Notice - 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
카메라의 AF 시스템에 대한 연작에서 자세히 다루지 못했던 부분(자동 초점 모드)에 대해서 추가해서 다뤄 보려고 한다. 카메라의 AF 시스템은 카메라 제조사별로 기본적 원리는 거의 비슷하고 작동 메커니즘도 대동소이하지만, 최근 디지털카메라에서 세부적인 설정 기능과 AF 알고리즘은 유의미한 차이가 있지 싶다. AF-S와 AF-C 모드는 대표적인 자동 초점 모드로 그 장단점은 익히 잘 알고 있으리라 생각한다. 이번 수다에서는 한 걸음 더 들어가서 각 모드의 작동 알고리즘과 스틸 이미지 촬영과 동영상 촬영에서 각각 어떤 AF 방식으로 작동하는지, 그리고 DSLR 카메라와 디지털 미러리스 카메라에서 소소한 차이에 대해서도 주로 다룰 생각이다. 디지털카메라의 내부 구조와 작동 방식에서 차이 탓에 눈에 띄는 성능 차이가 발생하기도 하는데, 촬영 스타일에 따라 어떤 카메라의 AF 작동 방식이 알맞은 지에 대해서 알아보는 것도 좋겠다.
AF 방식과 관련해서 AF(자동 초점)모드와 AF 영역 모드에 대해 언급하지 않으면 너무 무성의하게 느껴질 듯해서 잠시 언급해두려고 한다.
▶ 자동 초점 모드 - AF-S, AF-C
카메라 제조사의 표기 방식에 따라 조금씩 차이는 있지만, 대체로 카메라에서 설정 가능한 자동 초점 모드는 정지 초점 모드 - AF-S(single), 연속 초점 모드는 AF-C(continue) 또는 AL Servo 등이 대표적이다. (AF-S는 때때로 니콘의 Auto Focus Silence의 약자로 초음파 모터로 작동하는 렌즈를 의미할 때도 있다)
일부 AF 컴팩트콤팩트 카메라 등에서는 초점 모드 설정을 별도로 두지 않는 경우가 많은데, 고성능 콤팩트 카메라의 경우, AF-A로 불리는 피사체의 상태(정지 또는 움직이는 상태) 등에 따라 AF-S와 AF-C 등에 대응하는 방식이 적용되기도 하고, 상대적으로 비교적 단순한 기능의 콤팩트 카메라에는 AF-S만 가능한 모델도 있지 싶다.
이전 수다에서 관련 부분을 조금 인용하자.
AF-S (One shot AF)
싱글 AF - 릴리스 버턴을 반쯤 누른 일명 '반(半) 셔터' 상태에서 초점이 고정되므로, 정지된 피사체에 알맞다. (사진 촬영에서 기본이 되는 AF 모드이다)
AF-C (AI servo AF)
연속 AF- '반 셔터'를 유지하는 상태에서 피사체가 이동 등의 이유로 거리 정보가 변함에 따라서 초점이 계속 조절된다. 움직이는 피사체에 연속 촬영할 때 알맞다.
AF-A (AI focus AF)
카메라가 피사체의 상태에 따라 AF-S 또는 AF-C를 자동 적용하는 모드로 일부 제조사(니콘, 소니, 캐논)의 일부 카메라 기종에 선택적으로 적용된다
MF
수동 포커스 - 카메라 렌즈의 초점 링을 조작하여 수동으로 초점을 맞춘다.
AF 초점 모드의 설정은 사용자가 각 상황에 맞는 적절한 모드를 판단하여 선택/설정하여야 한다는 점에서는 번거로울 수 있지만, 다양한 촬영 활경, 피사체의 상태에 따라 보다 원활하고 쾌적한 자동 초점을 활용할 수 있으니 꽤 유용한 기능이라 하겠다. 따라서 고기능을 표방하는 카메라에서는 AF와 관련해서 선택/설정할 수 있는 다양한 옵션(초점 영역 모드) 통해 세밀한 설정을 지원한다. 그리고 최근 인물 사진 촬영에 효과적인 모드/기능으로 얼굴인식 AF와 눈동자 인식 AF도 주목해 볼만 하다.
