Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
▶ 계조의 일반적인 정의와 사족
이번에는 계조에 대해 수다의 주제로 삼아보자. 계조에 정의에 대해서는 잘 정리된 자료가 많으므로 검색을 통해 쉽게 확인 가능해서 자세히 다루지 않을 생각이다. 조금 헷갈릴 수 있는 부분에 대해서만 간략히 언급하자. 계조는 일응 사진을 취미로 하는 사람에겐 친숙한 용어겠지만, 한 걸음 다가서서 자세히 보면 그 의미가 모호해지고 복잡해지곤 한다. 간단히 정의하면 "밝기(명도)나 색(채도)에서 농담/농도의 정도"라고 할 수 있다. (채도는 엄밀하게 "물체 표면의 색깔의 강도를 동일한 밝기(명도)의 무채색으로부터의 거리로 나타낸 시지(감)각의 속성 또는 이것을 척도화한 것"이므로 색도-밝기를 무시한 색의 성질-와 명도가 중첩된 개념으로 "색상의 진하고 옅음을 나타내는 포화도"로 설명할 수 있다) 색의 농담에 대해 좁게 정의하면 "시감각의 밝기(명도)의 농담 정도 또는 밝기의 이행단계"라고 할 것이고, 좀 더 확장해서 넓게 보면 색의 농담까지 넓게 이해할 수 있지 싶다.
채도와 얽히면서 색 심도(Color depth)와 계조를 구분하는 것에 혼란을 가져올 여지도 있는데, 색심도는 명암의 농담뿐만 아니라 RGB 데이터에 의해서 조합되는 색도 정보가 결합한, 즉, RGB와 색의 농도 그리고 여러 기술적인 필요로 변환된 색공간 Y'CbCr에서 데이터의 양을 줄이거나 크로마 서브 샘플링에 의한 Y'CbCr 4:2:2 또는 4:2:0을 통해 또 한 번 압축하는 과정의 정도와 관련 있다고 생각한다. (이는 Raw와 JPEG, 또는 각종 비디오 포맷(코덱)의 압축 등과 엮여서 추후 수다의 주제로 반드시 다시 다룰 수밖에 없지 싶다) 색공간 Y'CbCr은 JPEG, 각종 TV 방송, 영상 등에 폭넓게 활용되고, 이를 언급하지 않고 색 심도를 이야기하기는 어렵지만, 수다의 주제가 색심도가 아니니 이는 추후의 수다거리로 남겨두자. 데이터의 양은 이를 전송/저장/처리하는 데 있어 효율( 확장하면 비용)과 직접적으로 관련되므로 데이터를 줄이기 위한 노력(압축)의 역사는 기술 발전 역사를 되돌아보면 매우 흔하고 중요하다. 이 또한 디지털화에서 중요도가 높아져서 눈에 띄는 특징 중 하나로 다루어야하지 싶다.
DR(다이내믹 레인지)과 계조에 대해 종종 혼동하는 경우가 있는데, 둘 모두 시감각적인 밝기(명도)에 관련한 것이라서 그러지 싶다. 다이내믹 레인지는 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분의 동적 범위를 말하고, 계조는 밝기의 이행단계를 의미하고 계조(階調)라는 용어 자체가 한자여서 그 뜻하는 바가 쉽게 다가오지 않는 것이 이유가 아닐까. 이에 덧붙여서 사진을 평할 때 종종 "계조가 풍부한 사진"이라고 칭하는 사진 중에 상당 수가 다이내믹 레인지가 넓은 사진과 계조가 치밀한 사진을 구분하지 않고 두루뭉술하게 계조가 풍부하다고 말하는 것이 원인이지 싶다. 이 또한 만만찮은 수다 주제라서 간략히 정리하기 곤란해서 자세한 설명은 다음을 기약하자. 일단, 다이나믹 레인지가 넓은 사진과 계조가 치밀한 사진을 구별해야 하고, 엄밀한 의미에서 동일한 계조 성능이라면 다이나믹 레인지가 넓은 사진이 각각의 밝기 단계 표현이 더 많을 것이므로 '계조가 풍부하다'라고 말하지 싶다. 즉, "계조가 넓다"와 "계조가 치밀하다"는 조금 다른 의미라고 생각한다. 계조가 넓은 사진은 밝기 단계가 광범위한(다양하게) 표현/묘사된 이미지를 의미하고 계조가 좋은 사진은 밝기 단계가 세밀한 사진을 의미하지 싶다. 다이나믹 레인지가 넓은 즉, 밝기의 동적 범위가 넓은 사진을 '계조가 풍부한 사진'이라고 에둘러 표현함의 문제이지만, 그렇다고 전혀 의미전달이 되지 않는 것은 아니니 이정도 지적질로 충분하겠다.
