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Stories about photography and cameras/Camera structure and how it works

<카메라와 렌즈의 구조 35> 사진과 영상의 가로 세로 비율(종횡비)에 대하여 / About image aspect ratio

 

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

그동안 재미없는 주제를 다뤘으니 이번에는 좀 엉뚱한 주제로 이야기를 해보자. 물론 카메라와 관련된 이야기이고 생각해 보니 그리 엉뚱하지는 않을지도 모르겠다.

우리가 즐겨 찍는 사진이나 영상 등에는 각자의 고유한 이미지 비율 즉, 종횡비를 가지고 있다. 카메라 이미지 센서의 비율이나 인화된 사진의 비율 그리고 텔레비전 화면의 비율, 컴퓨터 모니터의 비율, 영화관 스크린의 비율 등등 이 많고 다양한 화상, 화면의 비율은 어디에서 비롯된 것일까? 그 비율에는 은밀한 수학적인 비밀이라도 숨어 있는 것일까?

 

필름 시대의 화상의 비율 (종횡비) / Aspect ratio

사실, 사진이나 영화가 등장하기 이전에도 회화 미술 작품 등에 의해 화상의 비율이 존재했겠지만, 표준화된 기준이나 규격은 있었던 것 같지는 않다. 화가들이 사용하는 캠퍼스나 도화지에 가로 세로의 종횡비가 정해져 있어 화가들이 이를 고수하는 모습은 상상하기 어렵다.

본격적인 표준 규격의 종횡비가 등장하기 시작한 것은 사진이라기보다 영화에서 비롯된 것 같다. 이는 35mm 필름의 등장과 관련이 있는데, 오래 전의 역사적 사실이지만, 35mm 필름이 현재 사진이나 영화에 미친 영향이 지대하므로 100년이 훌쩍 지난 옛날이야기지만 되짚어 보자.

  • 초기 영화 화면의 종횡비  (1.33 : 1)

35mm 필름이 등장하기까지는 많은 시간과 선구자들이 등장하고 그 속에는 우리가 익히 아는 발명왕? 토마스 에디슨도 있다. 에디슨이 혼자 온전히 영화를 발명한 것은 아니지만, 영화 발전에 꽤 공헌한 것 또한 사실이다. 키네스코프, 그리고 필름 하면 자연히 연상되는 필름 주변의 천공과 화면 종횡비 4 : 3 등은 에디슨의 아이디어에 의한 것이다. (이에 대해서도 에디슨은 특허를 신청하였으나 이후 법원에서 무효화되어 일반적으로 널리 사용되었고 결과적으로 표준 규격이 된다. 사실 에디슨은 어린 시절 위인전에 등장하는 자애로운 위인의 모습과는 사뭇 다른 현실적인 탐욕과 욕망에 충실한 자였지 싶다)

19세기 말과 20세기 초반 영화와 관련된 각종 기술이 쏟아지면서 영화의 상업적 이용과 관련한 표준 규격의 필름이 필요하였고, 1909년 35mm 필름을 발 빠르게 표준으로 지정되면서 영화 발전은 꽤 탄력을 받았다고 한다. 당시의 35mm 표준 필름은 흔히 35mm로 불리지만 정확하게는 필름 폭(가로) 34.98mm에 0.03mm의 오차 범위 내의 크기여야 했고 한 프레임 당 4개의 천공(필름 측면에 잘라낸 동그란 구멍을 만드는 에디슨의 고안)을 가진 형태였다.

따라서 표준적인 영화의 화상은 아래 그림과 같이 35mm 필름에 22mm x 16mm로 1.375 : 1의 종횡비를 가지게 되었다. 에디슨이 주창한 1.33 : 1 과는 조금 달랐으나 이는 필름면에 광학 오디오 트랙을 함께 담기 위해서였지 싶다. 이후 Super 35mm에서는 한 프레임의 크기가 24.89mm x 18.66mm으로 필름에 기록되어 1.33 : 1 종횡비를 보인다.

