Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
그동안 다루는 주제도 고리타분한 데다 설명하기 쉽지 않은 수다라서 재미라곤 통 찾을 수 없고 이왕 시작한 수다를 무리 없이 끝내려는 마음이 컸다. 이번 주제는 좀 가벼운 마음으로 풀어 보고 싶지만, 이번에도 결코 흥미진진한 주제라고는 볼 수 없다. 연말을 맞아 연작처럼 이어오던 '카메라와 렌즈의 구조'를 대충 마무리 짓고 싶었는데, 벌써 12월 말이고 역시 계획이나 바라는 데로 세상 일은 돌아가지 않는다.
블로그에 글 잘 썼다고 없던 지식이 갑자기 샘솟는 것도 아니고 본래의 지식수준 또한 그리 기대할 수준이 아니라서 엉뚱한 소리를 주절주절 늘어놓아도 용서? 받을 수 있지 않을까 하는 막연하고 낙관적인 망상이 포스팅하는데 용기를 준다. 더구나 이 수다쟁이는 비 전문가이므로 수다 내용의 옳고 그름이나 벌려놓은 일의 논리 유무에 별 책임을 지지도 않고 느끼지도 못한다. 이럴 땐 역시 비전문가가 좋은 것 같다.
▶ 디지털카메라에서 기계식 셔터의 역할과 효용
카메라에 장착된 렌즈로부터 노광 되는 빛을 차단하여 카메라 내부를 암실 상태로 유지하다가 촬영과 동시에 필름면에 노광 시킬 필요가 있는 필름 카메라에나 어울림직한 기계식 셔터가 (디지털 이미지 센서의 전자 셔터가 있음에도) 디지털카메라에 아직 쓰이는 이유는 뭘까? (종종 미러리스 카메라에는 셔터도 없어서 상대적으로 저렴하다고 주장하는 경우도 있는 듯하다. 특정 언론사 기사 내용 중에 이런 착오가 있어서 내심 보다가 깜작 놀란 적도 있다. 카메라 이름이 뜻하는 그대로 미러가 없고 DSLR 카메라에서와 같이 미러박스가 존재하지 않는다. 하지만, 기계식 셔터 박스는 대부분 존재한다. 단, 일부 전자 셔터만 사용하는 카메라에서는 기계식 셔터박스도 없는 경우도 있다)
결론을 먼저 간단히 정리하면 첫째, 아직 필요하고, 있으면 성능 향상에 도움이 되며 기계식 셔터가 없는 카메라도 있다 정도가 아닐까.
첫째, 디지털카메라에 '기계식 셔터가 필요'한 경우는 꽤 다양한데, 그중에서 몇몇 경우를 꼽자면 고속 셔터 스피드를 실현하는데 전자 셔터의 판독 속도 문제로 아직 기계식 셔터가 더 효과적이다. 이는 최근 가장 널리 사용되는 카메라의 이미지 센서가 CMOS이고 대부분의 CMOS 이미지 센서의 전자 셔터가 롤링 셔터 방식을 취하고 있기 때문이다. 기계식 셔터는 물리적인 움직임 탓에 고속 셔터 스피드에 제한이 있지만, 최근 제품의 경우 초점면/포컬 플래인 셔터 기준 1/4000~1/8000 sec의 준수한 고속 셔터 스피드 실현이 가능하다.(소니에 인수되어 사라지 미놀타의 경우 기계식 셔터 1/16,000 sec 초고속 셔터 스피드로 구현한 바도 있다) 그리고 기계식 셔터는 선막과 후막의 정치한 연동을 통해 고속 셔터 스피드에서도 이미지 왜곡을 억제하고 안정적으로 작동한다.(그럼에도 불구하고, 포컬 플레인 방식의 기계식 셔터 또한 롤링 셔터 방식이므로 젤로 효과에서 완전히 자유로울 수 없다) 이에 반해 전자 셔터는 센서 픽셀의 on/off를 통해 물리적 셔터보다 더 빠른 셔터 스피드 구현에 장애는 없다. 하지만, CMOS 이미지 센서 전체 데이터를 판독하는데 오래 걸리는 단점으로 (기계식 롤링 셔터 보다) 더 심한 롤링 셔터 왜곡/jello effect의 문제를 야기한다. 현재의 기술력으로 인해 CMOS 센서에서의 전자 셔터는 (기술적/비용적 이유로) 롤링 셔터 방식을 취할 수밖에 없고 이에 수반되는 판독 속도의 문제로 기계식 셔터 기능을 완전히 대체하기는 아직은(지금은?) 곤란하다.
