Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
사실, 이전 여러 주제의 수다에서 잠깐씩 다루었던 주제라서 중복의 느낌이 있다. 하지만, 비네팅과 보케의 표현도 렌즈의 주요한 성능 중 하나로 최근 관심이 늘어나서 렌즈의 성능 리뷰 등에서도 자주 언급되고 이에 관련한 자료도 심심찮게 보게 된다. 하지만, 발생의 원인에 대해서 언급하지 않거나 두루뭉술하게 설명하는 경우가 많아서 이번 기회에 따로 정리하고 싶었다.
▶ 비네팅의 왜 생길까.
주변부 광량 저하는 흔히 비네팅(Vignetting)으로 불리는데, 비네팅의 발생 원인은 꽤 다양하다. 광학계 앞이나 후면의 일부를 가로막는 물리적 차단물로 인해 입사광이 일부 차단되어 발생하는 비네팅(흔히 기계적 비네팅)과 광학 설계/구조상의 문제로 발생하는 광학 비네팅(optical vignetting) 그리고 작은 광각 광학계의 카메라(콤팩트 카메라 또는 토이 카메라)에서 발생하는 비네팅, 그리고 디지털 카메라의 이미지 센서에 입사하는 빛의 입사각에 따라 픽셀의 포톤 다이오드가 다르게 반응하여 나타나는 비네팅 등이 있다.
기계적 비네팅은 규격이 서로 상이해서 호환되지 않는 후드나 필터 또는 확장형 튜브, 포컬 리듀서의 사용에서 종종 경험할 수 있는데, 해당 장착 악세사리를 제거하면 간단히 해결된다. (광학 비네팅은 아래에서 따로 자세히 다루자) 토이 카메라나 일회용 카메라 등 비교적 간단한 광학계로 이루어진 경우 발생하는 비네팅은 (추측하건데) 작은 광학계를 통과한 광선이 광축과 직각인 평면의 촬상면에 결상할 때 중앙과 주변부의 최단 거리에 차이가 있고 거리의 차이만큼 광량이 감소하여 발생하지 싶다.(광량은 거리의 제곱에 반비례) 대표적인 예로 핀홀 카메라의 이미지에서 발생하는 비네팅 효과 또한 동일한 원인이 아닐까 생각한다.
마지막으로 디지털 이미지 센서의 픽셀에 입사하는 빛의 각도에 따라 발생하는 비네팅(주변부 광량 감소)은 광학계/렌즈의 사출부(후옥?)가 촬상면에 매우 근접하는 광학 구조의 렌즈(비오곤이나 홀로곤 등)와 대칭형 광학식의 (초) 광각 렌즈에서 쉽게 체감된다. (동일한 초광각 렌즈라 해도 레트로 포커스 광학식이 적용된 경우에는 촬상면 주변부에 입사하는 광선이 비교적 수직에 가까워서 광학 비네팅의 정도가 심하지 않다) 즉, 이미지 픽셀에 수직으로 입사하는 중앙부에 비해 주변부는 비스듬한 사광으로 입사하여 픽셀을 구분하는 구조물/격벽 등에 차단되어 발생한다. 그리고 앞서 언급한 광축과 수직의 평면을 이루는 촬상면의 영향 또한 어느 정도 작용해서 복합적인 원인의 비네팅 양상이 아닐까!
▶ 광학 비네팅과 보케 잘림의 발생 원인
렌즈를 통과한 상의 이미지 서클이 촬상면 보다 작으면 주변부에 비네팅이 발생한다. 대표적인 예로 APS-C나 MFT 규격의 렌즈를 35mm 풀프레임 카메라에 장착한 경우 등이다. 렌즈의 이미지 서클 크기는 모두 획일적이지는 않아서 포커싱의 위치나 줌 조작 등에 의해서 비네팅이 경감되거나 심화되기도 한다. 이는 렌즈나 카메라에서 설계 단계에서 고려된 규격 이외의 사용에 의한 결과로 규격에 맞게 사용하면 해결된다.
