“디지털 카메라의 심장” 센서 완전 정복

디지털 카메라의 영혼은 카메라의 센서 안에 들어있다. 이미지 크기, 해상도, 저조도 성능, 피사계 심도, 다이나믹 레인지(dynamic range), 렌즈, 심지어 카메라의 물리적 크기까지도 결정하는 센서는 카메라의 핵심이다.

이미지 센서는 빛을 잡아 사용자가 뷰파인더나 LCD 모니터로 보는 장면을 이미지로 바꿔주는 카메라의 SSD다. 센서를 필름을 대체하는 전기 부품으로 생각하면 된다. 필름 카메라에서는 나름 독특한 특징과 식별 가능한 성격을 가진 수백 가지 필름 브랜드 중에서 필름을 선택할 수 있다. 디지털 카메라에서는 대부분의 기술이 하드웨어에 구축되어 있어서 후에 소프트웨어로 특수 필름 효과를 적용시킬 수 있다.

카메라 센서는 이미지가 얼마나 잘 나올지, 그 이미지를 얼마나 크게 확대시키고 인쇄할 수 있을지를 결정한다. 이미지 품질은 센서의 크기뿐 아니라 그 센서 위에 들어있는 (광-민감 포토사이트) 픽셀의 수와 크기에 의해 결정된다.

센서 크기 역시 뷰파인더로 보는 화면에 영향을 미치는데, 사용자가 촬영하는 장면과 실제로 프레임에 기록되는 이미지 사이의 관계가 메모리카드에 전해진다. 더 작은 센서는 렌즈에 크롭 배율을 적용시켜 풀-프레임 센서에서보다 더 작은 화면을 잡아낸다. 풀-프레임의 기준은 언제나 전통적인 35mm 필름이다.

아직도 헷갈리는가? 걱정 말라. APS-C의 포써드(Four Thirds)의 CMOS CCD를 잘 모른다 할지라도, 이 가이드를 통해 그 골치 아픈 약자들의 의미를 이해하고 아마도 당신이 사용하게 될 센서들에 대한 특성을 알게 될 것이다.

캐논 APS-C 센서

센서 유형
센서 유형 중에는 CCD (charged coupled device)와 CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor)가 가장 흔하다.

CCD는 디지털카메라에서 사용된 가장 오래된 이미지 캡쳐 기술 중 하나로, CMOS 센서에 비해 더 우수한 다이나믹 레인지와 노이즈 제어를 통해 우수한 품질의 이미지를 오랫동안 제공해왔다. 비록 CCD가 여전히 저가 컴팩트 카메라들에서 훨씬 많이 사용되지만, 그 기본적인 구조와 더 큰 전력 소모량은 카메라 제조사들이 CCD를 떠나 CMOS를 선택하게 만드는 가장 큰 이유였다.

CMOS는 CCD에 비해 열등한 대체품으로 오랫동안 인식되어왔지만, 오늘날의 CMOS 센서들은 많은 업그레이드를 통해 CCD 표준을 오히려 넘어서는 수준에까지 이르렀다. CCD에 비해 더 많은 내장 기능성을 갖춘 CMOS 센서는 더 적은 전력 소모를 통해 효율적으로 작동하고 고속 촬영 모드에서의 성능도 더 우수하다.

CMOS 기술에 기반해 최근 개발된 포베온 X3 (Foveon X3) 센서는 시그마(Sigma)의 컴팩트 카메라와 DSLR등에서만 사용된다. 라이브 MOS (Live MOS)는 라이카, 올림푸스, 파나소닉이 2006년부터 만들어온 포써드 시스템 DSLR에서 사용되는 이미지 센서 브랜드명이다. 이 센서는 CCD 수준의 이미지 품질을 제공하면서도 CMOS의 저 에너지 소비를 겸비한다고 알려져 있다.

