Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
디지털 카메라에서 이미지 센서는 가장 핵심적인 부분 중 하나이고 카메라의 성능과 직접적으로 연관되어 있음은 분명하다. 카메라 성능에 끼치는 영향도 매우 지대하고 생각하지만, 이미지 센서가 카메라의 성능이나 촬영 결과물의 품질을 결정하는 전적인 요소이냥 부풀려 과장되게 평가되는 경우에는 조금 못마땅한 생각이 들기도 했다. 카메라 제조 가격에서 이미지 센서가 차지하는 비중 또한 너무 부풀려져 언급되는 경우도 많은 듯하다. (특수 카메라를 제외한 일반 소비자용 고급 카메라의 이미지 센서 가격은 개당 100불을 초과하지 않는 수준에 형성되어 있지 싶다) 근래 만들어지는 그리고 일정 수준 이상의 전문 디지털 카메라에 채택되는 이미지 센서의 경우, (픽셀 수에 따른 해상력 문제 등을 제외하면) 규격이나 제조사에 상관없이 기술적으로나 성능 상에 큰 차이/변화가 있다고 생각하기 어렵다. 종종 새로운 이미지 센서가 장착된 으레 대단한 기술적인 진보나 성능 향상이 있는 것처럼 평가하거나 광고/홍보하는데 그 직전의 이미지 센서의 성능과 실질적인 차이가 그리 커 보이지 않는다. (대표적으로 BSI/이면조사 방식이나 ISOCELL/아이소_셀 등등 새로운 기술 적용이 가지는 장점까지 부정하는 것은 아니지만, 촬영 이미지의 질적 개선에서 모든 새로운 이미지 센서가 대단한 진전을 보이는 것은 아니지 싶다) 몇 세대 이전으로 거슬러 올라가 당시의 이미지 센서와 새로운 이미지 센서를 비교하면 이미지 센서 자체 본연의 성능(포토 다이오드가 광자를 포집해서 전기 신호-전압-로 전환)에서 실제적인 차이가 그리 크지 않다고 생각한다. '사골 센서'라는 오명에도 계속 동일한 이미지 센서를 적용한 카메라의 경우도 한편으론 이미지 센서를 제외한 다른 요소에서의 성능 향상도 분명히 있을 테고 이미지 센서를 새로 설계한다고 대폭적인 성능 향상이 당연히 수반되는 것도 아니라는 측면에서는 어느 정도 이해할 수도 있을 듯하다.
최근의 카메라 성능은 이미지 센서 자체의 성능 개선에 의한 업그레이드 보다는 고화소화/데이터 양 자체의 증가를 전제로 이미지 센서에서 얻은 (픽셀의) 전압 신호를 디지털 데이터화하는 일련의 처리 과정에서의 질적 개선과 그리고 늘어난 데이터 용량을 빠르고 원활한 처리의 하드웨어 장치나 소프트웨어 알고리즘의 발전 그리고 AF와 측광 등에서의 빠른 처리 성능에서의 발전이 더 돋보이는 것이 사실이다. 디지털 카메라가 상용화된 이후 지금까지 등장한 디지털 카메라의 이미지 센서 자체의 원리는 그대로이고 따라서 보통 이미지 센서 차이에서 비롯된 성능의 격차는 사실 다른 요소(이미지 프로세싱에서의 연산/전송/처리 성능)에서 기인한 바가 더 크지 않을까 생각한다.
고화소화는 디지털 이미지 센서를 만드는 미세 공정상의 기술과 관련되었으니 이미지 센서의 성능과 밀접하므로 차치하더라도, 그 외에 이미지 품질과 관련된 노이즈 억제나 계조와 색심도 문제(비트 뎁스), 연속촬영 속도나 영상에서의 프레임 속도의 한계와 관련되는 판독(read out) 속도 등은 이미지 센서의 성능보다는 이미지 정보를 처리하는 프로세서나 메모리, 내부 회로의 효율, AF 성능이나 측광의 정확도 등의 문제 또한 소프트웨어 상의 알고리즘 발전과 연산처리 하드웨어의 성능과 관련되어 있어서 이미지 센서의 자체 성능과 직결되는 문제라고 보기 어렵다. 그간 디지털 카메라의 성능과 이미지 센서에 관련한 개인적인 오해와 잡다한 상념, 그리고 헛소리에 가까울 망상을 덧붙여 이야기해보자.