규격에 맞는 렌즈와 카메라를 장착했음을 전제하더라도, 대부분의 렌즈에서 중앙부보다 주변부가 상대적으로 어두운 비네팅을 경험하게 된다. 조리개 값에 따라서 그 정도도 차이를 보이는데 최대 개방에 가까울수록 비네팅의 정도는 쉽게 눈에 띈다. 그리고 초점거리가 짧은 광각 렌즈에서 더 정도가 심하다.
광학 비네팅의 발생 원인 또한 조금 복합적일 수 있지만, 가장 주된 원인은 가장자리를 통과하는 상의 광선은 렌즈 전면/입사부의 외부 원형 테두리 구조물에 일부가 차단되어 잘리는 것이라 생각한다. 조리개를 조여서 심도를 깊게 하면 광학계/렌즈의 광축을 기준으로 가까운 부분(근축)만을 통과한 빛이 촬상소자(이미지 센서나 필름)에 맺히게 되므로 입사부의 원형 테두리 구조물에 차단되는 것이 없거나 현저히 감소하므로 주변부의 광량 감소/비네팅 효과는 사라지거나 줄어든다. 그리고 중앙부에서는 원형 보케 형태를 이루다 주변부로 갈수록 원형에서 점차 타원/레몬/켓츠아이 형태의 보케 모양이 나타나는 원인 또한 가장자리에서 착란원의 크기 증가로 커진 보케 일부의 상이 전면 구성요소를 고정하는 격벽/원형 테두리에 잘린 것이 빛망울 보케 등에서 시각적으로 드러난 것이며. 따라서 조리개를 조일 수록 착란원의 크기가 줄어들고 보케 크기가 줄어든 만큼 주변부 보케 잘림 또한 줄어든다.
이는 간단한 실험으로 바로 확인할 수 있는데, 렌즈의 입사부의 일부를 가리면 보케의 일부 모양이 변화는 것을 확인할 수 있다. (카메라의 촬상소자에 상은 도립상으로 맺히므로 가린 렌즈 전면의 대각선의 보케 모양이 영향을 받는다. 샘플 이미지를 첨부할까 잠시 망설였지만, 카메라만 있으면 간단히 직접 확인할 수 있는 부분이라 잉여스러운 수고스러움은 생략했다)
이 외에도 비점수차나 코마수차의 영향으로 중심부에서 주변부로 갈수록 보케의 형태가 달라질 수 있는데, 이에 대해서는 참고 이미지 정도로 대신하자.
전자 선막 셔터 모드에서 고속 셔터 사용 시의 보케 잘림은 앞에서의 타원/레몬 보케와 발현 형태도 다르고 발생 원인 또한 다르다. 이에 대해서는 이전 링크를 참고하자. 그리고 보케 일부면이 잘려서 타원이나 레몬 또는 고양이 눈 형태로 표현되는 것과 구면수차(특히 비점 수차나 코마수차)에 의해 보케 모양이 변형되는 것 또한 구분할 필요가 있다. 수차에 의한 변형 또한 이미지 가장자리로 갈수록 증대하므로 중앙부에서 원형을 이루다가 주변부에서 더 변형이 심해지는 점은 보케 잘림과 유사한 점이 있다. 그리고 올드 렌즈들의 특징 중 하나로 꼽히는 '회오리 보케' 등은 타원/레몬/고양이 눈 보케 현상과 비점 수차나 코마수차가 결합하여 주변부로 갈수록 회오리치는 듯한 보케 형태를 보이기도 한다. 최근 컴퓨터 설계 기반으로 제조된 현대식 렌즈의 경우 (자이델 5 수차의 감쇄가 뛰어나고 특히, 비점 수차와 코마수차가 비교적 잘 억제되므로 타원/레몬 보케 형태를 보이는 경우에도 회오리 보케 효과까지 보이는 경우는 거의 없지 싶다)
자세한 설명은 이전 수다 내용을 셀프 인용하자.