센서 크기
풀 프레임 (36mm x 24mm): 가장 큰 센서
크기는 풀 프레임으로, 35mm 필름의 크기와 동일하다. 풀 프레임 센서들은 APS-C 센서보다 거의 두 배 가량 크다. 니콘 D800, 캐논 EOS 5D 마크 3, 니콘 D4같은 전문가급 괴물들은 풀 프레임 센서를 탑재하고 있다. 그러나 작년, 소니 사이버샷 RX1같은 더 작은 고정 렌즈 카메라들 역시 풀 프레임 센서가 탑재되어 출시되었다. 촬영을 위해 뒤로 젖혀지는 거울 대신 고정식 반투명 거울이 탑재된 DSLR같은 소니 알파 SLT-A99 역시도 풀-프레임 모델이다.

풀 프레임 센서를 사용하면 크롭도 없어져서 뷰파인더를 통해 보는 그대로 촬영할 수 있다. 풀 프레임 모델에서의 더 큰 센서들은 광 구경 렌즈와 조합되면 극도로 얕은 심도를 표현할 수 있는데 이는 매크로와 동영상 촬영에 아주 쓸모 있다. 비록 변화가 시작되고는 있지만 일반적으로 센서가 커질수록 카메라 바디도 커지고, 이를 제대로 활용하기 위해 필요한 렌즈도 커지는 게 보통이다.

APS-H (28.7mm x 19mm): APS (active pixel sensor)는 교환식 렌즈와 고급 고정식 카메라 모두에서 가장 인기 있는 센서로 상당히 많은 수의 일반 DSLR과 고급 DSLR에 탑재되어 있다. APS-H 유형은 비교적 큰 센서와 적당한 픽셀 수를 조합해 촬영 속도와 ISO 성능을 끌어올린다. 탑재된 렌즈에 1.3배의 크롭 배율이 적용된다. 캐논 1D 마크 4와 캐논 1D 마크 3에 이런 센서가 장착되어 있다.

APS-C (23.6mm x 15.8mm): 캐논, 니콘, 펜탁스, 소니 등 대부분 메이저 브랜드의 프로슈머와 애호가용 DSLR등이 APS-C 센서를 사용하지만 모든 APS-C 센서가 다 똑 같은 건 아니다. 캐논의 APS-C 센서는 가로 22.2mm, 세로 14.8mm인데 반해 소니, 펜탁스, 후지필름, 니콘(DX) 버전은 가로 23.5mm, 세로 15.6mm에서 가로 23.7mm, 세로 15.6mm까지 조금씩 다르다. 리코 GR (23.7mm x 15.7mm), 캐논 EOS M(23.3 mm x 14.9mm), 소니 NEX 제품라인, 후지필름 카메라 모두 APS-C 센서를 탑재했다.

포써드 (17.3mm x 13mm): 풀 프레임 센서의 3/4 정도 크기인 포써드는 올림푸스와 코닥이 만들어낸 오픈 DSLR 표준으로, 모든 올림푸스와 파나소닉 포써드와 마이크로 포써드 DSLR에서 사용된다. 두 배의 크롭 배율을 가지고 있어서, 탑재 렌즈의 유효 초점거리를 두 배로 만든다. 새로운 올림푸스 OM-D E-M1, 올림푸스 펜 E-PL5, 파나소닉 루믹스 GH1이 이 센서를 사용한다.

CX 포맷 (1인치): 2011년에 발표된 니콘의 CX 포맷은 니콘 1 카메라 시스템에 채용되었다. 그리고 2012년 소니는 소형 사이버샷 DSC-RX100 디지털 카메라를 발표하며 2.7배율 크롭 배율을 가진 1인치 (13.2mm x 8mm) 크기 센서를 사용했다.

카메라 센서 크기와 크롭 배율

소형 센서
아래 나열된 두 가지 센서 크기는 실질적으로 의미는 없다. 이 소형 센서 정의가 1950년대경 브라운관 TV에 사용된 비디오 카메라 튜브 크기에서 나왔다는 점만 참고하라.

1/1.7인치 (7.6mm x 5.7mm): 소형 카메라에 사용된 가장 큰 센서 크기들 중에서, 이 센서들은 더 큰 픽셀 사용으로 표준 소형 똑딱이 카메라들에서 향상된 노이즈 성능을 보여준다. 더 큰 픽셀은 명도 차이를 더욱 잘 잡아내 이미지 디테일을 더 잘 표현한다.

