고 해상력 카메라의 장점 - 고화소 뽕?에 대하여 / Benefits of high resolution camera

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

 

무료한 수다에 조금의 활력소가 될 수 있지 않을까 해서 자극적인? 제목을 달았는데, 내용은 여지없이 고리타분한 이야기가 될 듯하다. 언제나 그랬 듯이 옳다고 장담 못할 개인적인 망상과 편협한 경험에 근거한 글이고 아전인수 격으로 엉성한 주장에 부합할 내용만 제 멋대로 엮은 이야기가 될 것이 뻔하다. 이런 무책임한 수다가 가능한 것도 비 전문가로서 아마추어가 향유할 수 있는 좋은 점이지 싶다. 특히, 이번에 뽕?이라는 맞아 본 경험해 본 사람만 안다는 정체 불명의 수다이므로 이를 주절거리는 수다쟁이(화자)의 짧은 사고  수준에 대해 너그럽게 대할 수 있는 아량과 청자로서 한 귀로 듣고 한 귀로 흘릴 수 있는 여유로운 마음가짐이 필요하지 싶다.

 

일반적인 고화소/고 해상력의 장점에 대해서 이야기하려는 것은 아니므로 고 해상력의 이미지가 가지는 일반적인 장점은 생략하자. 웹 검색으로 고화소/고 해상력 홍보에 열성적인 카메라 및 스마트폰 제조사들의 그 흔한 광고물이 넘쳐나므로 결코 찾기 어렵지 않으며, 개인적으로는 고화소/고 해상력 = 고성능/고급 제품으로 단순화된 급 나누기 식의 제품 분류나 판매 전략과 마케팅 방식에 불만이 크고, 일반적인 사진 촬영자의 사용 용도 등을 감안하면 보편적인 화소 수(이를 보급형이라고 부르는 것 또한 못마땅하다)의 카메라로도 대형 인화나 인쇄물 등 특별한 용도를 제외한 일반적인 용도에서의 이미지 품질에는 충분히 차고 때로는 넘치기도 할 사양이라고 생각한다. 그리고 조금 번거롭지만, 디지털 이미징 프로세서의 특성 탓에 소프트웨어(애플리케이션)를 이용해서 고화소의 이미지를 얻는 것도 가능하다. 이에 대한 내용은 링크로 대신하자.

 

2019/01/09 - [사진과 카메라 이야기/사진 그리고 한 걸음 더] - 고해상력+ 광각 이미지 만들기의 사소한 팁(이미지 스티칭) 그리고 파노라마 사진에 대하여 - 이미지 센서 판형의 한계를 극복해 보자. / Image Stitching & Microsoft ICE(Image Composite Editor)

고해상력+ 광각 이미지 만들기의 사소한 팁(이미지 스티칭) 그리고 파노라마 사진에 대하여 - 이미지 센서 판형의 한계를 극복해 보자. / Image Stitching & Microsoft ICE(Image Composite Edi

 

먼저, 고화소는 저화소의 상대적인 개념이므로 딱히 어느 정도부터가 고화소인지 그 기준은 시기 별로 다르고 그 기준도 때로는 주관적인 것 같다. 디지털 카메라의 초창기에는 몇 백만 화소 수준도 놀라운 고화소로 평가되었고 디지털 화소 1600만 화소만 되어도 고화소로 불리던 것이 채 십 년도 지나지 않았으며 카메라의 종류나 사용 목적에 따라 그 차이도 꽤 커서 콤팩트한 똑딱이 카메라나 스마트 폰 등의 작은 카메라 모듈에서는 1600만 화소가 아직도 고화소로 불릴만하다. 그리고 지금의 기준에서 고화소라고 불리는 사양은 몇 년 후에는 "저 정도가 고화소였어?"라는 의아함을 불러일으킬지도 모른다. 

 

따라서 고화소를 어느 정도 수준에서 고화소라고 부르고 정의해야할 지는 각자의 기준에 따라 판단하는 것도 좋겠다. 하지만, 이 또한 사용 용도나 방식, 디스플레이 환경 등에 따라 달라질 가능성이 매우 크다. 만약 미래에는 출산율 저하로 인구가 줄고, 일반 시민의 개인 거주 공간이 넓어져서 안방이 영화관 1실만큼 커져서 모두 영화 스크린을 보듯이 사진이나 영상을 감상하는 디스플레이 환경이라면 35mm 기준 1억~2억 화소 정도가 볼만하다고 느낄지 모르고, 그렇다면 이에 걸맞은 이미지나 영상을 만들기 위해서는 1억 화소 이상의 고화소 카메라가 필요할 터이니 그때는 1억 화소 조차 고화소가 아닌 적정 화소/일반적인 수준의 해상도 정도로 불리지 않을까.

