Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
노이즈 리덕션의 방식과 특징에 대해서 다루고 싶었는데, 노이즈의 발생 원인과 밀접한 관련이 있는 주제들을 다루지 않고는 수다를 이어가기가 쉽지 않을 듯했다. 필름 카메라와 비교하여 디지털카메라의 가장 큰 장점 중 하나인 감도 선택의 옵션은 고감도 ISO 선택 시 암부의 노이즈가 증가라는 문제가 있고, 이 문제 해결을 위해 노이즈 리덕션 기능이 후보정 프로그램이나 카메라 자체의 중요한 성능 중에 하나가 되고 있다. 디지털카메라에서 ISO 감도 조정의 원리와 작동 방식에 대해 수다를 나눠보자.
특히 최근에는 매뉴얼 촬영 모드에서 ISO를 Auto에 둠으로써 조리개와 셔터 스피드를 촬영자가 임의로 적용하고도 자동 노출처럼 촬영할 수 있는 점은 참 편리하다. 노출을 결정하는 데 있어 조정/선택 가능한 변수가 조리개와 셔터 2개에서 디지털카메라에서는 감도까지 3개로 증가하였는데 두 가지 선택지에서 세 가지 선택지로의 발전은 너무 달콤하다. 이 편리함에 취해 다시 필름 카메라로 돌아가기 어렵다.
ISO 감도 증가에 따른 노출 변화에 대해서는 익히 잘 알고 있고 활용하고 있는 내용이므로 수다 대상으로 삼을 생각은 없지만, ISO 감도 증감에 따른 노출값의 변화에 대해 이해를 전제로 하여야 보다 쉽게 이해하리라 생각한다. 어려운 내용이 아니므로 그냥 달려도 좋을 듯하다. 주제가 명확하지 않으면 지루한 수다에 집중력 저하가 예상되므로 흥미 유발의 떡밥? 두어 개를 먼저 던져두고 시작하자.
"카메라의 ISO 감도 조정과 후보정 프로그램에서의 노출 보정은 어떤 점에서 다른 것일까?"
"카메라의 사양에 표시되는 ISO 기본(표준. 상용) 감도와 확장 감도는 무슨 차이가 있는 걸까?
먼저, 흔히 ISO라고 줄여서 부르는 'ISO 감도'의 개념에 대해 간략히 정리가 필요할 듯하다. ISO는 '국제 표준 기구'(International Organization for Standardization, International Standardization Organization)의 약자이고, 흔히 카메라에서 말하는 ISO 감도는 이 국제 표준 기구에서 정의한 디지털 이미지 센서의 '속도' 표준을 의미한다.(디지털 이미지 센서의 '속도' 표준을 정할 때, 기존 필름의 동일한 기준을 가져왔다. 디지털 이미지 센서의 '속도-film speed-' 또한 필름에서부터 유래하였는데 기존 필름의 감광 유제가 빛에 반응하는 정도에 따라 그 감도에서 차이가 있었다. 즉, 빛에 반응하는 민감도(감광도-Sensitivity of light-) 상대적으로 감도가 낮은 필름은 더 많은 빛에 노출되어야 하므로 '느린 필름', 상대적으로 감도가 높은 필름은 '빠른 필름'으로 불렸다. 밝은(큰 조리개 구경-낮은 조리개 f/값-을 가지는) 렌즈를 빠른(fast) 렌즈라고도 표현하는 것 또한 (카메라의 셔터 스피드와 관련되어) 유사한 용어 유래라고 생각된다.
하지만 영어권에서 관용적으로 사용되는 '빠른' fast의 의미가 개인적으로는 모호한 경우가 많아서 즐겨 사용하지는 않지만 유독 '밝은' 렌즈는 입에 착착 감긴다. 필름 속도 대신에 감도의 고저(높고 낮음) 그리고 빠른/느린 또는 밝은/어두운 렌즈 대신에 구체적인 조리개 f/값 수치를 쓰면 그런 모호함이 사라지지만 딱딱하고 정감이 없는 것 또한 사실이다.
▶ 디지털카메라의 ISO 감도 조정
디지털 이미지 센서는 ISO 감도가 증가할수록 노이즈도 증가한다는 것은 상식과도 같다. 필름도 ISO 감도가 높을수록 노이즈가 증가하는 것일까? 비슷하면서도 조금 다르다. (사실, 필름의 화학적 반응은 매우 복잡하므로 다 이해하고 있지도 못하고, 디지털카메라 시대에 이에 대해 자세히 다룰 필요도 없으므로 대략 중요 부분만 간략히 언급하자) 필름은 빛과 반응하는 감광 소자 입자의 크기가 필름 감도가 높을수록 크다. (미약한 빛에 반응하기 위해서는 입자의 크기가 커질 수밖에 없다) 이때 필름의 입자 크기로 인해 이미지 상에 나타나는 입자감을 그레인(Grain)이라고 한다. 고감도 필름일수록 그레인이 크고 시각적으로 도드라져 묘사되어 사진/이미지는 전반적 거친 느낌을 받는다. 반대로 저감도일수록 고운 입자로 세밀하고 섬세한 표현/묘사가 가능하다. 결과적으로 필름의 노이즈(그레인)는 필름 표면의 감광 입자의 구조에 의해 발생한다고 말할 수 있다.