한자로 조어된 용어에 대해서 역사적으로 한자 문화권이었던 특수성을 감안하면 특별히 거부할 이유도 없고, 간명하게 정의하기에는 도움이 되지만, 직관적으로 의미를 파악하는 데는 영어 용어인 '그러데이션(gradation)'이 더 알아듣기 용이한 부분도 있는 것 같다. 우리말로 순화하면 "밝기(농도)의 고름새" 정도가 적당하지 싶다.
때때로 계조는 그레이스케일(grayscale)로 설명되는데, 이는 앞에서 언급한 '채도'에서 '색도' 정보를 제거하고 순순한 밝기(명암)의 농담(이행단계)을 의미하지 싶다. 따라서 무채색의 농담(그레이 스케일)으로 계조를 정의할 수도 있다. 다이내믹 레인지와 계조, 그레이 스케일에서의 계조에 관련해서는 디지털과 관련하여 비트 심도와 함께 아래 또는 연작 수다에서 한 걸음 더 들어가 자세히 다루자.
그리고 수다의 대부분은 공개된 사실을 기반으로 하고 있지만, 여기서 추가된 일부 주장은 좁은 사견과 망상이 상당 부분 버무려져 있으므로 주장의 진의나 옳고 그름에 대해 의심할 필요가 있다.
▶ 아날로그 신호와 디지털 이미지의 계조 - 디지털카메라와 필름 그리고 인화와 디스플레이 장치
아날로그 신호와 디지털 데이터/신호의 가장 큰 차이는 아날로그 신호(데이터)는 연속적으로 변화는 물리량, 디지털 데이터/신호는 불연속적으로 최소 단위의 (정수) 배로 변화는 물리량이라 할 수 있지 싶다. (이해를 돕기 위해 '신호'의 개념을 사용했지만, 디지털 이미지 센서에서 픽셀에 포집된 전자의 수, 실제로는 전류계 또는 전압계로 측정한 아날로그 데이터/신호이다)
사진에서 계조(그라데이션)는 연속적으로 변화하는 밝기(농담)의 단계라고 할 수 있다. 따라서 위에서 언급한 아날로그 정보/신호의 '연속적으로 변화하는 물리량'과 일맥상통한다. 즉, 사람이 눈으로 보는 시각적인 정보는 모두 아날로그의 것이고, 우리 눈의 작동 방식(생체의 시감각 반응)도 아날로그 장치의 방식과 그리 다르지 않지 싶다. 디지털 정보는 디지털 기계의 언어이므로 변환 없이 직접적으로 사람이 해당 정보를 지각하는 것은 불가능에 가깝다. 즉, 디지털 정보는 아날로그 정보를 A/D 변환하여 전송/저장/처리(가공)하는데 유용하고 효과적인 방식이고, 디지털 정보는 디스플레이 장치 등을 통해 다시 물리적 자극의 정보로 치환되어야 비로소 우리는 시감각상의 정보로 인식할 수 있다. (오디오 정보라면 청감각)
필름은 필름 표면의 감광 유제(은염?)가 빛에 화학반응하여 화상을 기록한다. (필름은 엄밀한 의미로 아나로그 신호를 다루지 않으므로 아날로그 기계라 할 수 없다) 광화학 반응에 의해 상을 기록하는 필름의 계조를 불연속적 물리량만을 표현하는 디지털 이미지 방식으로는 도저히 따라잡을 수 없는 불가능이라고 하는 주장도 있다. (개인적으로 이 의견에 동의하지 않는다)
이쯤에서 디지털 이미지의 품질/화질과 밀접하게 관련되는 비트 심도에 다루는 것도 좋겠지만, 아래(다음의 연작편)에서 보다 상세히 다루자.