한 걸음 더 들어가서, AF 초점 모드와 초점 영역(AF-area) 모드의 각 옵션을 효과적으로 조합하여 보다 쾌적한 AF 환경에서 촬영할 수 있는데, 각각의 움직이는 피사체의 촬영 조건에 따라 몇몇 조합을 예시하면, AF-C + 단일 지점(Single-point) 모드를 활용하여 광축과 평행하게 (앞뒤/전후) 이동하는 피사체의 자동 초점에 유용하고, AF-C + 존(Zone) 모드를 활용하여 이동 방향 등이 예측 가능한 피사체의 촬영에 효과적이며, AF-C + 와이드 (Wide) 또는 추적(Tracking) 모드를 조합하여 프레임 전체를 가로질러 이동하는 피사체와 움직임을 예측하기 힘든 피사체 등의 자동 초점에 효과적으로 활용할 수 있다. 그리고 얼굴 인식과 눈동자 인식 모드를 AF-S 또는 AF-C(일부 기종에 따라 눈동자 인식은 활성화되지 않을 수도 있지만)와 조합하여 인물 사진 AF에 효과적으로 활용이 가능하다.
▶ 초점 검출 방식에 따른 조리개 동작과 DSLR과 미러리스 카메라에서의 차이
이전 연작의 수다(‘카메라의 AF 시스템 1,2,3,4’)에서 언급하였듯이 위상차 검출 AF 방식과 콘트라스트 검출 AF 방식 둘 중의 하나 아니면 두개가 결합된 하이브리드 방식으로 자동 초점 카메라에 적용되고 있다. DSLR 카메라에서는 별도의 고성능 위상차 AF 모듈을 활용하며 (동영상 촬영 모드에는 콘트라스트 검출 AF 방식을 사용), 디지털 미러리스 카메라는 초기에는 이미지 센서에서 콘트라스트 검출 AF 방식과 최근의 상면 위상차 AF와 콘트라스트 검출 AF 방식을 결합한 하이브리드 AF 방식을 사용하고 있다.
위상차 검출과 콘트라스트 검출 AF 방식의 차이와 장단점에 대해서는 이전 수다에서 꽤 길고 지루하게 다루었으므로 생략하고, AF 검출 시 렌즈에서 발생하는 두 방식의 소소한 작동 차이에 대해서 알아보자. 위상차 검출 AF은 광학계의 일부 대칭된 두 지점을 통과한 위상의 차를 비교하여 초점을 검출하는 방식으로 조리개를 조일수록 렌즈를 통과하는 광선은 광축을 중심으로 일부 구간으로 축소된다. 따라서 너무 조리개를 조여서 촬영할 경우에는 위상차 검출을 위한 두 영역이 제외되는 문제로 AF가 제대로 작동하지 않는다. 일반적으로 위상차 검출을 위한 조리개 값은 f/5.6 정도를 기준으로 하므로 (렌즈의 초점거리에 따라 조금 차이는 있지만) f/8을 초과하여 조리개가 조여질수록 AF 정밀도와 직접적으로 관련된 기선장의 길이가 감소해서 정밀도가 낮아지고 검출 속도에도 악영향을 미쳐 위상차 AF 검출의 전반적인 성능(정밀도와 속도)은 저하된다.