1/2.5 인치 (5.76mm x 4.29mm): 이 크기의 센서는 저가형 똑딱이 카메라 모델들 사이에서 일반적으로 사용된다. 이런 작은 센서가 제조에도 저렴하지만, 더 작은 픽셀은 이미지 노이즈를 증폭시키고 다이나믹 레인지를 감소시켜 전체 이미지 품질을 떨어트린다. 그러나 인물 사진의 경우 스마트폰 카메라보다는 여전히 더 나은 결과물을 보여준다.

이 카테고리에서도 1/3.2, 1/2.3, 2/3, 1/3.2, 1/1.2, 1/1.8 등 다양한 크기들이 존재한다. 1/2.7인치 (5.37mm x 4.04mm)같이 작은 센서를 탑재한 카메라들과 경쟁해 스마트폰이 이런 소형 똑딱이들 판매량에 크게 영향을 미친다는 점은 더 이상 놀라운 일도 아니다.

어떻게 되나?
컴팩트 미러레스 렌즈교환형 카메라들은 다양한 렌즈 크기로 출시된다. 작은 편에 속하는 카메라들에는 펜탁스 Q의 경우 1/2.3인치 (6.17mm x 4.55mm) 센서, 니콘 1 시리즈의 1인치 센서등이 사용된다. 파나소닉 루믹스 GF5, 올림푸스 펜 시리즈, OM-D E-M5에는 마이크로 포써드 4/3인치 17.3mm x 13mm) 센서가 사용되었다.

고정 렌즈가 탑재된 고급 소형 카메라들에는, 후지 X100S(23.6mm x 15.8mm), 니콘 쿨픽스 A(23.6mm x 15.7mm)처럼 APS-C 센서가 탑재되었다. 후지필름 X20에는 2/3인치(8.8mm x 6.6mm) 센서가 탑재된 반면, 캐논 G1 X에는 1.5인치(18.7mm x 14mm) 센서가 탑재되어 있다.


캐논 파워샷 SX280 HS와 삼성 갤럭시 카메라같은 표준 똑딱이 카메라들은 1/2.3인치 (6.17mm x 4.55mm) 센서가 탑재된 반면, 니콘 P770같이 더 나은 제품들에는 1/1.7인치 (7.44mm x 5.58mm) 센서가 사용된다.

아이폰 5와 HTC 원 같은 스마트폰들은 1/3인치(4.8mm x 3.6mm) 이미지 센서를 사용하고 픽셀수도 더 적다. 노키아 루미아 1020은 1/1.5인치 41메가픽셀 CMOS 센서를 자랑한다. 소니 엑스페리아 Z1에는 1/2.3인치, 20.7메가픽셀 센서가 탑재되어 있다. 삼성 갤럭시 S4 줌 제품에는 16메가픽셀 1/2.3인치 센서가 들어있다.


센서 크기에 적절한 이름 붙이기

화소수 담기
카메라에 화소수가 높을수록 이미지가 더 좋다는 “화소수 통설”이라는 이야기를 들어본 적이 있을 것이다. 이는 사실이 아니다. 화소가 높다고 좋은 게 아니라, 센서 크기에 알맞은 화소가 들어있어야 한다. 그리고 그 알맞은 수는 사진으로 사용자가 무엇을 할지에 달려있다. 대대적인 크롭과 대형 인쇄를 위해서는 추가적인 해상도가 유용하다. 온라인 공유나 일반적인 인쇄 목적에는 해상도의 중요도가 떨어진다. 해상도가 높아지면 파일 크기가 커지고, 고해상도 사진 처리를 위한 프로세싱 요구치도 늘어나지만 저해상도 이미지보다 노이즈가 낮다.

작은 센서들은 픽셀을 한데 몰아넣어 저조도 촬영 성능이 떨어지고 노이즈 수치가 늘어난다.

유의할 점
가능한 한 새 카메라를 구입할 때 어떤 센서가 탑재되어 있는지를 신경 써서 보라. 센서 크기와 유형이 카메라의 촬영 결과물에 상당한 영향을 미치기 때문에, 센서는 크기, 해상도, 운용, 가격에 있어서 핵심적인 요소다. 

[출처 : editor@itworld.co.kr]