Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
초점 거리와 심도의 관계를 정리해두고 싶어서 정보 검색 차원에서 웹 서핑을 해보니 사진 관련 커뮤니티에 이에 대해서 다양한 의견과 토론이 있었던 것 같다. 이런 토론의 모습이 무척 흥미롭기는 하지만, 몇 가지 전제 조건에 대한 사소한 오해와 착각으로 여러 의견이 분분했었지 싶다. (물론 대부분은 실제 경험이나 자신만의 노하우로 문제를 해결하고 있었다) 수다쟁이 설명충이 활약할 밥상?이 차려져 있으니 살짝 숟가락만 올려 볼 생각이다. 문과 출신의 수포자인 수다쟁이의 설명이라 난해할 수 있지만, 그리 어렵지 않게 접근할 수 있는 장점도 있으리라 생각한다.
이번 수다는 처음부터 2부작으로 나누어 다루어 볼 생각이다. 1부에서는 일반적인 심도에 대한 테스트 이미지 등을 통한 문제 인식을 2부에서는 이에 대한 부연 설명 정도로 구분해서 다룰 생각이다. 조금 부지런을 떨어서 샘플 이미지도 추가해서 이해하기 쉽게 접근하려 한다.
심도가 이미지나 영상의 촬영에서 아주 중요하고 유용한 사진의 표현의 기술적 요소임은 따로 강조하지 않아도 대부분 동의하는 부분일테다. 먼저, 광학계의 심도(착락원 또는 배경 흐림의 정도)를 결정하는 요인에 대해서 정리하고 다양한(광각, 표준, 망원 등 초점 거리와 배율이 각기 다른) 광학계에서의 실제 어떻게 표현되지 등에 대해 명확하게 정리할 필요가 있어 보인다. 그리고 이런 전제가 명확해졌다면, 동일한 심도를 표현하는 광학계의 초점 거리와 조리개 값의 상관관계에 대해서도 다뤄보자.
▶ 촬영 이미지의 심도 결정에 영향을 미치는 요인
- 조리개 값(입사동의 크기)에 따라 심도는 변화한다. 즉, 조리개를 개방하면 심도가 감소하고 조리개를 조으면 심도는 증가한다.
- 카메라에 장착된 광학계/렌즈의 초점 거리가 길수록 심도는 얕아지고 초점 거리가 짧을수록 심도는 깊어진다.
- 카메라와 포커싱 된 피사체의 거리가 가까울수록 심도는 감소하고, 카메라와 포커싱 된 피사체의 거리가 멀수록 심도는 증가한다.
- 주 피사체와 배경의 거리가 증가하면 심도는 감소하고, 주 피사체와 배경의 거리가 감소하면 심도는 증가한다.
엄밀하게 따지면 위에 정의에는 오류가 있다. 그리고 중요한 전제 조건(형식 규격에 대한 정의)이 생략되어서 혼란을 가져올 수 있다. 카메라용 광학계/렌즈의 심도 특성에 대해 다르게 정의할 수 있겠지만, 일단 일반적인 요약을 기반으로 시작해 보자. 전제(형식) 조건의 생략은 일반적인 심도 논쟁에서 혼란을 야기하는 주요 원인이기도 하다. 즉, 심도를 이해하는 기준에서 전제 조건에 대하여 서로 다른 사소한 착오나 차이가 있고 그것으로 말미암아 서로 팽팽한 주장의 대치가 발생하는 것일 게다.(물론 심도 논쟁의 과정에서 꽤 많은 착오와 오류가 존재하지만) 이 문제는 차근차근 순서를 밟아가며 좀 더 먹기 좋은 밥상으로 만들어 보자.
'심도'의 정의를 인용하고 가자.
초점이 선명하게 포착되는 영역. 한 인물을 향하여 초점을 맞출 때 그 인물의 앞뒤로 초점이 맞는 공간이 형성되어 그 공간에 있는 여타의 피사체도 모두 초점이 맞는 상태가 되며 그 공간을 벗어난 피사체들은 모두 탈초점 상태가 되는데, 바로 초점이 맞는 공간의 범위를 심도라고 한다. 초점이 맞는 범위가 넓을 때 심도가 깊다고 하고 그 범위가 좁을 때는 심도가 얕다고 한다.
[네이버 지식백과] 심도 [depth of field, 深度] (영화사전, 2004. 9. 30., propaganda)
초점 거리와 화각, 그리고 필름 규격/판형, 이미지 센서 크기에 따른 변화가 심도의 문제와 엮여서 복잡해지고 본격적인 심도 논쟁에 기름을 붓는 꼴이라 더 아리송하고 애매하게 된다. 심도의 정의에서의 두루뭉술함이 한몫을 하고 있고 출발점에서의 오해는 스노 볼처럼 커지는 모양새가 되기 십상이다. 이에 대해서는 아래에서 잠시 다루고 수다 2부에서 자세히 다뤄보자.