따라서, 조리개가 일정 F-stop 이상 조여질 수록 위상차 검출 성공률이 저하되는 문제를 해결하기 위하여 디지털 미러리스 카메라에서는 AF 검출 (측거) 시에는 조리개가 지정된 조리개로 개방(보통 f/5.6 내외)하고, 측거가 완료됨과 동시에 설정된 조리개 값으로 복귀하는 방식으로 작동한다. 효율적인 위상차 검출 AF을 위한 일반적인 조리개 값( 약 f/5.6) 이상으로 개방하여 촬영하는 경우에는 조리개가 열렸다가 다시 설정한 조리개 값으로 바뀌는 동작이 불필요하지만, f/5.6 보다 더 조여져서 촬영되는 때는 측거를 위한 조작(일반적으로 반셔터 누름) 시 조리개가 개방되며 측거가 이루어지는 방식이다. 이 순간은 매우 짧아서 잘 관찰하지 못할 수도 있으나 조리개를 일정 이상 조인 촬영에서 위상차 검출 AF가 작동할 때 조리개 작동을 렌즈 대물부를 통해 확인할 수 있고, EVF 뷰파인더나 후면 액정화면을 통해 라이브 뷰 상태라면 밝아지는 깜박임을 확인할 수 있다.(이는 측거를 위해 조리개가 개방되어 노출이 달라진 값이 라이브 뷰 또는 EVF로 보는 상의 밝기에 영향을 미치기 때문이다) 위상차 AF 검출 시의 뷰파인더나 후면 디스플레이 장치의 라이브 뷰 깜박임은 광학식 뷰 파인더에서와 다른 이질감을 가져오므로 (특히, 광학식 뷰파인더 방식에 익숙한 DSLR 사용자의 경우) 상당히 눈에 거슬리는 단점이라고 할 수도 있겠다. 앞서 언급한 단점에도 불구하고 디지털 미러리스 카메라의 측거 시 작동 방식은 뷰파인더(EVF) 또는 후면 디스플레이 장치로 촬영되는 이미지와 동일한 심도와 촬영 효과가 적용되어 촬영 저장되는 이미지를 실시간으로 확인할 수 있는 장점도 있다.
하지만, DSLR에서는 위상차 AF가 작동할 때, 이런 조리개가 열렸다가 다시 닫히는 동작 단계가 없는데, 이유는 포커싱이나 측광이 이루어지는 단계에서는 항상 최대 개방을 유지하도록 설계/제조 되었기 때문이다. 이는 SLR 시스템의 핵심 기능이라고 할 것은 아니지만, 뷰파인더로 상을 관찰하는 데 있어서의 편리함 측면에서는 중요하다. DSLR/SLR 카메라의 TTL 광학식 뷰파인더 방식은 조리개가 조여지면 뷰파인더의 상 또한 함께 어두워지므로 촬영이 이루어지는 순간에만 설정 조리개 값으로 조여지고 그 외에는 항상 최대 개방을 유지하는 방식을 취한다. (이런 작동 방식으로 SLR/DSLR 카메라는 최대 개방 조리개 값이 밝은 렌즈에 더 집착하게 하는 것인지 모르겠다. 하지만 최대 개방 조리개 값에서 어느 정도 차이가 있다고 해도 우리 눈은 그 밝기 차이에 따라 쉽게 적응하므로 SLR 광학 뷰파인더 사용에 큰 불편을 느끼지는 않는다) 이는 자동 개방 측광과 거의 동일한 메커니즘이고, 따라서 위상차 AF 검출 시에 최대 개방을 유지하고 촬영 시(셔터 릴리즈 버튼을 누름)에는 조리개가 조여 지므로 정상적인 노출로 촬영된다. 카메라 기술 발전에서 개방 측광이 먼저 등장하였고, SLR 필름 카메라부터 일반화된 방식이었으며, 위상차 검출 AF 방식을 적용하는데 개방 측광과 동일한 조리개 작동 메커니즘 방식으로 인해 어려움도 없었지 싶다.
