계에 대해서 알아보겠습니다
스마트폰카메라가 영상을 만들어내는 원리
●렌즈
먼저 스마트폰 가장 위 쪽의 구멍 속에 위치하고 있는 렌즈는 일반 카메라처럼 피사체로부터 반사된 빛을 모아서 이미지센서로 통과시켜 주는 역할을 합니다 스마트폰의 렌즈는 일반 카메라와 같이 유리로 된 것이 아니라 레진이라는 플라스틱으로 되어있으며 크기가 굉장히 작은 여러 겹의 렌즈로 되어있습니다
렌즈가 여러겹인 이유는 광선은 여러 방향으로 퍼지는 특성을 가지고 있기 때문에 오목렌즈, 볼록렌즈등을 교차시키면서 상을 모아 주기 위해서입니다
렌즈가 빛을 한 곳으로 모으지 못하는 현상은 여러 가지가 있는데 빛을 한 곳으로 모으지 못하는 현상을 구면수차라고 하고 색의 파장마다 다른 굴절율 때문에 초점이 모아지지 않는 현상을 색수차라고 합니다 이 외에도 코마수차, 왜곡수차, 비점수차등이 있습니다
●이미지센서
카메라 렌즈를 통하여 들어온 빛은 소프트웨어의 구동에 의하여 초점이 맞춰지고 이어 이미지센서에 입사됩니다 이미지센서는 렌즈를 통하여 들어온 빛(광자)을 0과 1의 디지털 신호로 바꾸어줍니다
이미지센서는 3/1인치에서 1인치 정도의 크기인데 그 안에 수 백만~2억 가량의 픽셀이 빽빽이 박혀있습니다
픽셀은 다른 말로 하면 화소수를 말합니다
이미지센서에 박혀있는 하나하나의 픽셀은 마이크로 렌즈, 컬러필터, 포토 다이오드로 구성되어 있습니다
마이크로렌즈는 렌즈를 통하여 들어온 각각의 빛을 모으는 역할을 하고 그 아래에 있는 컬러필터는 각각의 빛의 색을 분해하여 색의 정보를 전달하는 역할을 합니다
사실 이미지센서 맨 위의 수광부는 색을 구별하는 능력이 없고 단지 빛의 세기에 따라 흑백영상만을 만듭니다 그래서 컬러 영상을 만들기 위해서는 픽셀 하나하나에 컬러필터를 덧씌우는 것입니다
●포토다이오드
포토다이오드는 빛을 받으면 전기에너지로 변환되는 광센서의 한 종류인데 빛이 다이오드에 닿게 되면 +전하와 -전하가 분리되어 전류가 흐르게 되고 0과 1의 디지털 신호로 변환합니다
●ISP이미지 신호처리
이미지센서에서 캡처한 데이터를 스마트폰이나 디지털카메라 등에서 볼 수 있도록 이미지의 신호를 처리하여 밝기, 대비, 색균형들을 조절하여 고품질의 이미지로 변환하는 장치입니다
이미지센서뿐 아니라 캡처한 이미지를 후보정하는 ISP의 성능도 뛰어나야지 고화질의 이미지를 얻을 수 있습니다 참고로 RAW파일은 이미지센서가 캡처한 이미지를 디지털 신호로 변환한 초기의 데이터를 말합니다
화소수와 화질의 관계
이미지센서의 화소수가 많다는 것은 이미지를 이루고 있는 입자하나하나가 많다는 말이므로 화면에서 이미지를 확대해도 선명한 이미지를 볼 수 있다는 것을 의미합니다
또한 사각의 센서 판에 정사각형의 픽셀들이 규칙적으로 배열되어 있어 입자의 밀도가 매우 높아서 정밀한 화상을 만듭니다
스마트폰에 카메라가 장착되어서 처음 나왔을 때는 화소수가 11만 화소정도였습니다 그런데 5년이 안 돼서 1000만 급 화소가 출현하였고 현재는 보급형 폰카메라도 5000만 화소가 나오고 있으며 최대 2억 화소의 스마트폰도 판매되고 있습니다
그렇다면 화소수가 많으면 무조건 화질이 좋아질까요
이미지센서의 모든 조건이 같다면 당연히 화질은 좋아집니다 그러나 문제는 이미지센서의 크기인데 이미지센서의 크기는 한정이 되어있고 거기에 맞는 픽셀의 적당한 수와 간격이 맞아야 합니다
화소수를 높이기 위해서 픽셀들을 너무 조밀하게 박아놓으면 빛이 전달되는 과정에서 간섭현상이 일어나서 화질에 문제가 생기게 됩니다
또한 이미지센서에 박혀있는 개별센서(픽셀)들은 각 센서마다 빛을 받아들이는 센서가 있는데 화소수를 높이기 위해서 개별 픽셀들의 크기를 줄이면 빛을 받아들이는 감도(ISO)가 낮아져서 빛을 충분히 받아들이지 못합니다 그러므로 화소수가 많다고 무조건 화질이 좋은 것이 아니라 이미지센서의 크기에 비례해서 맞는 픽셀들이 적당한 간격으로 유지되어 있는 것이 좋은 화질을 만들어내는 것입니다
오히려 화소수보다는 이미지센서의 크기가 더 중요하다고 할 수 있습니다 그래서 스마트폰 카메라보다 디지털카메라의 화질이 좋은 가장 큰 이유는 디지털카메라의 이미지센서의 크기 때문인 것입니다