 

현재까지의 일반적인 사진/이미지의 활용 방식으로 볼 때,  일반 사용자에게 고화소의 효용은 조금 의심스러운 것도 사실이다. 이는 디스플레이나 인쇄물의 화소 또는 해상도와 관련이 깊다. 정작, 우리가 가장 일상적으로 접하는 디스플레이 장치인 TV나 모니터, 테블릿이나 스마트폰의 액정은 고해상도 Full HD 해상도에서 이제는 초고해상도로 불리는 4K(또는 4K UHD)가 본격 시작된 정도의 수준이다. 일전에도 여러 번 언급되었지만, 4K의 화소수가 약 800만 화소에 수준에 불과함을 견주어 볼 때, 대부분의 디지털카메라는 고화소라고 불러도 그리 어색하지 않은 것은 아닐까. 인쇄물(일반적인 300 dpi-가로 세로 1인치당 300 화소- 출력 기준)의 기준에서도 300만 화소 수준이면 4*6 이미지 정도를 무리 없이 출력하는 정도이며, 1600만 화소 수준이면 A3까지 출력 가능한 정도라고 한다. 

 

이와 달리 고해상력의 이미지가 반드시 필요한 전문 또는 대형 상업 인쇄물 사진에서는 고화소 이미지와 때로는 이를 넘어서는 초고화소의 장점이 십분 발휘될 여지는 충분하다. 단, 1%의 성능 향상을 위해서도 수 배 이상의 비용을 기꺼이 지불하는 고퀄리티를 추구하는 작업, 이를 직접 경험해 보지 못해서 그 내막과 행태를 세밀히 알 수 없지만, 최고의 결과물을 얻기 위해서 풍부한 자본과 최고의 장비를 필요로하는 일명 초고화질의 장비 빨로 만든 결과물에서는 고화소의 매력을 부정하기 어려울 듯하다.

 

두서없는 망상 탓에 자꾸 이야기가 또 엄한 데로 흐른다. 마음을 다 잡고 본래의 수다로 돌아가서...

 

 

 

▶ 고 화소/고 해상력 이미지 센서의 장 단점에 대하여 / 확장된 다이내믹 레인지(이하 'DR')와 노이즈 감소

 

웹 상의 일부 글에서 고 화소의 카메라(또는 이미지 센서)는 고 해상력/ 고 분해능을 이외의 고 화질 요소와는 양립할 수 없는 것처럼 평가하는 내용의 글이 많았는데, 그 근거로 고 화소화로 인해 작아진 픽셀과 그 결과로 픽셀 당 수광율의 감소 등 제법 솔깃하고 그럴듯해 보이는 내용도 꽤 있었다. 하지만, 실제 결과물에서는 고화소로 촬영된 이미지의 고해상력/분해능, 선예도  그 외의 지표(DR, 노이즈 억제력 등)도 꽤 우수해서 고화소는 해상력 이외에 더 이상의 차이를 기대하기 어렵고 차라리 해상력을 제외한 화질 평가 요소(DR, 노이즈 등)에서 유리하지 않고 차라리 단점이 된다는 주장과 잘 부합하지 않는다. 이런 이유로 고화소 카메라로 촬영한 뛰어난 결과물에 강한 마력?을 흔히 "고화소 뽕?라"이라고 칭하기도 한다. 화질 평가에 대한 일반적인 웹상의 상식?에 잘 부합하지 않는 '고화소 뽕'의 실체에 대해 따져 보자.  

 

 

- 고 화소/고 해상력 카메라의 단점

 

이미지 데이터의 용량이 증가한다. 데이터 증가는 전송 속도, 저장 공간의 확보 측면에서 어려움을 가져오고, 이미지 데이터를 이미지 센서에서 판독하는데 부하로 작용하여 느린 판독속도, 카메라 버퍼 속도에 부하, 연사 속도의 저하, 동영상의 경우 프레임 속도의 저하, 초점 오류 관용도가 낮고, 흔들림에 취약하다.  사실, 단점을 나열했지만, 데이터 용량의 증가로 인한 문제 등은 하드웨어 성능에 부하로 작용해서 동일한 하드웨어 조건에서 저 화소/저 해상력에 비해 모든 퍼포먼스를 저하하고 높은 비용을 발생시키는 요인이 된다. 일명 고집적/고화소/고해상력으로 인한 '쓰리 고'(고발열, 고전력, 고비용) 문제에서 자유로울 수 없다. 