개방된 조리개 상태에서 피사체를 관찰하고 구도를 잡고, 초점을 맞추기 위한 뷰파인더의 기능적 측면에서 DSLR/SLR 뷰파인더는 디지털 미러리스 카메라 등에 활용되는 후면 디스플레이 장치를 이용한 라이브 뷰나 EVF(Electric View-Finder) 방식과 비교해 장점도 있지만, 뷰파인더를 보고 측거하는 동안에 렌즈는 최대 개방을 유지하므로 촬영(촬상소자에 노광)되는 상의 심도나 촬영 효과를 확인할 수 없는 점과 실제 노출의 적정 여부도 표시 장치로 짐작하여 확인할 수밖에 없는 단점도 있다. 일부 보완하는 기능으로 DSLR/SLR 카메라에는 심도 확인을 위해 ‘심도 미리보기’가 있고 광학식 뷰파인더에서 눈을 떼고 후면 디스플레이 장치의 라이브 뷰를 통해 심도와 촬영 효과 노출값이 적용된 실제 촬영되는 이미지를 확인할 수는 있다. DSLR과 디지털 미러리스 카메라는 단순히 뷰파인더 시스템이나 미러박스의 유무를 제외하고도 작동 방식이나 각종 자동 기능의 알고리즘에서 유의미한 차이가 있다.
개방 측광에 관해서는 이전의 수다를 인용하자. 스스로 쓴 글을 인용하는 나태함에 조금 민망하다.
초기 TTL 측광 카메라의 경우, 측광을 위해 렌즈의 조리개를 조여야 했고 이때 뷰파인더 창이 조여진 조리개 값만큼 어두워지는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 뷰파인더를 통해 구도 및 초점 조절 시에는 최대 개방의 조리개 상태를 유지하고 측광 시에 레버 조작을 통해 조리개가 설정한 값으로 조여지는 Stop-Down metering (압축) 측광 방식을 채택하였다. 하지만 이 방식도 측광을 위해 레버 등을 작동하는 순간에 뷰파인더가 어두워지는 문제는 여전히 개선되지 못했다. 이런 문제를 해결하기 위한 '개방측광'(측광시에도 조리개가 최대 개방을 유지, Full-aperture metering) 방식을 채택한 카메라가 등장하였는데, 개방측광 기능을 구현하기 위해서는 렌즈의 조리개 값 정보를 카메라의 노출계와 연동시키는 장치가 필요하였다.
▶ 촬영 모드(스틸 이미지 또는 동영상 녹화)에 따른 차이
이하 부분은 개인적인 추정과 짐작이 상당부분 포함되어 있고, 각 카메라의 AF 알고리즘이 공개되지 않은 관계로 확인하지 못한 내용이 다수 포함되었으므로 사실 여부나 옳고 그름에 대한 각별한 의심과 헛소리에 대한 주의가 필요하다.
카메라에서 정지 이미지 촬영과 동영상 녹화 시 AF의 성능의 차이를 보인다. 동일한 기기 내에서 단지 촬영 모드만 변경할 뿐인데 AF의 속도와 정확도에서 차이를 보이는 것은 선뜻 이해하기 어렵다. (단순히 서로 다른 제조사의 AF 알고리즘의 차이일 수도 있고, 개별 카메라 제품의 AF 성능의 차이일 수도 있다.) 하지만, 정지 사진(스틸 이미지) 촬영과 동영상 녹화 모드에 의한 AF 성능 차이의 주요한 원인은 스틸 이미지 촬영에서는 위상차 AF 방식이 주가 되고 동영상 촬영에서는 콘트라스트 검출 AF 방식이 쓰이기 때문이다.
카메라의 AF 속도나 정확도 등 AF 성능의 문제는 단순히 AF 검출 방식에만 국한된 것은 아니다. 그 외에 다양한 상황에 대응하기 위한 복잡한 소프트웨어 AF 알고리즘과 원할한 AF 검출과 동작을 위한 하드웨어 장치, 그리고 렌즈의 구조와 성능과 하물며 전원 관리 등 크게 관련 없을 듯한 부분까지 밀접하게 관련되어 있다고 생각한다. 따라서 검출 방식의 차이에 대한 성능은 가장 기본적인(하지만, 무시할 수 없는) 차이에 대한 언급에 불과하지 싶다.
