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Stories about photography and cameras/Camera structure and how it works

<카메라와 렌즈의 구조 54> 원근 제어 렌즈와 틸트-쉬프트 렌즈 그리고 디지털 카메라에서의 효용 / PC(Perspective Control) lens & Tilt-shift lens

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

 

 

 

PC(Perspective Control) 렌즈와 틸트/쉬프트(Tilt & shift) 렌즈는 원근에 따른 왜곡의 제어(Shifting)가 가능한 렌즈와 이에 덧붙여 틸팅(Tilting, 영상이나 촬영에서 카메라를 상하 회전 촬영하는 '틸팅'과는 구별할 필요가 있다)으로 초점이 맞는 영역의 범위(엄밀하게는 '초점이 맞는 범위-파사계 심도/Depth Of Field- 축의 기울기')을 광학적으로 제어할 수 있도록 하는 렌즈이며, 주로 건축물 등의 정물 사진 등을 위해 고안/설계된 특수 렌즈이다. 광학적 원리는 아래에서 자세히 다루자. 대형 뷰카메라의 무브먼트에서 얻어지는 각각의 효과를 소형 35mm 필름 카메라에서도 구현할 수 있도록 렌즈의 하단에 정밀하게 조절 가능한 구조 또는 전용의 기능 어댑터를 이용하는 방법 등이 있다.

 

원근 제어와 틸트 시프트 렌즈의 광학 원리나 구조 등에 대해서 매우 흥미로운 부분이 있지만, 간략히 소개하는 정도로 다룰 생각인데, (마무리 부분에서 자세히 다루겠지만,) 그 이유를 잠시 언급하자면 필름 카메라와 달리 디지털 카메라에서는 그 효용에서 유의미한 차이가 있기 때문이다. 그리고, 앞으로의 디지털 이미징 그리고 후반 작업 등의 기술 발전 등을 감안하면, 그리 중요하게 다룰 실질적인 이익이 크지 않다고 생각한다.

 

 

▶ PC & 틸트 & 쉬프트 렌즈의 원리

 

일반적인 렌즈가 광축과 평행하게 구성 요소 군이 전후로 이동하며 초점 조절(focusing)만 가능한 구조로 이루어져 초점 조절에도 촬상면과 광축은 직각을 유지하며 전후의 이동만 가능한 반면, PC(원근 제어) 렌즈 (쉬프트 렌즈)는 광축을 중심으로 좌우(또는 90도 회전하여 상하) 방향으로 촬상면을 평행 이동하여 촬영하는 물체들의 원근(촬영거리의 차이)에 따른 왜곡 표현을 제어할 수 있다.

 

틸팅-Tilting (또는 회전하여 Swing)은 직각을 이루는 광축과 촬상면에서 기울임을 통해 초점이 맞는 범위(피사계 심도)를 실제 사물이 놓여 있는 공간의 배치 구도에 따라 조절하는 방식을 통해, 촬상면 일부에 초점이 맞는 영역을 좁게 표현되도록 하거나 반대로 넓은 면에 초점이 맞도록 제어할 수 있다. 이는 단순히 조리계를 조여서 광축과 수직이 되는 면에서 앞/뒤 영역에서 피사계 심도의 정도/깊이를 조절하는 것과 달리, 설정한 기울기 방향으로 초점이 맞는 영역(초점면)이 표현/묘사되도록 제어 가능하다.

 

출처 - 구글링

원근 제어 렌즈나 틸트 & 쉬프트 효과는 대형 뷰카메라에서는 주요 기능으로 다루어지고 이를 활용한 촬영기법이 잘 정리되어 있어서 이를 통해 이해하는 것이 더 효과적이라 생각한다. (뷰카메라의 무브먼트, 그리고 PC 또는 틸트 쉬프트와 관련한 자세한 설명은 웹에 좋은 자료가 많고, 더 잘 설명할 지식이 없다. 따라서 기본적인 이동은 뷰카메라의 방식을 참고할 수 있는 이미지와 효과를 시각적으로 간명하게 설명하는 이미지로 대신하자. 상세한 내용은 각자의 검색/구글링을 추천한다)

 

Tilting

 

Shifting

이해를 돕기 위해 사족을 덧붙이면, 흔히, 광축과 광학계의 이동으로 틸트/쉬프트 원리를 설명하는 경우가 일반적이지만, 이를 조금 다른 관점에서 보면 광학계의 광축은 고정되어 있고 촬상면의 좌우/상하 이동 또는 광축과 직각으로 교차하는 상면의 기울기를 조정해서 얻어지는 제어 효과라고 할 수 있겠다. 광학상의 상면과 실제 상이 맺히는 촬상면의 변화된 조화로 만들어진 다양한 광학적 표현이고 이를 기하학 방식으로 이해하는 것도 좋겠다. (따라서 대형 뷰 카메라에서는 촬상면의 변화로 설명하고 있고, 소형 카메라에서는 렌즈 축의 변화로 설명하고 있는 차이는 있지만, 그 원리와 효과는 다르지 않다. 수포자로서 이를 잘 설명할 정도가 아니라서 이 정도로만 다루자)