카메라의 노이즈 발생 원인 및 유형/형태에 대한 정보 및 ISO 감도와 노이즈의 관계는 아래 링크로 대신하자.
<카메라와 렌즈의 구조 47> 디지털 카메라의 노이즈 - 이미지 (사진) 노이즈의 발생 원인과 종류/ Noise of a digital camera II -Causes of Image noise
Notice - 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 노이즈는 카메라뿐만 아니라 전자 신호를 다루는 기기에서 빠짐..
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<카메라와 렌즈의 구조 48> ISO 감도와 노이즈, 다이나믹레인지 그리고 듀얼 네이티브 ISO 시스템 / ISO sensitivity & noise, dynamic range and dual native ISO system
Notice - 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 이번에는 ISO 감도와 관련된 노이즈, 다이내믹 레인지 등에 대해..
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디지털 센서에서 ISO 감도를 조절하면 필름과 달리 이미지 센서 상의 픽셀 크기가 변하는 일은 없다. 그러므로 고감도 ISO를 선택하여도 이미지 결과물이 거칠게 묘사되거나 입자가 굵어지는 그레인이 발생되지는 않는다. 일반적으로 디지털 이미지 센서에서 ISO (상용) 감도 증가는 이미지 센서 상의 빛에 반응하는 소자(셀)의 전압을 높여서 수광된 빛에 반응하는 민감도(Sensitivity)를 증가시킨다.(즉, 픽셀의 포토 다이오드의 빛 반응 신호를 증폭시키는데 엄밀한 의미에서 민감도의 변화라기보다는 신호의 증폭이 더 정확한 표현이라고 생각한다) 하지만, 증폭은 안타깝게도 노이즈(잘못된 데이터 정보를 가진 픽셀/ 특히 판독 노이즈 증가)를 수반한다.
디지털카메라의 노이즈에 대해서는 언급해야 되는데, 이전에 몇 번 정리한 바 있으므로 간단히 "밝기 또는 색 정보에 대해 잘못된/부 정확한 값을 가지고 있는 픽셀의 데이터"로 정의하자. 아날로그 증폭이나 디지털 증폭 등에 따라 발생하는 노이즈의 양태 또한 다르다.
한 걸음 더 들어가면, 앞에서 설명한 민감도 증가는 엄밀한 의미에서 (아날로그) 신호의 증폭을 의미한다. 즉, 이미지 센서 상의 셀은 모두 아날로그 장치이며 빛이 닿으면 작은 전하가 유도되고 출력 증폭기에 의해 증폭되는 방식이다.(이 시점에서 아날로그와 디지털의 차이와 대해 수다를 시작하면 좋을 듯하지만, 너무 엉뚱한 길로 빠지므로 참아두자. 아무리 두서없는 수다지만, 이건 무리다 싶다) 셀에서 수집/증폭된 아날로그 신호는 이후 디지털 신호로 변환(A/D 변환)되고 프로세싱 과정을 거쳐 디지털 데이터화(양자화) 된다. 그리고 필요에 따라 다시 디지털 증폭이 이루어진다. 굳이 구분하자면 확장 감도는 디지털 데이터화가 완료되고 난 이후의 증폭을 의미한다.
▶ 기본 감도와 상용 감도와 확장 감도 / Extended ISO Range
먼저, 비슷 비슷한 용어들 탓에 용어들의 의미를 정리하지 않을 수 없는데, 먼저 기본 감도 (Native ISO)는 카메라 감도 설정의 가장 베이스가 되는 값을 의미하고, 일반 스틸 카메라의 경우, ISO 100 이나 200, 시네마 카메라의 경우 ISO 400 이나 500, 800 등으로 설정되며 듀얼 ISO 시스템을 지원하는 경우에는 저감도와 고감도에서 각각의 기본 감도를 가진다. 이런 기본/네이티브 ISO 값에서 이미지 센서 단의 신호(전압) 증폭 방식으로 조절되는 각각의 단계의 '상용 감도'가 있다.