▶ 디지털 카메라 이미지 센서는 반도체인가?
먼저, CMOS 이미지 센서는 픽셀을 이루는 포토(광) 다이오드로 이루어지므로 이미지 센서는 반도체 장치라 하겠다. 최근 반도체 사업 관련 기사나 리뷰 등에서 메모리 반도체와 시스템 반도체를 구분하여 언급하며 이미지 센서를 시스템 반도체에 포함하는 경우를 종종 보곤 하는데, 이런 분류는 이미지 센서를 잘 못 이해한 것이고 이런 구분에 수긍하기 어렵다. (시스템 반도체는 연산/제어 등을 통한 정보처리 기능의 반도체를 의미하는데, 센서는 시각 데이터를 포착하는 장치에 불과하다. 디지털 이미지 센서 중 CMOS는 반도체 공정 기술 동일한 기술로 생산된다. 그렇다고 '이미지 센서'가 메모리 또는 시스템 반도체라고 어느 한쪽에 구분하기에 그리 적당해 보이지 않는다. 반대로 비메모리 반도체인 동시에 비시스템 반도체라 하겠다)
디지털 카메라의 이미지 센서만을 따로 떼어 생각해서 보면, 이미지 센서는 빛의 속성을 전기적 신호로 바꿔주는 장치 정의할 수 있다. 전기적 영상의 전압 신호를 A/D(아날로그/디지털) 전환을 통해 디지털 이미지 데이터를 생성/저장할 수 있는 디지털카메라의 일부 장치로 결과적으로 디지털 이미지 센서라고 부르는 것 또한 그리 인정하지 못할 것은 아니지만, 이미지 센서 자체로만 보면 빛을 전기적 영상 신호 즉, 빛의 속성을 전압의 형태로 전환하는 장치라고 할 수 있다. 비슷한 예로 오디오 장치에서 마이크가 소리 진동을 전기 신호로 포착하는 부분과 기능적으로 다를 바 없다. (마이크로 입력된 오디오 전기 신호 또한 A/D 변환을 통해 디지털 오디오 데이터가 생성된다, 그리고 앞의 내용과 다른 관점에서 이미지 센서의 작동 범위를 확장해서 A/D 전환과 이미지 신호 처리/전송 과정까지 모두 포함하는 넓은 범위로 이야기할 수도 있겠다. 너무 과도하게 이미지 센서의 작동 범위가 확대되어 그리 공감하지는 않는다)
일반적으로 카메라의 성능을 이야기하거나 비교/평할 때, 이미지 센서의 성능에만 과몰입해서 평하는 경향이 다분한 것 같다. 양질의 이미지 데이터를 얻기 위해서 센서라는 입력단에서의 성능(분해능/해상력이나 잡음비 등등)이 중요한 것은 분명한 사실이지만, 디지털 카메라에 이미지 센서에서 이루어지는 빛의 전기적 영상 신호 전환뿐만 아니라 그 이후의 이미지 신호를 처리하는 과정(ISP) 즉, A/D 변환, 전송, 저장, 가공(압축 등)에서의 성능 또한 중요하다. 포톤 다이오드를 통한 수광된 빛으로부터 전자 포집을 통해 전기 신호를 얻고, 이를 증폭하는 이미지 센서 상의 기술은 십수 년째 동일한 원리이고 거의 변화가 없는 것 같다. (몇 해 전에 나온 이미지 센서와 최신의 이미지 센서에서 화소수를 제하면 아날로그 신호를 포착하는 이미지 센서 자체의 성능 차이는 크지 않으며, 이를 몇해째 답습해서 사골 센서라는 오명으로 불리는 경우도 있다) 따라서 이미지 센서를 설계하고 제조하는 회사에서도 포톤 다이오드나 증폭기가 주를 이루는 이미지 센서 성능 개선에 투자하는 것보다는 촬영 이미지의 품질을 향상하는 그 이외의 방법/방안의 모색이 더 효율적이고 따라서, 최근에 카메라의 설계/출시 흐름 또한 이런 관점에서 이해하는 것이 더 타당하지 않을까. 물론 고해상력을 위한 고화소화는 거슬러기 어려운 대세로 앞으로 지속되리라는 사실에는 의심의 여지가 없다.
