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<올드렌즈와 디지털카메라의 이종결합 X X> 사진의 색 재현력(색감,발색)에 영향을 주는 요소들 / Factors affecting the color reproduction of a photograph 본문

사진과 카메라 이야기/디지털 카메라와 수동 올드렌즈의 이종 장착

<올드렌즈와 디지털카메라의 이종결합 X X> 사진의 색 재현력(색감,발색)에 영향을 주는 요소들 / Factors affecting the color reproduction of a photograph

잉여인간 SurplusPerson 2017.05.15 23:11


Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.



카메라나 렌즈, 그리고 촬상소자의 성능이나 특징을 다룰 때 살펴볼 요소들이 꽤 많은데 무엇보다 사진을 찍기 위한 장치이므로 카메라 본체나 렌즈의 기계적/광학적 성능 이외에 결과물의 분해능(해상력)이나 선예도와 색 재현력(색감, 발색) 등 다양한 요소에 대해 이야기할 수밖에 없다. 그동안 렌즈의 광학적 성능에 따른 분해능(해상력)이나 포커싱 매커니즘 등을 수다의 주제로 삼았으니 이번에는 색 재현력의 요인에 대해 조금은 범위를 넓혀 대략적인, 결과적으로는 어중간할 듯한 주제에 대해 수다를 시작해 보자. 



근래에는 고화소 디지털 카메라의 영향 탓인지 사진에서 주요 관심은 해상력이나 선예도 등에 집중되는 경향이 뚜렷해 보인다. 이전 작성한 포스팅에서 다룬 주제들에서도 언급했 듯이 카메라나 렌즈의 해상력은 정확한 포커싱을 전제로하고 여기에 더불어 각종 해상력을 저하시키는 상황(촬영시 카메라의 흔들림이나 피사체의 움직임)의 영향, 그 이외에 광학계의 수차 문제와 적절한 광량(노출)의 문제, 그리고 촬상소자에서의 조건(필름이나 디지털 이미지 센서 및 이미지 프로세서의 성능) 등 직/간접적으로 관련되는 요인이 매우 많다. 따라서 해상도가 낮은 촬영 결과물의 원인은 여러가지 원인이 복합적으로 나타나거나 또는 어떤 특정한 요건이 문제되는 등 경우의 수는 꽤 많아서 특정한 사유라고 단정지어 말하기 어렵다. 이와 마찬가지로 색 재현력의 문제 또한 여러 요인이 뒤섞여서 발생한다고 생각한다.


렌즈의 광학 성능에서 해상력에 대한 글을 많이 보게 되는데 일상적인 촬영 용도의 렌즈 해상력은 조리개를 일정(F/5.6~16) 이상 조이면 단일색 수차의 대부분이 감소하여 렌즈 성능으로서 해상력 자체가 문제되는 경우는 그리 많지 않다. 최대 개방에서 해상력에 대해 많은 분석과 리뷰 등이 있지만, 대형 프린트의 사용이나 고해상도의 이미지가 필요한 특수한 경우나 직업적인 작가 또는 상업적인 용도를 제외하고 일반적인 사진 출력 용도나 웹용 이미지, 그리고 대부분의 아마추어의 사용 용도에서 주요 광학 제조사의 렌즈는 조리개를 조여서 촬영하면 충분한 해상력을 보여준다. 최대 개방에서의 화질 문제를 주로 다루는 것은 그것이 성능 비교에서의 차이 등으로 다롤 것 많고, 비교하기 쉬운 편리함 때문이고 시각적으나 기타 방법으로 그 차이를 가장 잘 체감할 수 있기 때문이기도 하다. 이런 상황을 전제로 효율적인 선택과 합리적인 소비의 측면에서는 용도와 사용 목적에 알맞은 선택이 필요하고, 고 사양 제품에 대한 무의미한 추종이나 광고는 실제적인 효용을 넘어서는 과도한 지출을 부추기며(일반 자동차로 충분히 목적 달성인 가능한 상황에서 F1 경주차나 수륙 양용의 특수차가 큰 효용이 없듯이), 급나누기로 제조사의 이익 창출을 위한 마케팅 전략일 경우가 대부분이라고 생각한다. 물론 전문가급의 고사양 제품이 탐나기도 하지만, 대부분은 그런 고가의 렌즈 없이도 훌륭한 사진을 찍기도 한다. 렌즈의 고해상력 논란은 이미지 센서의 고해상력이 사진 전체의 품질이나 카메라의 성능을 대표하는 것인냥 이야기하는 것과 다를 바 없어 보인다. 고해상력의 사진은 좋은 사진이라는 등식은 반드시 성립하는 것은 아니다.