급조한 테스트 여건 상 실내에서 앞 보케를 이용하여 샘플 이미지를 촬영했는데, 착란원에서 전경과 후경의 배경 흐림은 그 흐림의 정도(착란원 크기)를 살펴보는 데는 실질적인 차이가 없으므로 (착락원 크기는 조리개의 개구/입사동의 크기로 결정되고 앞 보케든 뒷 보케든 차이를 보이지 않는다) 렌즈에 표기된 줌 화각에 되도록 맞춰서 샘플을 측정하고 싶은 탓에 ‘무한대에 초점을 고정하였고, 편의상 전경의 보케의 착란원 크기 변화에 집중하며 촬영하였다.
테스트에 사용한 카메라와 렌즈는 fujifilm x-t1(APS-C 규격)과 XF 16~55mm f/2.8 조합이다.
▶ 각 초점 거리별 동일한 조리개 값에서의 심도 변화
먼저 동일한 조리개 값(f/2.8)에서 각 초점거리별(APS-C 기준 16, 23, 35, 55mm) 배경 흐림의 정도를 테스트 이미지를 통해 확인할 수 있다.
초점거리 증가로 심도가 얕아지고 배경이 더 흐려지며, 보케(착란원) 크기는 커진다. 이는 익히 잘 알고 있는 부분이니 첨언은 필요 없을 듯하다.
▶ 각 초점 거리별 유사한 심도 수준 표현을 위한 조리개 값의 변화
일전의 이미지 센서 크기에 따른 심도를 주제로 다룬 수다에서 동일한 심도를 유지하기 위해서는 초점거리 50mm와 35mm에서 약 1 f-stop 만큼 조리개 그리고 초점 거리와 50mm와 25mm는 약 2 f-stop 만큼 차이가 발생한다는 점을 다뤘는데, 그 연장선에서 각 초점 거리별 심도 변화에 대해 좀 더 구체적인 정리에 도전 보고 싶었다. 이는 눈대중에 의한 근사치이지만, 초점거리와 조리개 수치의 상관관계를 어느 정도 확인할 수 있지 싶다.
카메라의 이미지 센서 규격(크기)과 심도의 관계 / DOF due to differences in camera image sensor specifications
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 카메라 관련 커뮤니티에서 자주 접하는 이슈 중의 하나는..
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카메라와 전경 보케를 만드는 피사체는 각각 고정되어 있고, 초점은 무한대에 고정하여다. 가변 초점 렌즈의 특성상 주밍에 따라 초점이 조금씩 이동하는 단점이 있었고 이는 초점 거리에 소소한 오차(+/-5% 이내를 만들지만, 그리 신경 쓸 정도는 아니라서 무시하자. 스스로가 하는 테스트에서는 이런 허술함에 대해 너무 관대해서 못마땅하지만, 이렇게라도 관대해지고 싶었나 보다.
눈대중으로 전경의 피사체(불빛)의 흐려짐 정도가 비슷해지는 정도의 조리개 값으로 설정했을 때는 아래 이미지와 같다.
여기서 심도의 기본적인 정의와 관련해서 심도에 대해 한번 더 되씹어 보자. 아래 두 이미지의 심도에 대해서 직접적인 비교와 심도에 대한 평가가 필요해 보인다.
위의 두 이미지를 비교해 보면 어느 이미지가 더 심도가 얕고 어느 이미지의 심도가 더 깊은 것일까? (초점거리 변화로 인한 배율 변화는 여기서는 크게 신경 쓰지 않아도 좋다) 주밍 조작으로 인해 단순히 초점거리 차이에 의한 배율만 달라진 것에 불과하다면 '심도가 같다'라고 말할 수 있는 것일까?
의견이나 평가가 나뉠 수 있는데, 두 이미지의 심도는 (약간은 차이가 있어서 아래 사진이 착란원이 살짝 더 흐리지만 설정 상의 오차이므로 감안하고) 대체로 '거의 같다'라고도 할 수 있고, 아래 사진이 더 얕은 심도라고도 할 수 있다. 이는 보는 사람이 무엇에 집중하고 있는지 어느 부분에 주안점을 두는지 차이라고도 할 수 있겠다. 광학계의 초점 거리에 따른 배율의 차이(흔히 화각의 차이라고 칭해지지만, 정확하게는 배율 차이)로 인하여 각자의 판단이나 평가에 차이를 만드는 것이지 싶다. 만약 두 사진의 심도는 다르다고 주장하는 측면에서 보면 그 근거는 위 이미지의 착란원은 아래 이미지의 착란원에 비해 1/3 수준에 불과하므로 심도가 다른 사진이라고 할 수도 있겠다.
하지만, 초점 거리의 변화로 발생한 배율 부분을 제거한다면 두 이미지의 착란원 크기는 비슷하고 배경 흐림의 정도 또한 비슷하다고 할 수 있다. 그렇다면 두 이미지의 심도는 거의 비슷하다는 것을 의미하게 된다. 이처럼 서로 다른 이미지의 심도를 비교할 때는 '형식 규격'에 대한 전제가 있어야 한다.