 

 

- 일반적으로 칭해지는 고화소의 장점

 

첫째, 고화소 뽕의 가장 큰 지분은 고 해상력/ 높은 분해능에 있다고 생각한다. 이는 고화소로 인해 얻을 수 있는 가장 본질적인 차이이며 무엇보다 우선하는 구별점이므로 먼저 이야기하지 않을 수 없겠다. 고해상력/분해능, 높은 선예도, 이미지 일부를 잘라서 일부만으로 일반적인 사용도에서 충분히 가능하다는 점을 들 수 있다. 고화소 고 해상도 이미지의 장점에 대해서는 너무 잘 알려진 내용으로 따로 정리할 필요성을 느끼지 못하므로 이 정도에서 정리하자.

 

둘째, 저 해상력 대비 노이즈의 감소와 확장된 DR 성능을 꼽을 수 있는데, 이 결과에 대해 의아하게 생각하는 경우도 많으리라 생각한다. 고집적의 고화소/고 해상력 이미지 센서에서 노이즈가 감소하고 DR이 확대되는 것은 웹 상의 일반적인 상식과 맞지 않아 보이지 않은가?

 

링크에서 대표적인 카메라의 DR 성능을 확인/참고할 수 있다.

http://photonstophotos.net/Charts/PDR.htm

 

 

고백 하건데, 관련 분야에 지식이 부족한 관계로 디지털카메라의 DR을 이해하는데 꽤 버벅거리며 시행착오를 겪었다. 이는 아날로그 DR에 대한 고정관념 때문에 더 심했다. 아날로그 DR의 정의가 가장 어두운 신호와 가장 밝은 신호의 폭/범위라고 할 수 있고, 이런 아날로그 DR에 대한 이해 수준에서 디지털 카메라 이미지의 DR을 이해하려고 하니 수광률 등의 물리적인 즉, 아날로그적인 요소에만 얽매여 디지털의 화질을 이해하는데 어려웠다. (이런 오류를 조금 벗어나서) 다시 디지털 기술/사진 중심으로 DR을 정의하자면, '디지털 카메라의 DR은 암부의 노이즈로 인해 세부(디테일)를 구분할 수 없는 지점과 이미지 센서의 포토 다이오드가 포화되는 지점의 범위'라고 할 수 있다. 따라서, 디지털의 DR은 노이즈와 밀접하게 관련되어 있고, 노이즈를 줄이기 위해서는 더 많은 데이터를 평균화할 수 있는 고화소가 유리하며(DR/다이나믹 레인지의 개념은 온전히 아날로그 장치의 개념이므로 이를 디지털 DR이라고 따로 언급하는 것이 잘 맞지 않을 수 있지만, 아날로그 장치로 얻어진 신호/정보에 A/D 전환후 디지털 방식으로 보간하는 기술 또한 주목할 필요가 있다. 대표적인 예로 노이즈/잘못된 픽셀의 정보를 보충/보간하는 방법으로 주변 픽셀의 평균값을 활용하여 노이즈 발생을 억제/보완할 수 있다), 따라서 결과적으로 고화소일수록 (일부)노이즈가 억제되며 더 넓은/확장된 DR을 가지게 된다. ('데이터를 평균화'를 통한 노이즈 감소 즉, 데이터의 일종의 통계와 분석과 이를 통한 보정과 보간을 통한 데이터의 정확성 확보라는 가공의 방식은 아날로그 방식에서는 기대하기 어려웠던 디지털만의 방식이라 할 수 있지 않을까? 신호의 증폭을 의미하는 아날로그 방식은 증폭된 신호/정보만큼 노이즈 또한 증폭되는 것과 비교하면 질적인 차이가 있어 보인다.) 이는 디지털카메라의 십수 년의 역사 속에서 디지털 이미지 센서의 화소가 증가할수록 노이즈 감소와 DR 또한 이에 비례해서 꾸준히 넓어진 것으로 그 상관관계를 어렵지 않게 확인할 수 있겠다. (물론 노이즈 감소를 위한 다른 신기술 또한 반영된 결과일 테니 온전히 해상력 상승과 디노이즈의 관계로만 설명할 문제는 아니다) 

 

픽셀 당 수광률이 낮아지는 문제? 수광률을 높이는 기술적 시도(대표적으로 센서면의 마이크로 렌즈의 효과적인 설계와 이면조사형 이미지 센서 설계 등)에서 상당한 효과를 보고 있었지 싶다. 수광률을 높이는 기술 자체는 이전에 다룬 바도 있어서 별도로 기술하지는 않을 생각이다.