▶ 이미지 센서의 고화소화에 대하여
물론, 새로운 설계와 사양의 이미지 센서 제품이 앞으로도 계속 등장할 것이 당연한데, 그 이유는 CMOS 이미지 센서 픽셀 자체의 성능 차이 보다는 반도체 미세 공정 기술의 발전으로 동일한 면적에 더 많은 픽셀을 집적할 수 있는, 즉, 고화소화의 필요에 의한 새로운 수요와 필요가 지속될 것을 예상하기는 어렵지 않다. (반도체 미세 공정기술과 반도체 파운드리 업체-삼성과 대만 TSMC 등-에 대한 정보는 최신 뉴스 검색으로 대신하자. 삼성 전자의 7 나노 공정기술의 적용과 5 나노 공정기술 개발 등의 뉴스를 어렵지 않게 찾을 수 있다. 앞에서 언급했듯이 이미지 센서 또한 반도체 공정으로 만들어지므로 관련이 깊다) 그리고 단순히 높은 분해능/해상력뿐만 아니라 기타 여러 가지 이점을 가지고 있는데 이에 대해서는 이미 여러 번 다루었으니 이는 아래 이전 수다 링크를 참고하자.
이미지 센서의 고화소화 추세 또한 반도체 미세 공정 기술과 밀접히 관련되지 싶다. 최근 삼성의 경우, 업그레이드 된 미세 공정의 본격 적용과 함께, 향상된 고화소의 이미지 센서를 발표한 뉴스 등에서 어렵지 않게 확인 가능하다. 즉, 이미지 센서의 고화소화는 미세 공정 기술의 발전과 궤를 같이하거나, 이미지 센서 크기/규격을 확대하여 고 화소를 실현하는 두 가지 방법이 일반적이지 싶다.
삼성전자, 업계 최초 1억 8백만 화소 모바일 이미지센서 공개
삼성전자가 업계 최초로 ‘1억 화소’의 벽을 깬 1억 8백만 화소의 모바일 이미지센서 ‘아이소셀 브라이트 HMX’를 선보였다. 이 제품은 초소형 0.8㎛(마이크로미터∙100만분의 1m) 크기의 픽셀을 적용한 센서로, 지난 5월 공개한 6천 4백만 제품보다 화소 수가 1.6배 이상 늘어나 모바일 이미지센서로는 업계 최대 화소수를 자랑한다. ‘아이소셀 브라이트 HMX’는 1억 개가 넘는 화소를 구현해 기존에 모바일 기기에서 표현하지 못했던 세세한 부분까지 이미지로 담아내는 초고해상도 촬영이 가능하다. 삼성전자는 ‘1/1.33 인치’ 크기의 센서를 적용해 빛을 받아들이는 면적(수광면적)을 넓혔으며, 4개의 픽셀을 합쳐 하나의 큰 픽셀처럼 활용하는 ‘테트라셀 기술’을 적용해 어두운 환경에서도 밝고 선명한 고화질 사진을 촬영할 수 있게 했다. 또한 빛의 양이 너무 많거나 적은 환경에서도 선명한 사진을 찍을 수 있도록 색 재현성은 높이고 노이즈를 최소화하는 ‘Smart-ISO(스마트 ISO) 기술’이 적용됐다. ‘Smart-ISO(스마트 ISO) 기술’은 바닷가와 같이 햇빛이 강한 환경에서는 Low-ISO 모드로 작동해 색 재현성을 높이고, 빛이 적은 환경에서는 High-ISO 모드로 작동해 노이즈를 개선한다. 이 밖에도 동영상 녹화시 화각 손실 없이 최대 6K(6,016 × 3,384) 해상도로 초당 30프레임의 영상을 담을 수 있어 개인용 동영상 촬영을 넘어 영화와 방송 콘텐츠 등 전문가 수준의 영상 촬영에도 활용할 수 있다.