CMOS 이미지 센서의 전자 셔터는 글로벌 셔터 방식으로 제조하는 것도 가능하지만 제조 방식의 난이도와 제조 비용 문제로 가격이 매우 비싸 일반 상용 제품에 적용하기에는 무리다. 일부 적용 제품, 즉 글로벌 셔터 방식의 전자 셔터를 가진 고성능 CMOS 이미지 센서를 장착한 전문 시네마 디지털카메라의 경우 매우 고가로 판매되고 있다. 그리고 전자 셔터의 롤링 판독 방식(전자 셔터는 셔터 스피드와 관련 없이 항상 가로행을 순차적으로 판독하므로 기계식 셔터에서 구현되는 셔터 완전 개방이라는 조건을 충족할 수 없다)은 순간광 조명/플래시를 활용한 촬영에 적합하지 않다. 기존 스틸 이미지 카메라는 순간광 조명을 사용하여 동조 촬영하는 방식이 널리 쓰이고 있고 이런 조건에서 촬영하기 위해서는 기계식 셔터가 여전히 유효하다.
'성능 향상에 도움이 되는 경우'의 대표적 예(例)는 이미지 센서 상면의 전하를 초기화하는데 매우 효과적이다. 빛에 반응하는 포토다이오드는 빛에 계속 노출되면 전하가 누적되는 경향이 있는데, 이를 초기화하기 위해서는 렌즈를 통해 들어오는 빛을 물리적으로 차단하여 완전 암흑 상태로 만들어주는 것이 효과적이기 때문이다. 이런 까닭에 기계식 셔터는 촬영된 이미지의 노이즈 (리셋 노이즈 -reset noise) 감소에 유효하지 싶다. 노이즈(특히, 리셋 노이즈)와 관련한 자세한 내용은 별도의 수다(링크)로 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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둘째, 기계식 셔터가 없는 카메라도 꽤 있는데, 동영상 촬영이 주가 되는 카메라 즉, 비디오 또는 영화 촬영용 카메라이거나 CCD 이미지 센서를 사용하는 카메라 등이다. 필름 시대의 영화/비디오카메라는 필름의 특성 탓에 렌즈를 통해 유입되는 빛으로부터 차단할 필요가 있었고 따라서 로터리 셔터 등의 기계식 셔터가 주로 사용되었다. 디지털 이미지 센서를 사용하면서 비디오/영화 카메라의 기계식 로터리 셔터는 대부분 전자 셔터로 대체되었는데, 영상의 경우 스틸 이미지 카메라보다 이미지 한 장의 용량이 적어서 전자 셔터의 판독 속도가 큰 문제가 되지 않고, 화질 그리고 노이즈 문제에서도 스틸 이미지 카메라보다 매우 관대하기 때문이다. CCD 이미지 센서가 적용된 카메라는 글로벌 셔터 방식으로 CMOS 이미지 센서의 롤링 셔터 방식에서의 판독 속도 문제 등에서 자유롭다. 기계식 셔터로 이미지 센서 상면의 전하를 초기화하는 기능이 없어 때때로 잔류 전하 등으로 촬영 이미지나 영상에 수직의 노이즈가 발생하기도 하지만, 글로벌 전자 셔터의 장점을 활용하는 것이 기계식 셔터를 통해 얻는 이점보다 더 많지 싶다.
