안녕하세요. 조씨가 알려주는 IT이야기 입니다.
이번 포스팅에서는 영상 및 사진에 관한 센서 기술에 대해 다뤄보려고 합니다. 흔히 크롭바디(super35m) 보다 풀프레임이 수광량과 품질이 좋다는 이야기를 하곤 합니다. 과연 크롭 센서보다 풀프레임이 압도적인 성능을 지니는지, 다이나믹 레인지는 무조건적으로 판형 순인지에 대해 짧게 정리해서 알려드리려고 간단하게 포스팅 하게 되었습니다.
- 해당 글은 뇌피셜이 아닌 실제 각 회사 및 검증된 자료를 토대로 참고하여 포스팅 하였습니다.
- 설명하는 내용 대부분은 동일 구성의 시네렌즈, 통제된 환경, 동일한 설정 값 등의 기준을 생각해야 합니다.
다이나믹레인지 (DR) 은 무엇인가요?
기본적으로 다이나믹레인지이 뭔지에 대해 간단한 설명과 함께 알려드리겠습니다.
일단 다이나믹레인지는 log 수학적으로 함수랑 연관되어 있다고 보시면 됩니다. 약간 간접적이고 대략적은 값을 수치화 하기 위해 (동적 범위) 다이나믹 레인지로 설명 표시해서 활용합니다. (예시사진 : cined) 간단히 풀어 설명하지만 카메라가 올바르게 gray 18%, 로그함수와 적합한 모든 환경이 통제 된 환경에서 이야기 조건에, 최대 휘도(명부)와 최소의 암부 부분에 대한 비율 정도로 생각해주시면 됩니다.
이미지 센서에 따른 다이나믹 레인지 값을 수치화 하기 위해서 기준이 있는 ISO 15739:2023 라는 문서가 따로 있습니다. 국제 표준기술 측정 방식인 ‘전자식 정지 사진 이미징 – 노이즈 측정’로 측정이 되어야 하지만 이러한 부분은 제가 아직 공부 중인 부분이고, 공학 급으로 파고 들어가야 하기 때문에.. 제가 따로 서술할 수 있는 부분은 아닌 것 같습니다. 특히나 각 제조사에서 다른 측정방식을 사용 하는 경우도 있어서 모두 다릅니다.
https://www.arri.com/en/camera-systems/cameras/alexa-35/alexa-35-high-dynamic-range 해당 링크는 ARRI 알렉스 35 에 딸따른 동적범위에 대해 설명하는 내용을 담고 있습니다.
이미지센서의 수용 할 수 있는 DR이 넓으면 넓을수록 명부와 암부에 따른 디테일을 자연스럽게 복구 할 수 있으며, 각 빛에 대한 손실이 없을 가능성이 커지기에 클리핑(LOG가 저장할 수 있는 빛의 양을 넘음) 되지만 않는다면 컬러그레이딩 작업에서 손쉽게 복구 할 수 있습니다. 결론적으로 이미지센서가 담을 수 있는 레인지가 많을수록 빛의 값에 대한 데이터를 더욱 저장 할 수 있습니다.
그러면 크롭바디에 비해 풀프레임이 더 적은 노이즈와 더 많은 수광을 받지 않나요?
반은 맞고 반은 틀리다고 생각합니다.
소니에서 공식적으로 설명하는 내용입니다. 셔터스피드, 조리개 값이 모두 동일 할 때 기준으로 풀프레임의 경우 집적회로 즉 빛을 수광할 수 있는 픽셀면적이 크기 때문에 빛의 데이터를 더 많이 담아 높은 다이나믹 레인지를 만들 수 있습니다. 크면 클수록 노이즈가 적고요. 당연히 품질 또한 좋아집니다. 여기에는 이미지센서를 위한 웨이퍼 설계 능력도 포함되겠죠.
하지만 이것은 풀프레임만 적용되는 것은 아닙니다.