그 외, 당시 필름은 매우 고가였으므로, 상업적 용도의 영화 종사자 외 아마추어 촬영자들은 필름을 잘라서 사용하곤 했는데, 35mm를 둘로 나눈 16mm(17.5), 이후 30년대에는 8mm 필름 등이 등장하였다.

이후 영화에는 다양한 시도와 함께 여러 가지 종횡비의 화면이 등장하는데 이에 대해서는 다른 수다에서 다루어 보자. 영화 화상에 있어 지금까지 사용된 화면의 종횡비는 매우 다양한데 그중에서 의미를 가지는 종횡비를 정리하면 2.35 : 1 (또는 2.39 : 1)의 35mm 아나모픽 와이드 스크린(현재 와이드 스크린 표준), 1.85 : 1의 울트라 16mm(미국 와이드 스크린 표준), 1.77 : 1의 고화질 텔레비전용 비디오 와이드 스크린, 1.67 : 1의 Super 16mm(유럽 와이드 스크린 표준) 등이 있다. 이는 영상의 편집 과정에서 매번 갈등을 유발하는데 영상의 종횡비와 관련해서는 좀 더 공부하고 고민해서 수다에 적절할 정도로 생각과 입이 유연해질 때 즈음 다시 도전해 보자.

 

광학 사운드 트랙이 있는 35mm 필름

 

 

영화 화상의 종횡비는 이후 텔레비전 화면비에도 그대로 반영되어 4 : 3 (1.33 : 1) 텔레비전 수상기의 화면 비율이 되었고 디지털 시대가 도래하기 전까지 지속되었다.

 

  • 스틸 이미지의 종횡비  (1.5 : 1)

앞 서 살펴본 바와 같이 35mm 필름은 20세기 초(1909)에 영화용 필름의 표준 규격이고 다방면에 영향을 주었으며 이를 기반으로 한  파생형의 제품 또는 규격이 등장하였는데, 그 대표적인 경우가 35mm 필름을 그대로 사용하는 스틸 이미지 카메라의 등장이다. 오스카 바르낙에 의해 35mm 필름을 사용하는 휴대용 카메라가 등장하였고, 1932년 무렵에는 완전히 표준화된 35mm 스틸 이미지 카메라 라이카가 등장하였다.

동일한 35mm 필름을 사용하지만, 스틸 이미지 카메라에서는 영화와 조금 다르게 활용되었는데, 화상의 종횡비에서 그 차이가 확연히 드러난다. 스틸 이미지 카메라에서는 영화의 화상과 달리 가로로 더 길게 (8개의 필름 천공을 이용해서) 기록되어 24mm x 36mm, 2 : 3 (1 : 1.5)의 종횡비를 가진다.

 

 

 

 

 

 

위에서 간략히 요약한 35mm 필름 역사에서 살펴보았듯이 영화 화면의 4 : 3 (1.33 : 1)이나, 스틸 이미지의 3 : 2 (1.5 : 1) 종횡비는 사실 35mm 필름을 사용하기 편하게 가공하는 과정에서 도출된 비율에 불과해 보인다. 종횡비에 숨은 대단한 수학적 비밀이 없어서 씁쓸하다.

일반적으로 중/대형 포맷의 필름에는 다양한 비율(645, 6x6, 6x7, 6x9, 6x12, 6x17. 4x5", 5x7", 8x10" 등), 이 존재했다. 중대형 필름 카메라의 규격은 개별적인 검색으로 대신하자.