근래에는 한동안 CCD 이미지 센서가 적용된 고성능의 스틸 이미지 카메라가 거의 없어서 화질 문제 등에서 큰 이슈가 되지도 않는 듯하다.
셋째, 롤링 셔터 방식 CMOS 이미지 센서의 디지털 카메라는 순간광 조명을 사용한 사진 촬영에서 최고 동조 가능한 셔터 스피드를 확보하기 위해서는 기계적 셔터 이외에 뚜렷한 해법이 아직은 없다. 앞 서 언급한 CMOS 이미지 센서의 롤링 셔터 방식 탓에 기계식 셔터 없이는 이미지 센서의 판독(Read out) 속도 이상에서는 순간광 조명과 연동하여 만족할만한 촬영 결과물을 얻기 어렵다.
<카메라와 렌즈의 구조 50> 왜, 디지털 카메라의 전자 셔터 모드에서 순간광 (전자 플레시) 동조 ��
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 가을이다. 이 즈음의 쾌적한 날씨는 출
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▶ 기계식 셔터의 단점과 해결을 위한 다양한 방안들
기계식 셔터 사용으로 인한 단점은 셔터 쇼크가 발생해서 이미지 품질에 나쁜 영향을 줄 수 있고, 셔터 음이 발생해서 조용한 촬영이 필요한 경우 적절치 않으며, 셔터 박스 설치 공간으로 카메라 소형화가 어렵고, 셔터 박스의 제조 비용이 추가된다. 그리고 촬영 시 셔터 랙(또는 셔터 타임 랙)이 발생하는 문제와 기계식 셔터가 작동하는 동안에 뷰파인더가 암흑으로 바뀌는 블랙아웃의 단점을 가지고 있다.
- 셔터 진동 / Shutter shock
기계식 (초점면/포컬 플래인) 셔터가 작동할 때 생기는 진동은 촬영 결과물의 미세한 블러를 일으켜 선명한 사진을 얻는데 방해가 된다. 특히 고해상력의 이미지 센서에서는 사소한 진동도 이미지의 선명도에 문제를 일으킬 가능성이 크다. DSLR에서는 셔터 진동에 대해 자주 언급되지 않았는데, DSLR는 구조상 미러 박스에서 발생하는 진동/충격이 더 돋보였던 탓도 있다. 그리고 DSLR과 디지털 미러리스 카메라 셔터의 작동 방식 차이도 한몫을 한다. 일반적인 DSLR 카메라와 필름 카메라는 촬영 전에 셔터막이 닫혀 있다가 촬영이 시작되면 선막과 후막이 차례로 작동하고 촬영이 끝나면 원위치로 돌아간다. 하지만 디지털카메라는 라이브 뷰 등의 이유로 셔터가 열려 있는 상태로 있다가 촬영이 시작되면 셔터가 내려오면서 선막과 후막이 차례로 작동하고 촬영이 끝나면 다시 개방 상태로 돌아간다. DSLR 방식가 비교하면 미러 동작으로 발생하는 쇼크(진동)는 감소하지만, 셔터의 동작은 더 많아서 셔터 진동이 더 발생할 개연성이 높다. 그리고 미러리스 카메라는 제품 콘셉트상 소형화를 위해 셔터의 진동을 흡수하는 장치 설치에도 제약이 있다.
이미지 센서의 규격으로 인한 셔터 진동 또한 영향이 있다. 이미지 센서가 클수록 기계식 셔터 막의 크기도 이에 맞추기 위해 커질 수밖에 없고 큰 셔터 막의 동작으로 셔터 진동 또한 증가한다.
셔터 진동을 줄이기 위해 셔터 박스를 재설계하거나 셔터 막의 재질을 개선하기도 한다. 그리고 전자 셔터와 기계식 셔터 기능을 혼합하여 전자 선막 커튼 셔터(Electronic front curtain shutter) 기능을 선택할 수 있는 제품도 있다. 그리고 전자 선막 셔터 방식은 셔터 타임 랙(Shutter time lag) 감소에도 효과적이다.