▶ 해상력(해상도)과 계조 표현력
앞의 결론은 일응 옳아 보이지만, 곰곰이 따져 볼 부분이 있다. 필름 또한 소재/작용 방식 자체의 여러 특징으로 계조 - 연속적인 빛의 이행 단계- 즉, 필름방식 또한 연속적인 밝기의 물리량을 세밀하게를 기록/저장하는데 내재된 한계가 있다. 필름 표면에서 빛에 화학적으로 반응하는 감광 유재는 소자 자체의 물리적인 일정 크기를 가지고 따라서 이로 인해 연속적인 농담/계조를 세밀하게 표현하는데 한계로 작용하지 싶다. 대표적인 예로 촬영된 원본 필름 자체는 결과물을 얻기 위한 중간 단계에 불과하고 이른 또다시 현상을 통해 인화되거나 환등기/영사기를 통해 영사되어야 비로소 의미를 가지므로 필름 자체의 해상도 또는 해상력은 중간 단계로서만 의미가 있다. 즉, 필름을 현상하거나 영사하는 과정에서의 손실(흔히 '광'손실)이 발생할 수밖에 없는 분명한 한계가 있다.
35mm 네거티브 필름 기준으로 필름의 해상력(필름 현상과 인화를 거친 결과물의 해상도)은 약 800만 화소 정도의 수준이고, (이는 필름의 저감도 일수록 입자가 작고 고와서 화소의 정도는 증가할 수 있고, 고감도 필름일수록 감광 소자의 입자 크기는 커지므로 전체적인 화소수는 감소할 것이다. 감광 소자 입자로 인해 필름을 현상한 이미지에서 '그레인'이라는 필름 특유의 입자감이 드러난다) 따라서 필름의 이러한 감광 소자의 물리적 크기로 인한 단점을 보완하기 위해서는 더 큰 촬상소자 즉, 중/대형 판형의 필름을 사용하여 높은 해상력과 풍부한 계조 표현이 가능했고, 이는 일응 현재까지 '판형이 깡패'라는 정설과 속설 중간에 걸친 어중간한 '설(說)'로 두루뭉술하게(해상력 및 기타의 제조건 등을 모두 따져야 하는 전제 조건이 충족되지 않은 경우가 많다) 회자되고 있다고 생각한다.
아래의 두 번째 이미지는 디스플레이 장치에서 화소수와 해상도의 차이를 비교한 사진인데, 화소수에 따른 디테일 향상은 분해능뿐만 아니라 계조 성능도 영향이 있지 않을까? (사실, 엄밀하게 따지면 해상력/분해능 또는 해상도는 계조와는 완전히 구분되는 개념이다. 여기서 이야기 하고 싶은 부분은 계조가 다른 각 영역의 경계-이를 달리 선예도라고 칭하기도 하지 싶다-의 계조 표현에 있어 해상력이 높으면 계조 표현 또한 영향을 받지 않을까 하는 의문에서 출발하고 있다)
아래 이미지에서는 분해능(해상도)의 차이 비교에 집중하였지만, 각각의 픽셀의 밝기(명도)가 다른 경우를 상상해 보면, 해상도가 높은 쪽에서 더 세밀하게 구분하여 표현하므로 이미지 전체로 봤을 때 계조 표현력의 디테일이 높아지지는 않을까. (웹 검색에서 적절한 샘플 자료를 선택하다 보니 특정 회사의 자료를 소개하게 되었는데, 브랜드에 대한 홍보나 광고의 목적이 있는 것은 아니며 해당 장치의 세부 사양에 대해서 아는 바가 없다) 따라서 이러한 여러 이유로 고화소화의 무한 경쟁이 카메라 시장에서 주요 화두로 다루어지는 원인이지 싶다.