 

▶ 디지털 카메라의 화상 종횡비

  • 디지털 스틸 이미지 종횡비

최근 디지털 카메라의 스틸 이미지 종횡비는 3 : 2이며 경우에 따라서 16: 9를 선택할 수 있는데, 16 : 9는 디지털 HD TV 이후 디지털 방송의 표준이 되면서 점차 채용 빈도가 증가하고 있는 듯하다. 스틸 이미지 3 : 2의 비율에 익숙해진 감각은 16:9의 비율의 이미지를 처음 접했을 때는 생소했고 어색했다. 하지만 이는 곧 시간과 적응, 길들여짐의 문제가 아니었나 싶고, 점차 각종 디지털 디스플레이의 화면비에 익숙해져서 이제는 4 : 3이나 3 : 2 비율 가로 사진이 답답하게 느껴질 때도 많다. 따라서 디지털 기술 발전으로 점차 이미지에서 화상으로 변화하는 라이프 스타일 등을 감안할 때, 앞으로 가장 대중/보편적인 스틸 이미지의 종횡비 또한 디지털 영상의 종횡비로 수렴하지 않을까 하는 생각을 하게 된다.

이에 연장한 조금 엉뚱한 상상은 아래에서 자세히 다루자.

 

  • 디지털 영상의 종횡비

디지털 HD TV 등장 즈음에 본격 논의되기 시작한 디지털 영상의 표준규격은 국제 표준화에 의해 16 : 9 (1.78 : 1)의 종횡비를 가지게 되었다. 이는 각국의 디지털 방송의 표준이 되면서 공고해졌는데 이후 HD, FHD, 2K, 4K UHD 등에서는 16 : 9의 종횡비를 가진다.

디지털 이미지는 각각의 화소(픽셀)로 이루어지므로 종횡비는 가로 세로의 픽셀 수에 따라 정의될 수 있다. 화면의 해상도를 표시하면,

SD - 720 x 480

HD - 1,280 x 720

FHD (Full HD) - 1,920 x 1,080

2K - 2,048 x 1152

   블록버스터 영화 등의 해상도 표준이었다. 하지만, 풀 HD 보다 해상도가 약간 높은 수준에 그쳐 별로 인기가 없었다.

QHD (Quad HD) - 2,560 x 1,440

   HD 4배 해상도

UHD / QFHD (Quad Full HD) - 3,840 x 2160

   풀 HD 4배 해상도, 현재 일반적으로 4K UHD 등의 용어로 사용되고 있지만, 실제 해상도는 4K에 조금 못 미친다.

4K - 4,096 x 2,160

 

 

 

 

 

  • 이미지(디스플레이) 종횡비와 픽셀 종횡비

위에서 언급한 이미지 종횡비는 디스플레이 종횡비(Display aspect ratio)라 할 수 있다. 때때로 디지털 이미지에서는 픽셀의 종횡비(픽셀의 가로 세로 비율 - Storage aspect ratio)를 언급하는 경우가 있는데 픽셀이 모여서 만든 이미지의 종횡비와 이미지를 이루는 수많은 픽셀 하나의 종횡비는 구분되어야 한다. 카메라의 이미지 센서나 대부분의 이미지의 픽셀 종횡비는 (특수한 일부를 제하고) 1 : 1이므로 크게 문제 될 일은 없지만, 때때로 아나모픽/아나몰픽 시스템이나 이미지 편집 등에서 픽셀 종횡비 설정/변경을 통한 특수한 효과를 얻는 경우가 있고, 일반적인 픽셀 종횡비와 혼용하면 이미지 상의 종횡비 왜곡이 발생할 수 있다. 이는 예외적인 경우이므로 이 정도로 다루는 것이 낫겠다. 

 

앞서 첫머리에서 가졌던 의문 즉, 종횡비의 근거는 무엇일까? 수학적 비율의 알지 못했던 근거가 있을까에 대한 해답에 어느 정도 근접한 것 같다. 일상에서 자주 사용하는 A4 용지의 가로 세로 비율(1.414 : 1) 또한 수학적 균형이나 심미적인 결과물이 아니라 낭비 없이 효율적으로 전지를 자르기 위한 수학적인 비율에 불과하고, 컴퓨터 모니터나 TV 화면의 종횡비 또한 현실적인 효용과 경제적 이유로 결정되고 있었나 보다.