<카메라와 렌즈의 구조 32> 디지털 이미지 센서의 구조 II - 전자 셔터(글로벌 셔터와 롤링 셔터, 그리고 전자 선막 셔터 기능) / Degital image sensor II - Electronic shutter (Glob
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 디지털 이미지 센서의 구조에서 빼놓을 수 없는 부분이..
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- 셔터 음 / Shutter sound
기계식 셔터의 작동음은 사진을 촬영할 때 빠질 수 없는 익숙한 소리 중의 하나다. 최근에는 기계식 셔터가 없는 전자 셔터만의 카메라나 스마트 폰 등의 카메라 촬영에도 녹음된 셔터음을 사용하기도 한다. (물론, 몰카 등을 방지하기 위한 측면도 있겠다) 하지만, 때때로 공연장이나 행사장, 야생 동물의 촬영 등에서 카메라 셔터음이 방해가 되기도 하는데, 최근의 무음 셔터나 사일런트? 셔터 등은 모두 기계식 셔터를 사용하지 않고 전자 셔터를 선택한 기능이다. 개인적으로는 기계식 셔터음이 종종 방해가 될 수는 있지만, 멋진 기계식 셔터 작동 소리는 때로는 장점이 아닌가 싶기도 하다. 앞서 언급한 전자 선막으로 셔터음을 조금 줄일 수도 있다.
- 셔터 랙 / Shutter lag
셔터 타임 랙이란 셔터 릴리즈 버튼을 누르고 셔터가 열리기까지의 지연 시간 즉, 셔터 작동 시점과 실제 이미지가 촬영되는 시점까지의 지연을 말하는데, 사실 셔터 랙이 발생하는 원인은 단순히 셔터 박스에만 있는 것은 아니다.
AF/AE 오토 포커스와 자동 측광이 적용된 카메라(필름 카메라와 디지털카메라)에서 발생하는 셔터 랙은 조금 더 다양한 요인이 추가되었는데, 카메라가 자동으로 초점을 맞추고, 노출을 설정하는데 지연이 발생한다. 엄밀하게는 그 이전의 셔터 랙과는 발생 원인이 다르지만, 실제 촬영에서 지연 발생 원인과 별개로 차이를 체감하기는 쉽지 않다. 이런 지연을 방지하기 위해서는 노출과 초점 방식을 매뉴얼(수동) 방식으로 하거나, 사전 AF 기능 등으로 어느 정도 대응할 수 있다. 최근 고기능 디지털카메라에서는 셔터 랙에 대응할 수 있는 옵션으로 AF/AE 잠금 기능이나 셔터 랙을 줄일 수 있는 메뉴 옵션으로 셔터 우선 모드 또는 AF 우선 모드를 선택할 수 있는 기능을 제공하기도 한다.
기계식 셔터가 없는 카메라(CCD 이미지 센서가 적용된 카메라나 모바일 기기 등에 적용되는 카메라 모듈 등)에서는 전자 셔터 방식을 사용하여 셔터 랙이 거의 없이 작동이 가능한데 이를 ‘제로 셔터 랙’이라고 부르기도 한다. 전자 셔터에서 셔터 랙의 감소를 위해서는 이미지 센서의 빠른 판독 속도가 필요하다. 이에 대해서는 아래에서 다시 알아보자.
SLR과 DSLR 카메라는 셔터 랙이 미러 박스의 작동(셔터 작동 전에 미러를 들어 올리는 동작)으로 미러 박스가 없는 RF(레인지파인더) 카메라에 비해 셔터 랙이 좀 더 길었다. 최근의 디지털 미러리스 카메라 또한 미러 박스가 없지만, 기계식 셔터의 작동 방식이 이전 필름 카메라의 RF 카메라의 셔터와는 작동 메커니즘에 조금 차이가 있다. 디지털 미러리스 카메라의 셔터 메커니즘은 촬영이 이루어지기 전에는 라이브 뷰 기능의 활성화를 위해 셔터 박스가 열린 상태를 유지하고 있다가 셔터가 눌려지면 셔터막이 내려오고 다시 순차적으로 선막/후막이 작동하고 다시 셔터가 개방되면서 종료된다. 따라서 촬영이 시작되면 기계식 셔터가 내려오고 다시 열리면서 촬영이 시작되므로 필름 RF 카메라보다 한 단계 더 작동하는 방식이었고, 촬영 개시 시 후 셔터가 개방 상태에서 다시 내려오는 동작으로 인해 미러 박스가 열려야 하는 DSLR 방식과 비교해서도 셔터 랙에서 유리하다고만은 할 수 없다.