앞서 잠시 언급하였듯이, 아날로그 단계에서의 감도 증폭 방식과 (디지털 소프트웨어 처리에 의한) ADC-Analog Digital Converter 를 거친 이후 디지털 데이터 단계에서의 증폭이 구별되는데 이 차이를 '상용 감도'와 '확장 감도'(Native & Extended ISO Range)로 구분할 수 있다.
이해를 돕기 위해서 간단히 둘을 비교하면 '초반 단계에서의 아날로그 방식 신호 증폭/Upstream read noise'과 '후반 과정 단계에서의 디지털 방식 신호 증폭/Downstream read noise'이며, 즉, 초반 단계에서 양질의 아날로그 정보를 취득하는 것이 전체 이미지 품질 차이에 미치는 영향이 가장 크다고 할 수 있다. 입력 신호의 부정확은 추후 과정에서 증폭/보정이 험난함은 너무 당연해 보인다.
일부 카메라에서 ISO 조정은 '상용 감도'의 변화 없이 단순히 디지털 증폭 방식(확장 감도)의 변화만 가능한 카메라도 있는데, 이런 타입의 카메라는 이미지 센서의 제조 비용이 줄고, 구조도 단순화할 수 있는 장점, 발열 문제를 해결할 수 있지만, 감도 조정/선택의 폭이 좁을 수밖에 없고 고감도에서 노이즈 문제에 아주 취약할 수밖에 없다. 많은 전류를 소모하고 발열 등의 부작용이 있음에도 아날로그 증폭을 사용하는 가장 큰 이유는 노이즈 억제에 유리하기 때문이다. (가장 중심이 되는 감도가 ISO 800 정도 수준으로 하고 아래위 감도를 +/-3 f-stop으로 설계하면 ISO 100~6400 정도의 감도 조정이 가능한 카메라가 된다. 하지만 엄밀하게는 기본 감도 ISO 800이고 그 외 나머지는 ISO 100, 200, 400, 1600, 3200, 6400은 모두 확장 감도가 된다. 이런 방식이 적용된 꽤 알려진 카메라들이 있고 실제 퍼포먼스 데이터 등으로 확신할 수는 있지만, 소심한 수다쟁이의 빈약한 신념에 근거한 바가 커서 비공개로 남겨두는 것이 '하찮은 일신의 영달과 안녕'을 위해서 좋지 싶다. 주로 값싼 자동카메라, 비디오카메라 이미지 센서에 흔하게 적용되고 있음은 쉽게 추론 가능하다)
기본 감도와 상용 감도, 확장 감도의 차이는 노이즈 발생 정도에서 의미 있는 차이를 보일 수밖에 없다. 즉, 확장 감도는 상용 감도에서 최고 높은 ISO 감도 값에서 디지털 데이터의 증폭 방식이므로 신호가 증폭한 만큼 노이즈 또한 동일한 비율로 증폭하므로 노이즈 억제에 있어 명백한 한계가 있다. 결국 이런 디지털 단계 감도의 증폭(확장 감도)은 후보정 프로그램에서 밝기 값을 조정하는 방법과 유사하다. 사실, 확장 감도는 화질 측면에서 봤을 때는 크게 기여하는 바 없다고 생각한다. 하지만, 후보정 작업 등을 고려하지 않고 JPEG 등의 방식으로 한 장의 완성된 이미지로 카메라에서 바로 완성하고자 할 때는 편리한 기능이지 싶다. (화질이나 후보정에서의 폭넓은 관용도가 중요하다면 Raw로 촬영해서 충분한 데이터를 확보하는 것이 무엇보다 효과적인데 확장 감도는 디지털 방식의 데이터 프로세싱이므로 원시 데이터의 Raw 촬영 시에 적용되지 않는다) 간단한 후보정 작업에서 할 수 있는 밝기 조정을 카메라에서 이루어지는 노출 조정과 결과에서 Jpg/JPEG 촬영에서는 소소한 차이가 있을 수 있다. (굳이 의미를 찾자면 후반 작업에서 노출 보정으로 만족할만한 결과물을 얻는데 제약이 있으므로 카메라에서 확장 감도로 촬영한 jpg가 화질에서 더 유리할 수는 있겠다. 다시 말해서 손실 압축-jpg 포맷으로 변환-이 이루어지기 전/후에 증폭이 이루어지는 정도의 차이가 발생할 수도 있지 않을까 생각한다)
앞에서 언급한 작동 매커니즘 탓에 일반적인 디지털카메라에서 (디지털 방식 증폭의) 확장 감도는 RAW 파일 모드 촬영에서는 적용되지 않는다.
최근에 발매된 Sony a9의 ISO는 사진과 동영상에서 상용 감도(100~512.000), 전자 선막 셔터 사용 시에는 상용 감도(100~256,000) 수준이라고 한다. 소니 a9의 상용 감도의 폭은 디지털 이미지 센서를 만드는 대표 회사답게 한 발 앞선 수준이다.