4 : 3의 텔레비전 화면이야 영화 초창기의 에디슨 시대부터 이어진 유구한 역사의 결과물이라 치더라도 근래의 디스플레이 장치의 비율 조차 패널의 효율적인 자르기를 위한 비율들로 한동안 그리 생겨먹었다니 조금 허무하다.

화상의 종횡비 또한 익숙해지는 과정에서 그 감상이나 느낌이 달라진다. 각종 SNS나 주도적인 매체(페이스북, 유튜브 등등)에 의해 자주 접하며 익숙해지는 이미지 비율은 가랑비에 옷 젖듯 길들여지고 있었나 보다. (인스타그램의 그 정방형 사각 프레임은 여전히 적응 못하고 있지만 사소한 예외가 그리 이상하진 않다) 최근 스마트 폰이나 태블릿으로 대표되는 모바일 기기가 실생활과 밀접하게 연관되어 생겨나는 변화도 흥미롭다. 세로로 길게 사용하는 것이 일반적인 스마트폰과 태블릿의 화면 구성으로 이미지나 영상을 세로로 긴 형태로 즐기게 되고, 따라서 세로 촬영된 스마트 폰 영상이나 세로 재생되는 화상이 빈번해지는 변화도 흥미롭다. 사실 아직은 사소하고 일시적인 변화일지 몰라도 이런 변화가 상당 기간 지속되고 더 일반적이 된다면, 가로보다 세로가 더 긴 종횡비의 이미지나 영상 또한 하나의 표준적인 규격이 될지도 모르겠다. 

종횡비와 직접적인 관련은 없지만, 비율에 대한 이야기가 나왔으니 조금 다른 주제의 수다도 곁들여 보자.

좋은 사진에 대해 고민하기 시작하면 으레 프레임/구도, 비율, 특히 황금비율 등등 구도와 프레임 그리고 앵글의 중요성을 강조하는 책이나 글들을 만나게 된다. 일응 수학으로 증명되는 우주를 꿰뚫는? 진리가 있을 듯하다. 아무 생각 없이 이런 것을 맹신했고, 사진의 구도에 이를 담으려 노력했다. 결과는 신통치 않았고 씁쓸했으며 판에 박힌, 어디서 본 듯한 구도의 연속이었다.

프레임과 구도의 비율, 수학적 진실이 사진에 있을까? 한동안 속았지만, 결국 지금에 와서 곰곰이 생각해보면, 비율이라는 것이 사진의 실질도 아니고 사실 좋은 사진으로 가는데 소소한 길잡이는 될지 언정 결국엔 이 또한 형식과 고루한 틀이 되고 있지 싶다. 애초에 그냥 참조만 하는 정도였으면 어땠을까 싶고, 이에 다른 해법을 찾은 사람들에게 조언을 기대하게 되기도 한다.

요즘 자주 회자되는 “황금 비율이라는 미신”에 대한 연장선에서 생각해 보자.

기하하적인 균형이나 황금 비율(1.618 : 1) 따위 전혀 몰라도 충만한 감성으로 접근하면 좋은 사진을 찍는 데는 하등의 문제가 없어 보인다. 단지, 좀 더 쉽게 더 좋은 결과물을 얻고 싶고, 효율이라는 경제적이고 자본주의적인 가치에 물든 나약한 정신에 의해 만들어진 대단한 법칙 같은 것을 믿고 싶었던 것일까. 딱 떨어지는 정답이 없는 감각적이고 예술적인 행위에서 자주 헤매는데, 이런 고민이 썩 익숙하지도 달갑지도 않을 때가 대부분이다. 결국 어지럽고 위태한 마음은 믿고 기댈 무언가를 찾게 되는 듯하다. 즉, 황금 비율이나 수학적 구도의 미학은 사진이나 예술 세계를 관통하는 진리의 존재와 그것에 기대고 싶은 마음이 만든 허상일지도 모른다.