Steve McCurry 'Last Roll of Codachrome'



색 재현력 또한 사진의 해상도와 마찬가지로 사진 촬영에 관련하는 각 부분, 즉 카메라를 구성하는 렌즈의 광학계 카메라의 기계적 성능과 촬상소자의 특징 등이 제각각 모두 관련되어 있다. 따라서 카메라의 해상력, 사진의 해상도에서와 마찬가지로 영향을 주는 다양한 요소들에 대해 모두 언급하지 않을 수 없다.


일반적으로 '색감' 또는 '발색'으로 이야기되는 경우가 많은데, 색의 느낌(주관적인 감상의 의미가 강해 보인다)이나 색의 발현 정도로 이해되는 '색감' '발색'의 용어보다는 '색 재현력'이 정확한 표현인듯 하다. 피사체 본연의 색을 촬영 결과물인 사진에서 어느 정도로 재현하는가의 의미로 '색 재현력'이라고 용어를 사용하였다.



사진의 색 재현력에 영향을 주는 요소는 어떤 것이 있을까?




▶ 촬상소자와 색 재현력


대표적인 촬상소자인 필름이나 디지털 이미지 센서의 특징에 따라 색 재현력은 차이를 보일 수 있다. 먼저 필름은 감광 유제의 화학적 반응에 의해 색을 재현하는 방식으로 18세기 후반부터 다양한 염료와 방식의 개발이 이루어졌고, 1935년이 되어서야 '코닥 이스트만 社'에 의해 현대적인 칼라 필름이 등장하였다. 촬영된 필름에는 눈에 보이지 않지만 촬영된 상이 기록되어 있는데 이를 '잠상'이라고 한다. 이를 현상이라는 화학적 처리 과정을 통해 기록된 화상이 나타나도록 한다. 이런 현상은 필름 감광 유제(염료)의 화학적 성분과 비율, 현상 과정에서의 화학적 처리 방법 등이 다양하였고 따라서 이런 유제 구성과 처리 등의 화학적 차이와 소비자들의 다양한 요구에 부응하는 여러 방식과 종류의 필름이 제품화 되었다. 또한 주요 메이저 필름 제조사(필름 제조 기술에서 미국의 코닥 이스트만 사와 독일의 아그파가 대표적이다)의 독자적인 기술 등이 어우러져 저마다 고유한 색 재현력에서 차이를 보이는 것은 당연하게 생각된다.


▷ 참고 - 컬러필름의 현상 방식      http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1149658&cid=40942&categoryId=33087



필름의 대표적인 두 종류는 포지티브(슬라이드/리버스) 필름과 네거티브 필름으로 구분되지만, 포지티브의 필름에도 필름 현상에서의 발색 방법에서 외형발색 방법과 내형발색 방법으로 나뉘며 최초의 현대식 상업용 필름이었던 외형발색의 코다크롬 Kodachrome과 그 이외의 엑타크롬 Ektarcrome , 아그파컬러 Agfacolor의 기술을 기반으로한 내형발색 방법(프로세스 E-6)이 주종을 이룬다. 외형발색 방식(발색을 구현하는 유제가 현상액에 있는 방식으로 현상과정이 매우 복잡하여 지정된 현상소에서만 현상 서비스가 가능했다. 프로세서 K-16)의 코다크롬은 2009년 제조 중단되었고 현상 서비스 또한 2011년을 끝으로 종료되어 역사 속으로 사라졌다.




네거티브 필름은 현상 후 인화(종이 인쇄)의 효율(인화 및 인쇄가 슬라이드 필름에 비해 매우 간단하다)을 위해 흑백과 색이 반전되게 설계되었으며, 1941년 '코다컬러' Kodacolor가 최초의 상업용 네거티브 필름으로 출시되었다. 네거티브 필름의 현상 프로세스를 코닥에서는 C-41, 후지에서는 CR-56, 코니카에서는 CRK-2로 불렀다. 하지만 방식은 모두 유사하다.


필름에서와 같이 디지털 이미지 센서 또한 기술적 방식에 따라 구현되는 색 재현력에 차이가 발생한다. 그리고 이미징 처리 기술 또한 필름의 현상과 유사한 과정을 수행하여 색 재현력에 영향을 준다. 발색을 위한 가장 기본적인 원리 즉, 거의 모든 컬러 프로세스의 기초가 되는 3원색 컬러 방식(스코틀랜드의 물리학자인 James Clerk Maxwell이 1855년 처음 제안한 것이다)은 각 색에 반응하는 화소의 배열이나 구성 방식에 따라 다양한 기술적 방식이 존재하고 그에 따라 저마다의 색 재현력에 소소한 차이에서 부터 분명한 차이까지(체감하는 사람에 따라 그 정도가 다를 수 있다)를 보인다. 이런 이미지 센서의 3원색 처리 프로세스와 동시에 물리적인 빛의 색 정보를 디지털 정보로 바꾸는 과정에서의 이미지 프로세싱 차이나 다양한 기술 방식 또한 색 재현력에 영향을 주는 중요한 요소의 하나라고 할 수 있다.