디지털 이미지는 픽셀(화소)의 집합으로 이루어지고 즉, 픽셀은 이미지를 구성하는 최소 단위가 된다. 픽셀의 크기(픽셀 간의 간격)가 작아질수록 더 디테일하게 형상 및 계조, 색상의 표현이 가능해지는 것은 너무도 당연하다. 하나의 픽셀에는 색상, 농담의 정도(계조), 투명도 등의 데이터가 저장되고, 일정한 규격/크기 안에 몇 개의 픽셀(화소)이 존재하는가 나타내는 것이 화소수라고 할 수 있다. 계조와 관련된 가장 중요한 요소는 픽셀 하나가 가지는 비트 심도에 따른 계조 표현임에 틀림없다. 이는 디지털 이미지의 계조와 관련해서 비트 심도 중심으로 다루지 않을 수 없지만, 여러 픽셀이 모여서 하나의 완성된 이미지의 계조를 평가하는 '계조의 표현력'에 있어서 화소수에 의한 해상력 또한 중요하다고 생각한다. (사람 눈(시각)의 분해능을 초과하는 해상력은 큰 의미를 가지지 못하지만, 이미지의 크기 확대가 아주 손쉬운 디지털 이미지의 특성과 사람 눈의 명암에 대한 인지 능력은 매우 탁월해서 미세한 계조의 차이를 구분하기도 해서, 어느 정도의 고해상력이라고 특정하기도 곤란하다)
조금 부정확한 설명일지 모르지만, (해상력의 차이로 인한 계조 표현의 차이는 엄밀하게 다음에 다룰 계조와 관련된 비트 심도와는 차이가 있다. 그리고 비트 심도는 계조를 측정하는 최소 단위를 더 정밀하게 하여 세분화를 통한 계조 표현의 향상을 의미하므로 계조와 직접 관련되지만) 해상력과 관련해서 계조는 이미 고정된 계조의 최소 단위를 바탕으로 픽셀의 조합을 통해 이미지의 세부를 얼마나 잘게 쪼개어 미세한 영역을 더욱 상세히 그리고 연속적인 변화를 부드럽게 기록/표현할 수 있는가를 의미하므로 '계조의 표현력"이라고 두루뭉술하게 언급했다. 그리고 픽셀의 조합 즉, 해상력과 계조의 관계가 디지털 기기에만 있는 것은 아니다. 인화나 인쇄에서 dpi(Dots per inch)와 거의 유사한 개념이고, 이런 분포의 비로 농담을 나타내는 방식 또한 아날로그 장치에서도 흔히 활용되지 싶다. 즉, 인화/프린팅된 사진이나 디스플레이 장치를 통해 인식하는 계조 수준은 디지털에서 비트 심도(bit depth)와 도트 또는 픽셀 단위의 세밀한 정도의 영향을 받는다고 생각한다.
이런 해상력과 계조 표현력의 상관관계는 일응 디지털 오디오 신호의 샘플링 레이트에 따라 더 세밀한 디지털 오디오 신호를 얻는 방식에서 유사한 부분이 있다. (이런 식이면 비트 심도도 비슷하긴 하다고 말해도 수긍할 수밖에 없지만,) 물론, 오디오 또는 시간에 따른 샘플링의 횟수 즉, 시간의 흐름에 따라 가로축으로 얼마나 자주 데이터를 획득하는가와 관련되어 있고, 이미지의 계조는 시간과는 관계없지만(아래 샘플링 레이트 그림 X축은 시간을 의미한다. 동영상/비디오의 경우에는 프레임 레이트-frame rate- 디지털 오디오의 샘플링 레이트-sampling rate-와 유사한 개념이 되지 싶다. 그리고 하나 덧붙여서 오디오 신호 샘플링과 이미지의 컬러(크로마 서브) 샘플링은 용어는 비슷하지만, 그 개념은 완전히 다르므로 구분되어야 한다), 하나의 이미지를 가로와 세로로 더 세밀하게 자르는 횟수를 의미하므로 구분하는 횟수의 증가를 통해 더 세분화하여 디테일(정보의 정확도)을 확보하는 것에서는 유사점이 있다고 생각한다.