서두에서 인용한 심도의 정의에서 ‘초점이 맞는 범위’는 광축과 평행한 사물의 거리감(카메라와 피사체를 잇는 직선상의 거리)에 대한 범위를 말한다고 할 것이고 (심도는 얕거나 깊다고 표현) 따라서 배율 반영에 의해 나타난 시각적인 착란원의 크기가 차이에 주목한다면 두 이미지의 심도는 확연히 다르다고 할 것이고 배율 변화를 제외한 흐려짐의 강도에만 주목한다면 위의 두 이미지의 심도는 거의 비슷하는 판단을 할 것이다. 이 무슨 말장난이냐 할지도 모르겠다. 앞서 언급한 심도에 대하여 논하기 위한 전제 조건에서 이미지 형식/크기에 대한 정의가 반드시 전제되어야 하는 이유이기도 하다. 이런 형식/크기의 정의가 없을 때 혼란이 발생한다. 이는 ‘심도’의 정의에서 말한 ‘초점이 맞는 공간의 범위’를 어떻게 해석할 것인지에 대한 차이일 수 있다. 다시 말하면 공간의 범위를 사진의 원근에 의한 깊이가 아니라 초점이 맞아 보이는 이미지의 전체 영역(광축과 수직인 이차원적인 면)으로 확대하면서 혼란을 자초한다. 그리고 이 혼란에 광학계의 초점거리에 따른 배율 변화까지 반영하면 혼란이 더 가중된다.
착란원이란 용어가 자주 등장하는데, 착란원의 크기는 심도나 배경 흐림의 정도를 가장 쉽게 인식할 수 있어서 자주 언급하게 된다. 착란원 자체가 중요한 요인이 되는 것은 아니지만, 그 심도나 배경 흐림의 정도를 가늠할 수 있는 시각적 인식의 징표라고 생각하는 것이 좋겠다. (포커싱의 정의에서 한계 허용 착란원이나 최소 착란원 등의 정의가 등장하는데 이 또한 참고해 두면 도움이 되겠다)
▶ 렌즈 초점 거리에 따른 배율 변화 제거(같은 이미지 크기라는 형식 규격의 일치) 시 심도 비교
다시 위의 이미지 비교로 돌아가서, 배율에 의한 변화를 제거하면 심도에 대한 평가가 달라질 수 있는지 알아보자. (배율 대신에 화각이라는 용어를 일반적으로 많이 사용해서 배율이란 용어에 익숙하지 않을 수 있겠다) 이는 두 이미지가 동일한 시야 범위(field of view)를 표현할 때 즉, 형시 규격을 동일한 프레임으로 맞췄을 때를 말한다.
초점거리 차이에 의한 배율 반영을 제거하기 위해서 이미지를 크롭 하여 동일한 크기가 되도록 테스트 이미지를 만들어 보자.(원본에서 노출이 조금씩 차이나는 부분을 후보정에서 비교하기 쉽게 조금 조정했다)
아래와 같이 이미지를 크롭 하는 것은 이미지 센서의 규격을 달리하는 것과 같다. 즉, 이미지 센서의 규격이나 크기는 심도 변화에 아무런 영향을 미치지 않는다. 단지 이미지 센서의 상면의 크기 변화로 인해 시야 범위(field of view)에 변화만 나타난다.
보케의 크기나 간격을 보면 거의 동일한 착란원 크기를 보인다. 배율이 제거되니 위의 테스트 이미지들의 심도는 비슷해 보이게 되었다.
각 이미지의 메타 데이터에 나타난 정확한 각 초점 거리에 따른 조리개 값을 다시 정리해 보자.
16mm f/2.8
22mm f/4
34.2mm f/5.6
53.3mm f/8
APS-C 용 렌즈이므로 35mm 풀 프레임 규격의 초점거리로 ‘대략’ 환산하면 (x1.5)
24mm f/2.8
35mm f/4
50mm f/5.6
80mm f/8
약간의 설정 상의 오차가 존재하고 정확하게 맞아떨어지지는 않지만(2부에서 다루겠지만, 이 수치는 정확한 수치가 아니다) 초점거리와 조리개의 변화 값으로 어느 정도의 규칙이나 변화값의 수식을 알 수 있지 싶다. 위에 나열한 초점 거리 구간마다 각각 약 1f/stop 씩 차이를 보인다. 이번 테스트에서 확인된 초점 거리와 동일한 심도를 유지하기 위한 f-stop의 상관관계를 통해 한 걸음 더 들어가 보자.
이런 주먹구구식 비교로 대충 감을 잡았으니 이에 대한 수포자도 이해하고 있는 심도와 초점거리 그리고 조리개 값(입사동 구경 또는 유효 구경)의 관계를 수다 2부에서 다뤄보자. 주된 내용을 비교적 간명하게 설명할 수 있지만, 좀 더 이해하기 쉬운 방법을 택하고 싶었는데, 오히려 이해에 방해가 되지는 않을지 염려스럽다. 이 정도에서 Part.1을 마무리하자.
반드시 2부의 수다를 읽어주시길 바란다. 1부에서 던져둔 밑밥을 2부에서 회수할 생각이다.
광학계의 초점 거리와 조리개 그리고 심도(배경 흐림)의 관계 Part.2 / Relationship between lens focal length, F-number and DOF (blur image background) II
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 광학계의 초점 거리와 조리개 개구(입사동의 크기) 그리..
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