 

노이즈의 감소와 별개로 DR이 넓은 것이 일반적이 사진에서 무슨 차이를 만드느냐고 의문을 가질 수도 있겠다. 이에 대한 이해를 돕기 위해 예를 하나 들자면, 인물 사진 등에서 눈동자의 선명한 묘사는 꽤 중요한데, 아래에서 언급할 Eye AF 기능으로 선명하게 촬영된 눈동자의 경우 밝은 흰자위와 대체로 어두운 홍채와 반영, 그리고 캣치 라이트(Catch light, 또는 Eye light) 등의 선명한 대비, 넓은 DR로 표현되는 눈동자의 세밀한 표현은 고화소 카메라의 장점이 가장 잘 드러나는 예가 아닐까 싶다. (고화소/고 해상력의 인물 촬영의 경우, 너무 적날하고 세밀한 피부 묘사 등으로 부드러운 묘사의 인물 사진 취향인 사진가에게는 부적절할 수도 있겠다. 그럼에도 불구하고 선명한 이미지를 소프트하게 보정하는 것의 기술적 어려움은 거의 없지만, 그 반대는 매우 어려우므로 이를 반드시 단점이라고 하기에도 마땅찮다)

 

<출처> 구글링

 

 

고화소/고 해상력의 카메라가 저화소/저 해상력의 카메라보다 노이즈 감소에 더 효과적일까? 이 문제 또한 다른 제반 조건이 같다면 등의 전제 조건 등의 변수를 감안하여야 하고 (이미지 센서 상의 소자 자체의 물리적 크기로 인한) 픽셀 당 수광률에 따른 차이 등 또한 유의미한 변수이므로 이러 제조건의 영향을 모두 무시하고 한마디로 고화소/고 해상력이 더 낮은 노이즈를 만든다라고 단정지어 말하기는 부적절해 보인다. 노이즈 또한 암부의 판독과 관련되는 판독 노이즈와 고감도 사용 시 문제 되는 광자 노이즈 등이 구분되어야 하고, 판독 노이즈의 경우 고화소/고 해상력에서 노이즈 감소에 일부 효과가 있는 것 또한 사실이지만, 전체 노이즈 감소 문제는 그 외에 수광률, 그리고 노이즈 억제를 위한 각종 기술과 제조건의 문제로 단순히 한두 가지의 요인과 연관된 것 또한 아닐 것이고, 대표적인 몇몇의 요인만으로 어느 것이 더 낫다고 단정하기 어렵다. 그리고 DR 확장 문제 또한 고화소/고 해상력으로 인한 일반적인 확장 효과가 있다는 정도로 이해하는 것이 적절해 보이고 기타의 제조건을 모두 무시하고 오로지 해상력과 DR의 문제로 단정 지어 결론을 내릴 필요는 없지 싶다.

 

 

디지털과 아날로그의 구분에서 가장 눈에 띄는 요소는 데이터의 가공 편의성이라고 생각한다. 디지털 카메라에서 촬영된 이미지는 실재(實在)를 있는 그대로 재현하는 기능에서 필름 카메라와 거의 같지만, 디지털카메라의 재현 기능은 엄밀히 말해서 실재와 동일 또는 유사하게 보이도록 가공된 디지털 데이터를 의미하는 것이지 싶다. 즉, 디지털 사진이 사실의 있는 그대로의 기록이라는 일반적인 사진의 특징 또한 가능하지만, 그 실질은 디지털이 실재의 재현에 대한 단점을 데이터의 가공이라는 방식을 통해 보완해서 재현의 사실성(Increased sense of reality)을 더 높인 결과물이라고 해야 하지 않을까. 필름 사진 또한 필름/감광 유제의 화학반응으로 실재를 완벽하게 재현하는 것에 엄연한 한계가 있다고 생각하고, 이런 한계가 우리가 종종 언급하는 필름 사진의 느낌, 일명 필름 감성이며, 가공의 편의성이 결코 높지 않은 광화학 반응에 기초한 필름은 20세기 시각적 실재의 재현에서는 가장 탁월한 기술이었음에도 불구하고 실재의 완전한 재현에 분명한 한계를 가지고 있다. 디지털 또한 실재의 완전한 재현에 한계가 있을 수밖에 없고 이를 디지털의 가공의 편의성이라는 장점/특징으로 좀 더 실재의 재현에 충실한, 그리고 이와는 또 다른 실재와 전혀 다르지만, 어색하지 않은 재현 즉, 재현을 넘어서는 창의적인 표현까지 가능한 가공의 편의성을 가진다고 생각한다. 