이에 한가지 더 덧붙이면 색에 대한 정의/기준의 차이도 색 재현력에 영향을 미칠 수 있다. 이는 촬영 뿐만 아니라 디지털 이미지로 디스플레이에 표시하거나 인화/인쇄 등의 과정에서도 차이를 만든다. 색에 대한 기준 즉, 색 (영)역/색 공간 또는 색 체계의 설정은 색 재현력 등 전반적인 색의 기준으로 중요하다. 색공간 등의 문제는 지식 부족으로 언급을 자제하였다. (근래 주로 언급되는 주요 색 공간에는 sRGB, Adobe RGB, Apple RGB 등이 있다) 색 공간/색 체계의 경우 1931년 국제 조명 위원회(CIE)에서 여러 사람들을 대상으로 색과 관련한 실험을 통해 얻어낸 평균치를 바탕으로 CIE 색 공간이 만들어졌고, 이후 다양한 형태로 개선 발전되어 활용되고 있다.




▶ 광학계(렌즈)와 색 재현력


흔히 렌즈로 불리는 카메라의 광학계 또한 색 재현력의 영향을 미친다. 이는 색수차와 이를 보정하는 렌즈의 광학적 기능과 관련된다. 그리고 반사 방지와 투과율 향상을 위해 적용된 코팅 기술은 색의 균형적 재현을 위한 기능도 일부 수행한다. 이에 대한 자세한 내용은 이전 작성한 포스팅으로 대신한다.


▷ 참고 - <렌즈의 광학구성(Optical Design)과 구조 X> 렌즈의 색 재현력과 색수차 - 색지움 렌즈 / Chromatic aberration - achromatic lens & apochromtic lens(APO)     http://surplusperson.tistory.com/285


▷ 참고 -<카메라와 렌즈의 구조 X VII> 렌즈 코팅의 광학 원리와 기능 - 코팅 색(칼라)의 원인 / Anti-Reflection coanting & Transmittance     http://surplusperson.tistory.com/284




▶ 색 온도와 화이트 밸런스 그리고 색 재현력


색 온도는. 해 뜨기 전 새벽 녘의 푸르스름함이나 해질녘의 붉은 색감이나 백열등 아래의 따듯한 온색의 느낌을 쉽게 연상할 수 있다. 이런 색 온도의 차이는 색 재현력에 큰 차이를 만든다. 디지털 이미지센서의 카메라에는 설정에서 촬영 상황에 맞는 적절한 색온도로 화이트 밸런스 조정을 통해 색 재현력에 변화를 줄 수 있다. 또는 필름 카메라에서 사용되던 전통적인 방식의 색 필터 또는 인공 조명의 색 조절(젤라틴 필터 등을 활용) 방법을 고려할 수도 있다. 이에 대해서는 좋은 자료가 많으므로 정의에 대한 부분만 간략히 인용으로 대신한다.


- 색온도

완전 방사체(흑체)의 분광 복사율 곡선으로 흑체의 온도. 0℃의 절대 온도인 273K와 그 흑체의 섭씨 온도를 합친 색광의 절대 온도이다. 표시 단위로 K(Kelvin)를 사용한다.
완전 방사체인 흑체는 열을 가하면 금속과 같이 달궈지면서 붉은색을 띠다가 점차 밝은 흰색을 띠게 된다. 흑체는 속이 빈 뜨거운 공과 같으며 분광 에너지 분포가 물질의 구성이 아닌 온도에 의존하는 특징이 있다. 색온도는 온도가 높아지면 푸른색, 낮아지면 붉은색을 띤다.

(1) 해지기 직전: 2200K(촛불의 광색)
(2) 해뜨고 40분 후: 3000K(연색 개선형 온백색 형광등, 고압 나트륨 램프)
(3) 해뜨고 2시간 후: 4000K(백색 형광등, 온백색 형광등, 할로겐 램프)
(4) 정오의 태양: 5800K(냉백색 형광등)
(5) 흐린 날의 하늘: 7000K(주광색 형광등, 수은 램프)




<출처> 색채 용어 사전 (네이버 지식백과)



- 화이트 밸런스 (White balance)


필름카메라촬영된 화상은 백열등 빛에서는 피사체가 붉게 나오고, 형광등 광에서는 녹색으로 나온다. 이렇게 빛 아래에서 촬영하는 경우 빛의 색온도를 맞춰 전기적으로 보정하여 언제든지 백색이 백색으로 촬영되도록 하는 기능이 화이트 밸런스다.