... 중심부에서 주변부로 갈수록 비네팅 영향으로 가려지는 원형의 보케 영역이 더 많아져서 홀쭉한 타원형으로 만들어지며, 이런 시각적인 효과가 일종의 착시처럼 작용하여 회전하는 형태로 보이는 데, 이를 일명 회오리 보케(Swirly bokeh) 등으로 부른다. (중심부에서는 원형의 보케에서 주변부로 갈수록 타원형으로 변화하므로 회전하는 듯 시각적인 착각/착시를 일으킨다) 렌즈의 잔존 수차(코마, 비점 수차)까지 더해지면 소용돌이치는 것과 같은 효과로 심화된 것이다. 이런 회오리 보케를 방지하기 위해서는 입사 개구를 보다 크게 설계하여 보케가 주변부로 갈수록 비네팅으로 찌그러지는 것을 막고 수차 보정으로 비점 수차나 코마수차를 보정하여 해결할 수 있다. 정리하면, 소용돌이치는 형상의 회오리 보케는 수차와는 관련 없는 비네팅에 의한 고양이 눈 효과와 수차에 의한 비점, 코마수차 문제 등이 결합되어 나타난다.
전자 선막 셔터의 고속 셔터 스피드에서의 문제 / Electronic front curtain shutter at fast shutter speeds
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 디지털카메라의 이미지 센서와 셔터에 대해서 다루면서..
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▶ 광학 비네팅과 보케 잘림의 해결 방법과 최신 렌즈의 대응
광학 비네팅은 광학 렌즈의 설계/구조 상의 문제에서 기인하므로 렌즈의 구조를 바꿀 수 없는 사진가 입장에서 대응할 수 있는 방법은 미봉책 정도에 그치는데, 조리개를 일정 이상 조여서 촬영하거나, 광학 비네팅의 경우 카메라에서 지원하는 내장 자동 보정 옵션 또는 후반 작업 과정에서 후보정 전용 소프트웨어를 통해 해결 방법 외에 뾰족한 방법이 없지 싶다. 특히, 보케 잘림의 경우에는 원형 보케를 프레임 전체에서 유지하려면 중앙 위주로 이미지 일부만 크롭 하여 사용하는 외에 별 다른 방법이 없다.
디지털 이미지 프로세스 단계에서 조리개 값 설정에 따라 감소하는 주변 광량을 보정하는 방식으로 광학 비네팅 문제를 해결하고 있다. 따라서 조리개 값에 연동하기 위하여 렌즈와 카메라 간에 설정 데이터를 상호 주고받을 수 있어야 하고 각각의 렌즈에 대한 관련 데이터가 필요하므로 주로 카메라 메이커의 네이티브 렌즈에서 해당 보정 기능이 활성화되지 싶다. 그리고 이 정보를 후보정 전용 소프트웨어 프로그램 등을 통해 보정되기도 한다.
광학 비네팅과 주변부 보케 모양의 변형을 방지하려면 광학계/렌즈 설계 단계에서부터 고려된 제품을 선택할 수밖에 없다. 광학 설계 단계에서의 고려는 비교적 단순 명확하다.
조리개 개방 상태에서의 주변부 광량 감소/비네팅이나 주변부 보케 모양의 일부 잘림/변형을 방지하려면 이를 고려하여 입사부의 광학 설계를 충분히 크게 만들거나 결상되는 이미지 서클 크기 자체를 더 크게 형성하도록 광학 설계 단계에서 이런 수치적 여유를 반영하면 해결되지 싶다. 최대 개방 조리개의 F/값은 노출과 관련하여 조리개 개구(입사동의 크기)와 관련되고 이를 기준으로 설계된 광학계는 (노출에서는 정상적으로 작동하겠지만,) 비네팅 억제나 주변부 보케의 모양이 일부 잘리는 것까지 모두 고려된 것은 아니다. 따라서 비네팅을 최대한 억제하고 주변부까지 완전한 형태의 보케를 유지하기 위해서는 입사부의 광학요소를 더 크게 만들수록 해결에 도움이 된다. 하지만, 구성요소의 크기를 늘리는 것은 비용이 증가하고 광학계 자체의 무게 또한 늘어나는 단점도 가진다.
최근에는 밝은 렌즈를 선호하고 보케 또한 렌즈의 특징이나 성능의 하나로 보는 경향이 있어서 광학계(렌즈) 대물부 구성요소의 지름/직경이 이전에 비해 상대적으로 더 크게 제조되는 일명 '프리미엄 렌즈'나 보케 표현력의 향상 등을 내세우는 렌즈에 그리 어렵지 않게 볼 수 있다.