이미지 센서의 성능과 관련된 기술 중 대표적인 것인 '픽셀 소형화와 고집적' 그리고 이를 통한 분해능/해상력 향상이고 또 다른 하나는 수광량 확보를 위한 기술(이미지 센서 전면의 마이크로 렌즈나 이면 조사형 설계 등)이 대표적이지 싶다. (그 외에도 회로 배선 공간의 효율적 구성을 통한 전송 속도 향상과 전원 관리 효율성, 발열 억제와 이 과정에서의 노이즈 억제 등등이 있고 이 또한 이미지 센서 본연의 성능과 관련이 깊다고 생각한다)
예전 수다에서 고화소화가 따른 장단점에 대해 여러번 언급했던 적이 있었는데, (사용자의 촬영 스타일이나 촬영 이미지를 어떤 용도로 사용할 지의 목적 등에 따라 적절한 화소수에 타협하는 것이 합리적이라는 생각에 변함은 없다) 단지, 이미지 센서의 성능이라는 측면에서 한정해서 보면, 픽셀/화소 수의 차이만큼 분명한 차이를 보이는 것을 찾기 어렵다. 물론, 이런 고화소화에 따른 데이터 폭증을 원활하게 처리할 수 있는 하드웨어 + 소프트웨어의 지원이 된다는 전제가 필요하고 오직, 이미지 센서의 촬영된 이미지의 화질이라는 측면에서 볼 때의 이야기다. 따라서 이미지 센서의 발전은 고화소화의 역사라고 해도 과언이 아니라는 생각이 든다. 물론 BSI나 ISOCELL 등등의 첨단 기술 등의 일정 지분도 무시할 수는 없겠지만...
▶ 디지털 카메라에서 고성능의 평가 기준 - 이미지 센서 규격/판형이 크면 고성능 카메라일까?
다양한 카메라가 제품화되고 있으니 고성능 카메라의 정의는 저마다 또는 상대적으로 어떤 성능을 중요하게 생각하는지에 따라 다를 수 있지 않을까?
필름 카메라에서는 화질 측면에서는 더 큰 필름 규격/포맷을 사용하는 카메라가 화질 측면에서 고성능 카메라라 할 것이고, 화질 이외의 카메라 기능에서는 측광의 정확성이나 다양한 모드, 편리한 오토 기능, 초고속 셔터 스피드의 범위나 여부, 연속 촬영 속도 등의 기계적 퍼포먼스 등으로 고성능을 가늠하였지 싶다.
근래 디지털 카메라에서 고성능 또한 크게 다르지 않은데, 촬영된 이미지의 화질 측면에서는 지원하는 이미지 파일 포맷, 높은 해상력/분해능과 계조와 색심도 표현을 위한 파일 포맷의 비트 심도, 다이내믹 레인지 범위 등이 평가 기준이 될 수 있고, 카메라의 기계적 퍼포먼스에 집중하면, 고화소에 집착보다는 상대적 저화소에서 더 뛰어난 기계적 성능을 구현할 수 있는데, 설정 가능한 셔터 스피드, 표준/확장 ISO 범위, 연속 촬영 성능, AF 및 측광 속도와 정확도(DSLR에서는 별도 전용 센서의 성능, 디지털 미러리스 카메라에서는 이미지 상면의 측거점 등의 수), 버퍼 메모리의 용량, 전송 처리의 이미지 프로세서의 성능 등으로 평가 기준이 상이할 수 있겠다.