 

이런 관점에서 진정한 의미의 고성능 디지털 카메라는 있는 그대로를 기록하는 것 또는 사실의 재현에 그치는 것이 아니라 풍부하고 세밀한 데이터를 기반으로 '가공하기 편리'하고, 가공으로 인한 변화의 용이함에 있다고 할 수 있지 않을까 싶다. 그리고 가공할 소스가 세밀하고 많은 고화소 카메라는 이 가공 가능한 데이터를 통해 노이즈를 감소시키고 DR을 확장시켜 저화소 카메라에 비해 상대적으로 더 좋은 즉, 더 개선된 데이터/정보를 추구할 수 있는 점은 세밀한 데이터로 다시 원 소스 데이터의 결점을 보완(노이즈 감소)하는 디지털에서 가능한 선순환의 조금은 해괴한? 해법이라는 생각도 하게 된다. 

 

 

셋째, 고정밀 AF, AF의 향상된 정밀도와 결합한 이점을 들 수 있다. 최근 고화소 카메라의 고화소 뽕은 고정밀 AF로 인한 선명한 초점/포커스의 장점 또한 한 몫을 톡톡히 하지 않나 생각한다. 고화소 카메라들은 아무래도 급 나누기의 상위 층에 해당하는 제품군에 속하고 따라서 AF 성능 및 기타 여러 기능에서도 최상위 기술과 결합하는 경우가 일반적일 것이고 따라서 향상된 고정밀 AF(위상차 검출 AF의 부정확성을 개선한 하이브리드 AF 방식이나 얼굴인식, 그리고 눈동자 인식 AF 등)로 인해 고화소 카메라들의 장점이 더 부각되는 바도 있다고 생각한다. 따라서 고화소 이미지와 고정밀 AF는 꽤 불가분의 관계에 있고, 정밀한 AF에 부합하는 카메라 본체의 성능과 광학적 성능(구면 수차의 억제)과  포커싱 정밀도와 속도 대응하기 위한 렌즈의 재설계(리뉴얼) 또한 빈번하게 이루어지고 있는 것이라고 생각한다.

 

<출처> 구글링

 

 

끝으로, 고화소 뽕의 정체에 대한 수다에서 '뽕?'을 제대로 설명하지 못한 듯하다. '뽕'은 '기분 좋게 취해서 즐기는 모습' 정도라고 할 것이고, 고화소 뽕 또한 고화소/고 해상도의 이미지에 취해 기분 좋게 사진 촬영을 또는 후반 작업 등을 즐기는 모습일 테니 고화소 카메라를 가지고 있고, 이에 걸맞은 렌즈와 기타 저장, 편집을 위한 장비 등을 별 부담 없이 갖추고 있다면 이를 즐기는 것에 결코 나쁠 것이 없고 권장할만하지 않은가. 고화소/고 해상도의 이미지를 다운 샘플링하여 일반적인 저해상도 이미지처럼 활용할 수도 있고, 다운 샘플링한 이미지와 처음부터 해당 해상도로 촬영된 이미지와 비교하면 소소한 노이즈 감소와 화질 개선 효과도 일부 기대할 수 있다. 하지만, 고화소/고 해상력의 카메라가 한 단계 높은 급의 카메라를 의미하는 것은 아니며, 단지 고해상력을 필요로 하는 사진가를 위한 하나의 도구 정도로 평하는 것이 좋지 않을까? 이 수다의 의도 또한 '웹상에 고화소 뽕과 이에 대치되는 고화소/고 해상력 카메라는 고 해상력 빼고는 그다지 장점이 없다는 일방에 치우친 평가'들에 대해 개인적인 생각을 정리하고 싶었다. 고화소/고 해상력은 이런 점에서는 장점이 있고 저런 점에서는 단점이 있으니 필요에 따라 그리고 자신의 사진 촬영 스타일이나 취향에 따라 선택할 문제가 아닐까. 여러 번 되풀이하는 말이지만, 선택할 수 있다는 점에서 이런 다양한 그리고 개성을 지닌 제품에 대해 부정적으로 생각할 이유 또한 크지 않다고 생각한다.

 

편협하고 속 좁은 수다쟁이의 주관적인 중얼거림에 끝까지 읽은 분에게 감사를 표하고 싶다.