앞에서 잠시 언급했듯이 최근 디지털 미러리스 등에서 셔터 랙 및 셔터 진동을 줄이기 위해 전자 선막 셔터(Electronic front curtain shutter) 모드를 활용하기도 한다.
- 셔터 작동과 블랙 아웃
DSLR 카메라는 셔터 릴리즈 버튼을 눌러 촬영이 시작되면 미러가 올라가고 셔터가 열리므로 촬영이 종료되기까지 뷰파인더는 아무것도 볼 수 없는 암흑 상태가 된다. DSLR 카메라에서 파인더 블랙아웃은 엄밀하게 말하면 미러 작동이 주 원인이므로 셔터에 의한 블랙아웃이라고 말하기 어렵다. 하지만, 라이브 뷰 방식을 사용하는 디지털 미러리스 카메라의 촬영 순간 발생하는 파인더의 블랙아웃은 기계식 셔터의 작동과 이미지 센서의 판독(readout)에 따른 결과물이다.
디지털 미러리스 카메라 또한 촬영이 개시되면 후면 액정이나 뷰파인더 액정 모두 블랙 아웃 상태가 된다. 미러리스 카메라에는 미러 박스가 없으므로 미러 작동이 원인은 아니다. 그렇다고 전적으로 기계식 셔터 작동으로 인한 블랙아웃이라고 하기도 적절하지 않다. CMOS 이미지 센서를 사용하는 디지털 미러리스 카메라의 라이브 뷰(후면 액정과 뷰파인더) 블랙아웃은 처음 개시는 기계식 미러가 내려와 이미지 센서 전면을 차단하여 일어나지만, 이미지 센서의 판독 종료되어야 이미지 센서의 노출이 확정되고 다시 라이브 뷰가 가능하다. 따라서 셔터 작동 후 블랙아웃의 지속 시간은 셔터 작동 속도보다는 이미지 센서의 판독 속도와 밀접하게 관련된다.
기계식 셔터 없이 전자식 셔터만으로 작동하는 카메라(모바일 기기의 카메라 모듈 등)에도 블랙아웃은 발생하는데 이는 전자 셔터의 판독이 이루어지는 동안에는 라이브뷰 기능이 정지/불능 상태가 되기 때문이다. 이미지 센서의 판독 속도는 이미지 센서의 해상도와 규격 등에도 영향을 받는데 일반적으로 작은 이미지 센서 규격일수록 빠른 판독 속도를 구현하는데 유리하다. 최근 카메라는 다양한 방법으로 판독 속도와 이미지 데이터의 전송/처리 속도를 향상하기 위한 노력이 이루어지고 있고, 이는 블랙아웃 시간의 감소와 전자 셔터 사용 시 연사 속도와 영상에서 FPS 성능 향상 등 다방면에 긍정적으로 작용하고 있지 싶다.
디지털카메라에서 기계식 셔터는 필름 카메라와 디지털 카메라를 아울러 스틸 이미지 카메라 정체성을 대표하는 상징이 아닐까 싶다. 경쾌한 셔터 소리만으로도 사진 촬영을 떠올리게 되고 이런 셔터 소리가 카메라를 더욱 카메라답게 만든다. 때로는 기계식 셔터음 전혀 발생하지 않는 전자 셔터 카메라에서도 녹음된 카메라 소리가 나오도록 만들어지는 것을 보면, 이런 생각이 억측만은 아닐 테다.