각 촬영 모드에 따라 AF 검출 방식이 다르게 적용되는 경우가 있는데 하이브리드 AF가 적용되는 카메라 이외에 대부분의 카메라(특히 DSLR)가 이에 해당하지 싶다. (모든 DSLR 카메라가 그러하다는 의미는 아니며 상면 위상차 검출 방식-듀얼 픽셀 AF 등-이 적용된 DSLR 카메라도 있다. 그리고 다수의 DSLR 카메라에도 기존의 방식에서 탈피한 새로운 방식의 시도와 개선이 이루어지고 있으리라 생각한다. 그리고 일부 콘트라스트 검출 AF 방식만 적용된 카메라도 이에 해당하지 않는다) 일반적으로 DSLR은 정밀한 AF 센서가 장착된 별도의 AF 모듈에 의한 위상차 검출 AF가 스틸 이미지 촬영에 적용된다. 이 구조에서 렌즈를 통과한 빛(상)은 미러의 일부를 통과하여 AF만을 위한 광학계와 AF 센서로 유도된다. 하지만, DSLR 동영상 녹화가 이루어지는 동안에는 디지털 이미지 센서에 계속 렌즈를 통과한 빛이 노광 되어야 하므로 반드시 미러 업 상태를 유지하여야 영상 녹화가 가능하고 따라서 AF 모튤로 위상차 정보를 보낼 수 없고 위상차 AF가 적용되지 못한다. 따라서 DSLR 카메라의 동영상 녹화에서는 이미지 센서의 콘트라스트 검출을 통한 AF만 활용하는 방식이었다. 콘트라스트 검출 AF 방식은 포커싱을 위한 전/후 이동의 방향을 미리 파악할 수 없고, 콘트라스트 최고점을 지난 후에야 가장 콘트라스트가 높은 지점 즉, 초점이 맞는 지점을 확인할 수 있으므로 최소 두 번 이상을 포커싱을 위하여 포커싱의 방향을 전환하는 스왑 하는 동작이 필요하다. 스왑 하는 과정에서 포커싱 지점의 콘트라스트를 계속 비교/분석하여야 하므로 속도 또한 그리 빠르지 않은 단점이 있다.
DSLR처럼 미러박스와 별도의 위상차 검출 AF 모듈을 활용하지 않고, 상면 위상차 검출과 콘트라스트 검출을 활용하는 하이브리드 AF 방식의 디지털카메라에서는 동영상 모드에서도 동일한 하이브리드 AF 방식 적용이 가능하고 따라서 동영상에서도 위상차 검출 AF 방식이 일부 활용되고 있지 싶다. (일부 디지털 미러리스 카메라는 콘트라스트 검출 AF 만을 사용하기도 하고, 제조사나 해당 제품의 AF 알고리즘 적용에 따라 분명한 차이가 있을 수 있다) 위상차 검출 방식은 콘트라스트 검출 AF 방식에 비해 포커싱의 속도 면에서는 비교 우위에 있으므로 빠른 AF 속도를 유지하는 데는 매우 유리하다. 하이브리드 AF의 이런 장점 탓에 적용되는 카메라(일부 캠코더류도 포함하여)가 더 확대되고 있는 것으로 보인다. 즉, 하이브리드 AF가 적용되는 카메라에서는 스틸 이미지 촬영과 동영상 촬영에서 (성능과 관련한 소소한 차이가 있는데 이는 아래에서 다루자) 동일한 AF 방식이 적용되고 따라서 동영상 녹화 모드에서 AF 속도가 향상되는 효과를 기대할 수 있겠다.