샘플링 레이트 - 디지털 오디오 기기에서 아날로그 신호를 디지털로 변환하기 위해 초당 샘플을 수치로 표현한 것으로 단위는 헤르츠(Hz)로 표시하며, 1Hz는 초당 1번의 샘플을 의미한다.
상용의 최근 고화소 디지털카메라의 해상력과 이미지 파일의 피트 심도의 성능을 감안하면, 계조에 있어서 적어도 35mm 필름(135 필름) 판형에서 필름과 디지털카메라 이미지 센서가 만드는 계조 표현력의 차이는 다르게 평가되지 않을까. 적어도 필름이나 디지털 이미지 센서의 크기(규격)가 비슷한 조건이라면 일반의 사진 용도에서 계조 표현력에서 차이는 거의 체감하기 어렵지 싶다.(물론 몇몇 전제 조건으로 디지털 이미지 파일 포맷의 여러 조건에 대해서는 다음의 비트 심도, 감마와 관련한 변형 등과 관련해서 따져 볼 필요는 있다)
물론, 이는 이미지 파일의 높은 비트 심도와 고화소화의 가장 높은 수준 화질의 스틸 이미지를 전제로 한 것에 불과하고, 그 외 높은 압축 효과를 위한 JPEG나 다양한 디지털 비디오/영상 포맷(코덱)에서는 차이가 있을 수 있다. 더구나 대형 필름 판형으로 고화질을 실현하고자 하는 중대형 필름 포맷이나 영상에서 고화질 필름 시네마(IMAX 시스템) 또는 특수 제작된 필름과 견주어 본다면 적절치 않을 수 있다. (언제나 비교는 상대적인 것이 아니던가!) 현재 기준에서 쉽게 구매하여 사용 가능한 일반과 상용의 범주를 기반으로한 개인적인 주장에 불과하다.
그렇다면 '고화소'가 반드시 좋은 것이고 고화소의 선택은 필연적이라 할 수 있을까? 이전 수다에서도 여러 번 반복해서 다룬 주제이기도 하다. 이미지 품질/화질의 적정 여부는 전통적인 사진에서는 인화되는 규격, 관찰자의 시각 능력과 관찰 거리, 그리고 확대 및 크롭 여부, 용도와 관련되어 있다고 생각한다. 일반 취미 또는 아마추어 사진 애호가의 용도나 일반적인 인화 규격(4x6) 또는 일반 PC 모니터 또는 스마트폰의 디스플레이 장치의 재생 조건(크기와 세부 사양) 등을 감안하면 이제는 카메라의 사진 용량으로는 너무도 보잘것없어 보이는 HD 화질 약 200만 화소로도 무분별하게 확대하지 않는다면 적은 용량 대비 화질은 '몹쓸' 수준이라고 생각하지 않는다.(물론 재생되는 환경에서 디스플레이 장치의 물리적 크기/해상도와 관계있고, 최근 디스플레이 장치가 상대적으로 커지고, 해상력이 Full HD를 지원하는 등의 조건을 생각하면, 상대적으로 저화질인 것은 부인 못할 점이다) 800만 화소 수준의 FHD 해상력은 사실, 앞에서 언급한 인화 또는 재생의 일반적 조건에서는 효율적인 화질이라 할 수 있다. (하지만, 대형 인화의 용도 이거나 사진 전시회 등의 아주 세밀한 인쇄 품질이 요구되는 경우 또는 확대하여 일부분을 세밀하게 보기 위한 용도, 상업용 대형 출력물 등이라면 적합한 해상력이나 계조에 대한 요구 수준은 달라질 수 있다.) 기술의 발전인지, 탐욕스러운 인간의 욕심인지 꾸준히 고화소에 대한 경쟁이 펼쳐지고, 이런 환경에 자연스레 동조된 우리는 필요 또는 용도 이상의 고화소에 집착하고 있는 것은 아닐까.