화이트 밸런스를 맞추는 순서는 다음과 같다.

① 카메라 앞에 흰카드를 놓는다.
② 흰카드가 프레임을 가득 채우도록 렌즈를 조절한다.
③ 카메라의 화이트밸런스 기능을 작동시킨다. 카메라의 내부 전자회로가 불균형한 색 정보의 오차를 수정한다.

이때 흰색 카드를 비추는 빛은 실제 촬영에서 사용하는 광원과 동일해야 한다. 렌즈에 필터가 끼어져 있다면 화이트 밸런스를 맞출 때는 필터를 제거해야 한다. 그렇지 않으면 카메라의 화이트 밸런스 기능에 의해 그 필터의 효과가 사라지게 된다.

화이트 밸런스 기능을 좀 더 적극적으로 활용하면 화면의 색조를 바꿀 수도 있다. 예를 들어 화면을 따뜻한 색조로 만들고 싶다면 화이트 밸런스를 맞출 때 카메라에 차가운 색인 파란색 계열의 필터를 사용하면 된다. 그러면 카메라의 전자회로가 차가운 색조의 화면을 정상으로 만들기 위해 인위적인 보상값을 적용하게 된다. 이후 필터를 제거하면 전체 화면이 따뜻한 색조를 띠게 된다. 조명에 필터를 씌워도 동일한 효과를 낼 수 있다. 당연히 다른 컬러를 이용한 응용도 가능하다.

<출처> 영상 콘덴츠 용어 사전 (네이버 지식백과)



▶ 이외의 색 재현력에 영향을 미치는 요소


색 재현력에 직접적인 영향을 주는 경우는 아니지만, 일명 색감과 관련되는 톤, 채도에 대해서도 생각해 볼 필요가 있다. 이는 이미지의 해상력과도 관련되는데 해상력이 높을 때는 콘트라스트가 증가하고 색의 채도 또한 높아서 매우 선명한 색 재현력을 기대할 수 있다. 하지만, 여러 이유로 해상력이 저하되는 경우 콘트라스트는 감소하고 채도 또한 떨어져서 번진듯한 색으로 보여지고 흔히 물 빠진 듯한 색감으로 표현되기도 한다.


앞에서 잠시 언급하였듯이 해상력을 저하시키는 요인은 매우 많다. 포커싱 문제일 수도 있고 광학계의 각종 수차 문제나 플레어나 빛의 회절로 인한 문제일 때도 있으며, 단순히 촬영 상의 부주의로 엉뚱한 곳에 초점이 맞거나 카메라의 흔들림도 원인이 된다.


컬러 인쇄나 인화로 인한 색 재현력의 차이도 생각해 볼 필요가 있다. 이는 빛의 3원색과 색의 3원색의 차이로 간략히 설명해 보자. 앞서 언급했던 빛의 3원색은 RGB(Red, Green, Blue)인데 반해 학창시절 미술 시간에 배웠을 색의 3원색은 사이안(Cyan), 마젠타(Magenta), 엘로/노랑(Yellow)이다. 빛의 3원색은 가산혼합이며 색의 3원색은 감산혼합이라는 차이도 있다. 따라서 빛으로 인한 색 인식과 이를 실제 시각화하여 표현(인화)하는 색 원리간에 차이가 존재하므로 본연의 색 그대로 재현하는 것은 결코 간단한 일이 아니다. 가산과 감산 혼합의로 인한 명도 차이 등도 고려해 보아야 한다.


색의 3원색




간혹, 디지털 카메라나 필름 카메라 등에 색감(색 재현력)의 특징이나 원인에 대한 궁금해하는 글을 보곤한다. 그리고 그에 대한 답으로 필름이나 이미지 센서가 차지하는 비중이 어느 정도고 렌즈가 차지하는 비중이 어느 정도 된다고 설명한 글을 볼 때도 있다. 물론 대략적인 비율로 이해를 돕는 의미겠지만, 이를 일정한 비율이나 차지하는 퍼센테이지로 설명하기는 어려운 점이 많다.