다시 카메라의 이야기로 돌아와서,

대부분의 카메라용 이미지 센서는 3 : 2 종횡비를 가지고 있고 이는 35mm 필름 카메라 이후로 이어진 익숙함의 문제가 아닐까 싶다. 이미지의 후반 작업이 손쉬워지고 자르고 붙이기가 한결 용이해진 디지털 시대에 종횡비가 무슨 소용인가 하는 생각도 든다. 근래 디지털 이미지 센서의 구조에 대해 수다의 주제로 삼다가 몇 가지 엉뚱한 생각을 하게 되었는데, 왜 이미지 센서는 필름 시대의 그 규격과 모양(35mm 풀프레임 규격 36mm x 24 mm을 답습하고 있을까 하는 의문이 들었다. 단지 예전부터 그렇기 때문이라고 설명하기엔 뭔가 부족하다.

 

▶ 이미지 센서에 종횡비 대한 엉뚱한 생각

프레임을 후반 작업에서 자르고 크롭 하여 조정 가능하다면, 실제 촬영에서는 최대한 충분한 화상을 기록하는 것이 좋지 않을까. 종종 가로로 또는 세로로 촬영된 사진을 세로나 가로로 찍었더라면 하고 후회하곤 하는데, 이런 부분을 개선할 방법은 있지 않을까.

렌즈(광학계)를 통과한 상, 즉, 이미지 서클이 동그랗다면 이를 모두 담을 수 있는 동그란 이미지 센서면 어떨까? 카메라 이미지 센서의 모양은 왜 3 : 2 종횡비의 직사각형이어야 할까. 우리는 렌즈를 통과한 이미지 서클이 원형이라는 것을 알고 있다. 원형의 이미지 센서는 더 효율적이지 않을까? 반드시 원형일 필요는 없겠다. 이미지 서클의 면을 온전히 사용할 수 있다면 정 사각형이든 팔면체이든 큰 상관은 없다.

참고로 산업용, CCtv, 카메라 모듈, 특수 목적의 카메라 이미지 센서에서 다양한 종횡비의 이미지 센서가 존재한다. 위에서 언급한 카메라 이미지 센서 종횡비 3 : 2 또는 4 : 3은 일상적인 스틸/동영상용으로 사용하는 카메라에 제한적 의미로 이해하는 것이 좋겠다. 

 

 

 

 

굳이 세로나 가로로 카메라를 이리저리 돌릴 필요도 없고, 렌즈를 통과한 이미지 서클 전체를 다 담는다면 단지 가로 세로의 구분이나 프레임뿐만 아니라 간단한 작업으로 전체 구도나 프레임 설정의 자유도가 비약적으로 상승할 수 있지 않을까. 디지털카메라에서 단순히 크롭이나 프레임 설정뿐만 아니라 노출, 색 보정 등 광범위한 후반 작업의 필요성과 편리함이 더 가중되는데 이런 변화에도 알맞지 싶다. 더구나 세로 구도를 더 잘 찍으려고 거추장스럽게 세로 그립 따위를 달기도 한다. 이 정도의 추가 비용과 불편을 감수할 정도라면 이미지 센서가 원형으로 커지는 정도의 추가 소모 값을 충분히 부담할 여력과 필요도 있지 싶다.

 

물론 이미지의 용량이 더 커지는 문제와 사용 전력 증가 등의 단점이 있지만, 이 또한 해결책이 없는 것은 아니다. 만약 기존의 직사각형 구도로 촬영을 원할 경우에는 가로 세로에 따라 활성화되는 픽셀을 선택적으로 적용한다면 현재의 이미지 용량에서 크게 차이 나지 않게 제한할 수 있지 싶다. 물론 원형의 넓은 전체를 이미지 센서에 담고 싶다면, 용량 증가로 인한 부담을 사용자가 감내하면 될 일이다.

 

촬영 후 확인하는 과정에서의 디스플레이 등 관련 문제가 여전히 남는다. 하지만, 이 또한 기술적으로 해결할 수 있는 방법을 찾을 수 있지 싶다. 촬영과 후반 작업의 자유도를 높인다는 나는 기꺼이 더 많은 비용과 사소한 불편을 감내할 용의가 있다.


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