한편, 사람의 환경에 적응 또는 순화는 기술 발전에 따라 새롭게 등장하는 향상된 조건에 발맞춰 매우 빠르게 적응하고 이에 익숙해져서, 십여 년 전에는 충분했던 17~20인치 모니터나 일반 가정용의 TV의 크기가 이제는 좁고 답답해서 예전에는 이런 조건에서도 불편한 줄 모르고 어떻게 살았나 싶다. 근래의 스마트 폰 화면 크기만 해도, 몇 년 사이에 점차 커져서 예전 초창기 스마트폰의 좁은 화면을 보면 답답해 보이곤 한다. 변화하는 환경에 따라 충분하다고 느끼는 기준이나 성능/사양 또한 변할 것이 당연하다. 그리고 이미지의 품질 또는 화질이 '충분하다'의 의미는 정해진 용도로 사용하는데 별 다른 지장(불편)이 없다는 것이지 고해상력과 일반 해상력 또는 고화질과 일반 화질에서 시감각적 차이를 전혀 체감하지 못하는 동일한 수준이라는 것과는 또 다른 의미다. 하지만, 한편으로는 사람 시각으로 차이를 체감한다는 것만으로 효용이 더 높다든지 더 좋다고 말할 수 있을까. 단순히 성능이 더 뛰어난 것과 용도에 알맞다는 소모되는 기회비용 등을 감안하여 각자가 선택할 문제라고 생각한다.
근래의 고화소 경쟁이나 이에 대한 성능 평가에서 과도한, 필요 이상의 비교에 집착하는 바가 커 보인다. 일반적인 스냅사진에서 조차, 이미지에 찍힌 지나친 디테일에 집착하고, 이를 비교하기 위해 '확대'하여 그 차이를 비교하는 분석하는 것이 본래의 사진 용도에 무슨 의미가 있는지 고민하게 한다. 가벼운 여행 사진에 화면에 보일 듯 말 듯 촬영된 아주 작은 사물(예를 들어 주 피사체 주변에 날아다니는 파리의 다리 개수까지 셀 수 있는 고해상도/고화소의 집착)의 디테일이 여행의 추억을 담거나 이런 사진을 다른 이와 공유하며 즐기는데 필요한 것인지 고민해 볼 필요가 있지 않을까. 쉽고 간편한 디지털 이미지의 확대가 현재의 고화질/고해상력 집착의 근원이 아닐까 싶다. 확대하지 않으면 해상력이나 계조의 부족함을 체감하기 어려운데 굳이 확대해서 이미지의 화질을 비교하고 평하는 현재의 분석이 때로는 사진의 본질과 동떨어져 보이기도 한다.
수다가 또 옆길로 빠져서 엉뚱한 이야기만 잔뜩 늘어놓았다. 지금까지의 내용은 디지털 이미지의 계조에 대해 일반적인 내용을 나열한 것에 불과하고 본격적인 수다는 디지털 정보/신호의 비트 심도, 압축 기술에서의 간소화의 정도, 한정된 디지털 소스를 보다 효율적으로 표하기 위한 변형(감마 곡선)과 얽혀 있는데 이에 대한 수다는 연작의 다음 수다에서 다루자.
계조(階調), 디지털 이미지(사진)의 계조 - 비트 심도 그리고 Raw와 JPEG에 대하여 Part.2 / Gradation & gray scale - bit depth II
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 전편의 계조에 대한 수다를 계속 이어가 보자. 몇몇 웹에..
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