현재 ARRI 사의 시네마카메라의 라인업을 볼 때 super35mm 에 해당하는 센서를 보게 되면 5K 정도가 될까 말까합니다. 그 정답은 말 그대로 수광량과 연관되어 있습니다. 픽셀이 수광할 수 있는 양이 어마어마하게 크고, 여기에 더해서 롤링셔터를 채용 했음에도 불구하고 오픈게이트 5ms 정도의 빠른 리드아웃, 정직한 DR, 35mm에 무려 18bit A/D 변환기 등..
https://www.arri.com/en/learn-help/learn-help-camera-system/pre-postproduction/file-formats-data-handling/arriraw-faq (ARRI FAQ 지원 관련에서 문서 항목을 찾아 볼 수 있습니다)
다이나믹레인지 수치를 결정하는 건 센서크기 뿐인가요?
전혀 아닙니다. 여기에는 복잡한 ADC(bit depth), Dual iso 기술, Readout (글로별 셔터, 롤링셔터), 컬러필터 어레이, 광학설계(포토렌즈/시네렌즈와 연관) , 마이크로렌즈 , 이미지 프로세싱 등 다양한 부분에서 다이나믹레인지와 연관 되어있습니다.
일단 기본적으로 많이 활용하는 소니사의 FX3 와 캐논의 C70으로 비교 해보겠습니다. 일단 소니의 경우 full-frame 센서이며, 알파a1 시리즈의 4800만화소를 픽셀비닝 하여 만들었습니다. (당연히 물리적 센서 형태는 같을 수 있어도 회로 설계 방식이나 프로세싱 등 모든 부분이 다를 수 있습니다) 다음으로 캐논 c70은 super-35mm 센서 크기를 갖고 있으며, arri 센서의 작동 방식이 비슷한 DGO 기술을 탑재하여 명부의 데이터를 더 많이 담는 기술이 들어가 있습니다. c300 mark3 와 동일한 센서입니다. 마이크로포서드 센서 또한 좋은 dr을 갖고 있습니다.
각 제조사 시네마카메라와의 비교
fx3 , c70 , fx6, arri alexa mini 와 비교 해보겠습니다. 각 제조사에서는 명시하는 데이터는 이와 같으며 실질적으로 테스트 환경에 따라 다른 부분, 각 회사마다 측정 방식이 다른 점, 등을 생각해서 보시면 되겠습니다. 해당 부분을 자세히 정리한 cined 링크로 대체 해서 확인하면 알 수 있습니다.
• 결론 •
각 회사마다의 교묘한 마케팅을 통해서 각 DR를 명확한 자료와 정보를 얻기 힘듭니다. 단순히 풀프레임 센서가 좋다고 일반화 하면 절대 안된다는 부분을 알고 계셨으면 좋으며, DR은 센서기술이나, 픽셀 설계방식, ISP(이미지프로세서), ADC, 각 제조사별 렌즈, 센서 제작 공정 차이 등 다양한 부분에서 DR과 큰 연관이 따라 달라집니다. 또한 이러한 부분을 알게 된다면 각 제조사별 교묘한마케팅 방식과 기술력에 대해 파악 할 수 있는 계기가 아닐까 싶습니다. 특히나 소니에서는 IMX 410 센서를 파나소닉이나 니콘 등 납품을 꽤 많이하고 있는데 각 회사마다의 능력과 기술에 따라 이미지가 달라진 다는 점도 알고 계시면 좋을 것 같네요.
아마, 다음 포스팅에서는 컬러사이언스 (색감)에 대해 이야기 할 것 같습니다. 원래 이런 딥하고 긴 내용은 가급적이면 적지 않으려고 하는데.. 뜬금없이 삘 받아서 간단하게 포스팅 하게 된 것 같습니다. ㅎㅎ (추후 내용을 더 보완 추가 할 계획입니다.)
궁금하거나 질문이 있다면 댓글 주시면 최대한 알려드리겠습니다.
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