하지만, 모든 조건에서 위상차 검출과 콘트라스트 검출을 효과적으로 사용할 수 있는 것은 아닌 듯하다. 동영상 촬영 모드에서는 촬영이 이루어지는 동안에는 설정된 노출 수준을 일정하게 계속 유지하여야 하므로, (조리개 값을 조여서 촬영하는 조건에서는) 스틸 이미지 촬영에서 앞서 설명한 위상차 검출을 통한 측거를 위해 조리개가 일정 조리개 값으로 개방되는 방식을 취할 수 없고 (이 방식을 그대로 동영상 녹화 시에 적용하면 측거가 이루어질 때마다 노출이 튀는 현상이 발생할 것이다) 위상차 검출 AF의 고유의 단점 -조리개가 조여지면 검출 성공률과 정확도가 저하-이 드러나고, 이를 회피하던 방식 - 측거가 이루어질 때 조리개를 일정 값으로 열었다가 다시 닫는 방식-은 동영상 촬영의 특수한 조건에 탓에 적용하기 곤란하다. 따라서 깊은 심도로 촬영하는 경우에 위상차 검출 AF의 기능은 제한적으로 작용하고 콘트라스트 검출에만 의지할 수밖에 없고 따라서 AF 검출 속도가 저하되고 (특히 동체 추적을 통한 초점이 원활하지 않거나, 초점 대상이 변경되는 등의 경우) 콘트라스트 대비를 통해 초점을 찾기 위해 전후로 초점 요소가 스왑 하는 경우가 종종 발생하지 싶다. (하지만, 조리개가 조여져서 깊은 심도로 촬영될 때는 조점이 맞는 영역이 확대되므로 AF 속도나 측거 검출 능력이 약간 떨어져도 크게 눈에 띄지는 않을 듯하다) 이와 달리 조리개를 일정 개방(f/8 이상의 개방 조리개)하여 동영상을 촬영하는 경우에 하이브리드 AF 방식의 카메라는 동영상 촬영에서 콘트라스트 검출 AF만을 활용하는(할 수밖에 없는) 카메라에 비해 상대적으로 빠르고 쾌적한 AF 기능을 보이는 것이라 생각된다. (상면 위상차 검출 AF 성능은 제조사의 AF 알고리즘에 따라 차이는 있으나 F/11 정도까지 유의미하게 작동하지 싶다)
이 외에도 동영상 촬영에 최근 카메라 AF 성능은 동체 추적 기능의 성능이 차지하는 비중이 높은데, 이는 동체를 특정하고 이를 계속 추적하는 알고리즘과 프로세스의 성능, 그리고 이를 원할하게 수행할 수 있는 카메라와 렌즈의 전반적인 하드웨어 AF 성능 등과 관련이 있으므로 더 복합적인 요인이 작용하여 최종적인 AF 성능을 이루지 싶다.
동영상 촬영 모드에서의 기본적인 속도면에서 AF 성능 만큼은 현재 기준으로 하이브리드 AF을 적용하는 카메라가 비교 우위에 있다고 생각하지만, 그 외에도 AF의 성능을 개선할 수 있는 여러 새로운 방법과 개선된 기술이 적용되고 있으므로 이 변화와 기존 방식의 조화를 통한 AF 성능 향상도 기대해 봄직하다. 유유히 흐르는 강물처럼 꾸준히 개선되고 변화하는 AF 시스템의 성능과 새로운 기술 변화에 따라 이를 이해하고 실제 촬영에서 적절히 활용하는 것은 쉽지 않다. 특히 최근 등장하는 기술들은 하드웨어적인 변화와 함께 소프트웨어 상의 알고리즘까지 감안해야 해서 더 복잡하고 이해하기 어려운 듯하다. 이런 변화와 하드웨어와 소프트웨어 성능 향상과 다채로운 AF 방식의 결합으로 더 빠르고 정확하며 사용 친화적인 AF 성능이 구현될 것이다. 종종 웹에서 과도한 홍보 정신에 의한 “XX 끝판왕”이라는 표현을 볼 때가 있는데, 디지털 기술로 통칭되는 이 판?은 끝이 없는 듯하고, 그러므로 실질적인 끝판왕은 언제 등장할지 짐작 조차 하기 어렵다.