고해상력과 높은 비트 심도로 대표되는 이미지 화질 측면에서의 고성능과 촬영 시 빠르고 쾌적한 카메라의 기계적 퍼포먼스는 두마리의 토끼를 쫒는 것과 같아서 한 번에 모두에서 최상의 성능을 발휘하는 카메라를 만드는 것은 쉽지 않고, 따라서 양자 중 한쪽의 성능을 최우선으로 하는 방식(고화소에 특화된 제품이나 촬영 퍼포먼스와 작동 안정성에 중점을 둔 프레스 카메라 등)으로 제품화되고 있는 것 같다. 양자의 특성과 사용자의 용도에 적합한 카메라를 선택하면 될 것이고, 어느 쪽이 더 고성능이라는 비교는 큰 의미가 없지 않을까? (이런 개인적 주장의 이면엔 중형 카메라 등에서 카메라의 촬영 시 상대적인 기계적 퍼포먼스가 떨어짐에도 고화질이라는 측면만 강조하여 고성능 카메라라고 정의하는 일방적인 주장에 일어난 삐딱한 감정의 영향도 있다)
고해상력의 이미지 센서는 생성되는 이미지 데이터 자체가 클 수밖에 없고, 따라서 판독 속도 및 데이터의 처리/전송/저장에서 상대적으로 불리하다. (상대적으로 더 큰 판형의 이미지 센서를 가진 카메라가 막연히-묻지도 따지지도 않고- 더 고성능이라고 말하는 것에 동의할 수 없다. 큰 판형의 카메라가 상대적으로 해상력/분해능의 우위와 높은 비트 심도-16bit 심도-의 Raw로 이미지 화질에서 더 높은 성능을 보여 주지만, 이런 고화질 추구의 반대급부로 인해 카메라의 기계적 퍼포먼스는 상대적으로 떨어져서 모든 부분에서 고성능이라고 말하기는 어렵다) 그리고 디지털 미러리스 카메라에서는 별도의 AF나 측광 센서를 두지 않고, 이미지 센서 상면에 AF와 측광을 위한 측거점 방식의 카메라에서 기계적 퍼포먼스를 고성능으로 실현하기 위해서 이미지 센서 상의 픽셀의 일부분을 AF 측거를 위한 센서 등으로 대체하여야 하고 이로 인해 픽셀 일부분의 정보가 누락될 수밖에 없으므로 화질의 측면에서는 부정적인 요소가 될 수밖에 없겠다. 즉, 쾌적한 퍼포먼스를 위한 이미지 센서 상면의 많은 측거점은 이를 보간하는 별도의 이미지 처리 과정이 추가되어야 한다. 얻는 것이 있으면 잃는 것이 있는, 등가의 교환까지는 아니라고 해도 한쪽을 얻기 위해서는 한쪽에서 일부 대가를 치러야 하는 것이 어쩌면 당연한지도 모르겠다.
따라서 대충 결론을 내리자면 디지털 카메라의 '고성능'이라는 의미는 꽤 상대적이고 카메라의 콘셉트, 촬영 용도, 사용자의 취향 등에 따라 다르게 평가할 수 있는 요소가 아닐까. 최근 카메라의 특화된 부분을 무시하고 단순히 가격 중심으로 순위를 구분하거나 급 나누기를 하기에는 다양한 판형과 기능 그리고 제품이 타겟으로 설정한 것에 특화된 기능과 성능에 맞춰 제품화된 카메라로 다분화 되었고, 저마다의 취향과 선호에 따라 알맞는 카메라를 선택하는 것이 가능하다. 그리고 최신의 갓 출시된 카메라가 아닌 몇 세대 이전의 카메라라고 하여도 기능상 또는 결과물의 품질에서 이미지 센서 자체의 성능 차이에서 비롯된다고 생각하진 않는다. 그보다는 이미지 처리 과정의 기술적 혁신과 소프트웨어적인 알고리즘, 그리고 향상된 편의 자동 기능의 작동 성능이 더 지대하게 작용하지 않나 생각한다. 모든 비교는 상대적인 가치에 불과한 것일테고, 때때로 절대적인 가치 분류인양 고성능, 최고급이라는 급나누기와 얄팍한 상술에서 자유로울 수 있기를 바란다. 그리고 스스로에게도 눈앞의 욕망이나 근거없는 소문에 휩쓸리지 않기를 다짐하며 쓸데없는 수다를 마무리하자.