근래에 만들어진 카메라용 렌즈들은 대부분 색 재현력에서도 균형적이고 사실적인 성능을 보여준다. 따라서 이런 균형잡힌 렌즈가 색감의 차이를 유발하는 원인이 되는 경우는 매우 낮다. 하지만 올드 렌즈, 특히 흑백 사진이 주종을 이루던 때의 렌즈들에서 때때로 특정 색 재현력에 치우치거나 그 반대의 특징을 보이는 렌즈를 종종 경험하게 된다. (이는 색수차 보정에서 광학 설계상의 성능에서 오는 차이 등등이 원인이지만, 조금 표현을 달리하면 독특한 색감을 지닌 렌즈이며, 나쁜 렌즈 좋은 렌즈의 단순한 분류 보다는 자신이 추구하고자 하는 사진이나 촬영에 접합한가에 더 의미를 두어야 하지 않을까) 엄밀히 말하자면, 컬러 사진에서는 균정적인 색 재현력에 문제가 있다고 할 수도 있다. 그리고 이러한 경우에 렌즈는 촬영 결과물의 색 재현력에 미치는 영향은 꽤 높아질 것이다. 특정색이 강조되는 렌즈에 동일한 색이 강조되는 특성의 필름을 사용한다면 색 재현력은 한쪽으로 매우 강조될 수도 있다. 따라서 조합에 따라 많은 경우의 수가 발생하므로 일률적으로 색 재현력에 원인이나 영향을 정량화하는 것은 어렵다.


색 재현력에 영향을 미치는 여러 요소들이 있고 각각의 조합에 따라 다양한 표현이 가능할 수도 있다. 때로는 의도치 않은 요소들로 인해 원하지 않는 색감이 될 수도 있으니 이는 사진을 즐기며 천천히 체감하는 것도 나쁘지 않으리라 생각한다.


때때로 디지털로 촬영한 이미지를 필름 색감으로 표현하기 원하는 경우도 흔하게 볼 수 있다. 보정 프로그램이나 앱 등을 통해 완연하게 필름 감성의 색감으로 만드는 실력자들을 보면 부럽기도 하다. 하지만, 필름으로 촬영하면 자연스럽게 필름의 감성을 살릴 수 있으니 원숙한 보정 실력이 없는 수다쟁이는 필름으로 직접 사진을 찍는 방법을 택한다. 그렇다고 필름이 감성이 넘쳐 좋기만 한 것은 아니다. 귀찮고 불편할 때가 더 많지만, 세상 사는 것이 늘 그렇듯이 귀찮고 불편한 것이 때로는 재미고 즐거움일 때도 있다. 그리고 그 반대의 경우도 흔하다. 종잡을 수 없는 변덕쟁이 마음이 조금은 실없다.



다른 관점에서 '색감'과 관련하여 곰곰이 생각하면 사람이 보는 색은 저마다 모두 동일한 색을 본다고 할 수 있을까? 미세하지만 색을 인식하는데 있어 차이를 가지고 있는 것은 아닐까 하는 의문이 생긴다. 색의 인식은 앞에서 필름이나 디지털 이미지 센서의 기본적인 색 재현력에서 언급하였던 '3원색의 컬러 방식'은 사람의 눈에서도 동일하게 이루어진다고 한다. 즉, 빛을 인식하는 정상적인 사람 눈의 시각을 담당하는 원추세포에도 3원색에 대응하는 세포가 분포하고 이에 따라 색을 인식하는데 3원색에 대한 원추 세포의 비율 또한 저마다 다른 비율을 가진다고 한다. 민족이나 인종 등등의 이유로 사람마다 3원색에 반응하는 다른 비율의 시각 세포를 가지고 있다면 엄밀하게 따지면 모두 동일한 색을 본다고 할 수 있을까? 진화론의 입장에서 보아도 설원이나 사막의 환경에 적응한 사람의 눈과 푸른 바다나 초록색 숲의 환경에 적응한 사람이 인식하는 색의 차이는 존재하지 않을까? 색 자체를 인식하는 것은 차이가 없다고 하여도 눈이 편안하게 느끼는 또는 정신적으로 안정감을 주는 색이 다르게 인식되지는 않을까? 이런 차이가 선호하는 색감의 차이를 만드는 것일까?


이런 차이가 있다면 주관적인 색감이나 선호하는 색 또는 색 배열, 색감은 차이를 보일 수 있을 것이며, 따라서 각각의 사진이 보여주는 색 재현력이나 색감에 저마다 다른 감상을 가지는 것일 수도 있겠다는 막연한 생각을 하게된다. 자신에게 불편한 누런 색감이 편안하게 느껴지는 사람도 있을 것이다. 이런 감상이나 가치의 영역에 정답은 없어 보인다. 단지 여러 가지 답이 있고, 각자의 다름이나 다양을 인정하고 그리고 자신에 맞는 답을 찾는 여정이 삶의 한 단면이 아닐까 싶다.



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