만약 화질을 우선하는 사용자라면 디지털카메라 선택에 있어서 '확장 감도'의 사양에 큰 의미를 부여하기보다는, 상용 감도 사양에 대해 좀 더 주목할 필요가 있지 싶다. 하지만, 상용 감도 내 동일한 ISO 감도의 조건이라도 각 제조사별로 노이즈 발생의 정도는 차이가 있으므로 단지 상용 감도의 폭이 넓다는 사양 정도로 '좋은 성능'이라고 평하는 것은 너무 섣부른 단정일 수도 있겠다
▶ 카메라 ISO 감도 조정과 후보정 프로그램에서의 노출 보정의 차이
카메라 ISO 감도 조정과 후보정 프로그램 노출 보정 비교에서는 노출 조정으로 인한 각 밝기 정도에 따른 데이터 양 자체의 변화나 다이내믹 레인지 범위 등의 문제는 모두 논외로 하고 여하한 조건이 동일하다는 전제하에 지엽적인 밝기 변화에 따른 차이에 대해서만 이야기해보자.
위에서 언급하였듯이 카메라의 ISO 감도는 기본, 표준, 상용 감도와 확장 감도로 구분되고, 상용 감도는 아날로그 증폭 방식으로 노이즈를 억제하는데 디지털 단계의 증폭 방식에 비해 효과적이라고 생각한다. 후보정 프로그램 등에서 이미지 센서의 입력 단계에서 이루어지는 아날로그 증폭 방식의 노출 조정이 이루어지는 것은 불가능하고 따라서 후보정 어플에서의 모든 노출 보정은 디지털 단계에서 증폭 방식에 국한된다.
한편, 상용 감도의 적절한 조절은 노이즈 억제 측면에서 꽤 중요한데, 이는 오디오 신호의 처리와 유사한 측면이 있다. 오디오 신호 처리와 관련해서 프리 엠프(Pre-Amplifire)의 역할과 매우 유사한 점이 있다. 즉, 프리엠프는 미세한 입력 신호를 이후 처리 단계(파워앰프 등)에서 원활하게 처리할 수 있도록 신호의 세기를 일정 수준에 맞춰 증폭시키는 역할을 한다. 따라서 음향 시스템 전체에서 가장 민감한 영향을 미치고 성능과 음질에서 매우 핵심적이다. 이런 프리엠프와 같이 표준 ISO 감도의 조절은 이미지 센서를 통해 입력되는 신호의 세기를 설정하는 단계로 이후의 이미지 화질 결정에 결정적이고 민감한 영향을 준다고 생각한다. 즉, 최초 입력되는 신호의 세기를 그 이후의 단계에서 원활하게 처리 될 수 있도록 증폭시키는 과정이 표준 ISO 감도 설정이라 할 수 있겠다.
확장 감도는 고감도 확장뿐만 아니라 저감도 확장도 선택할 수 있는 카메라들이 있다. 상용 감도보다 더 낮은 확장 감도로 적용하였을 때 노이즈가 발생하는가 궁금한데, 이는 실제 후보정 어플에서 노출을 낮출 경우 노이즈가 발생하는가와 거의 유사하다. 개인적으로는 상용 감도보다 낮은 확장된 저감도에서 노이즈 증가를 잘 체감하지 못했는데 각자 테스트해 보는 것도 좋겠다. (하지만, 상용 감도에서는 저감도를 선택할수록 노이즈가 감소하지만-엄밀하게 따지면 모든 노이즈가 감소하는 것은 아니며 증폭기 고유의 노이즈에 해당하는 판독 노이즈가 이에 해당하며, 판독 노이즈(증폭기 고유의 노이즈)는 암부에 주로 발생한다- 상용 감도 보다 낮은 확장 저감도 선택으로 노이즈 감소를 기대할 수는 없지 싶다. 그렇다고 해도 광량이 풍부한 상황에서 JPG 촬영 시 조리개나 셔터 스피드 선택의 폭이 넓어지므로 전혀 무소용은 아니라고 생각한다)
정리하면 후보정 프로그램의 노출 조정과 카메라의 ISO 조정은 일부 구간(사용 감도)에서는 다르고, 일부 구간(상용 감도를 제외한 확장 감도)에서는 같다. 물론 이는 Raw로 촬영에서 확장 감도는 적용되지 않으며 jpg 파일로 촬영하는 경우에는 후보정을 통한 조정에 비해 확장 감도로 인한 노이즈 감소 등 화질의 일부 개선 효과를 기대할 수 있다.
이번 수다의 결론도 '물에 물을 탄 듯' 이도 저도 아닌 어중간함에 그친 듯해서 뭔가 마무리가 상쾌하지 못하다.