 

뷰카메라의 무브먼트
출처 - https://photo.stackexchange.com/questions/95501/principles-of-correcting-perspective-in-software?noredirect=1&lq=1

 

▶ 디지털 이미징에서 원근 제어 렌즈와 틸트 & 쉬프트 렌즈 효과

 

필름 카메라에서 특수 기능의 렌즈로 효용이 컸고 높고 큰 건축물 등의 촬영에서 촬영 위치와 대형 피사체의 각 부분의 촬영 거리 차이로 인해 나타나는 (원근) 왜곡을 보정하는 목적으로 자주 활용되던 원근 제어(PC) 렌즈와 이에 덧붙여 틸팅 기능까지 추가된 틸트 & 쉬프트 렌즈는 광학적 보정 효과라는 측면에서는 꽤 재미있고, 정밀한 광학 기기라고 생각되지만, 디지털 카메라에서는 조금 다른 방식으로 이런 효과를 얻을 수 있게 되어서 그 입지가 이전만 못하고, 이를 활용하기 위한 기회비용 등을 감안하면 어중간한 '꿔다 놓은 보릿자루' 같은 신세가 되었지 싶다.

 

먼저 '원근 제어'와 관련해서 디지털 이미지 후반 작업에서 이를 효과적으로 조절할 수 있는 다양한 후반 보정 프로그램이 등장하였다. 디지털 이미징의 가장 큰 특징이라고 할 수 있는 '가공의 편의성'은 별도의 특수 목적의 렌즈를 통해서만 실현 가능한 광학식의 원근 제어 렌즈의 효용과 가치를 격감시켰지 싶다. 물론, 장점이 완전히 사라진 것은 아니고, 디지털 후보정의 원근 제어 효과 적용으로 인해 화면 일부의 시야가 잘려나가거나, 과도한 보정으로 인해 이미지의 화질에 문제 등이 생기는 디지털 해법의 단점이 있지만, 촬영 시에 이를 감안하여 더 넓은 시야 범위(FOV)로 촬영하거나 고해상력과 고 계조의 디지털 이미지로 촬영하면 이런 단점의 상당 부분 또한 해결될 문제이기도 하다.

틸트 & 쉬프트 렌즈의 경우, 틸팅을 통해 초점이 맞는 면을 확장하거나 줄이는(흔히, 미니어쳐 효과) 효과로 사용되는데, 미니어처 효과 또한 디지털 후보정 과정에서 일정 범위를 선택하여 블러의 정도 등을 설정하여 손쉽게 구현할 수 있고, 초점이 맞는 면의 확장 등은 '초점 시프트 촬영' 등을 활용하거나, 각각의 거리별로 포커스 위치가 다르게 순차적 촬영한 여러 장의 이미지를 합성하여 모든 영역에서 선명하게 초점이 맞는 사진을 만드는 것으로 어렵지 않게 광학식의 틸팅 효과와 유사한 결과물을 표현할 수 있다. 

 

디지털 후반작업으로 만들어진 시프트 효과, 출처 - 구글링

따라서, (원근 제어 또는 틸트 & 쉬프트 렌즈의 광학적 원리나 효과는 매우 흥미롭지만,) 실제 사용의 편리나 효용 측면에서 적절한 장비를 챙기는 것에 소모되는 비용이나 노력에 견주어 보면, 디지털 이미지의 후반 작업에서 이를 구현하는 것이 여러모로 편리하고 실제 효과에서도 큰 차이를 찾기 어렵다. 그런 까닭에 광학 장치인 렌즈로서 원근 제어와 틸트 시프트 렌즈의 효과를 얻을 수 있던 (필름 카메라에는 대체 가능한 방법이 거의 없었던) 효용이 점차 낮아지고 있는 장치가 아닐까 생각한다.

 

(이런 효용이 줄어든 처지 등을 감안하면) 원근 제어 렌즈가 정상적으로 작동하기 위하여 실제 촬상면(필름이나 이미지 센서) 보다 더 큰 '이미지 서클'을 가지고 있어야 하고 각각의 구조상의 문제, 원근 제어(시프팅) 렌즈가 광각 렌즈에서 원근감 증폭에 의해 (상대적으로 긴 초점거리 렌즈에 비해) 더 효과적 활용이 가능하고, 반대로 틸팅 효과에서는 얕은 심도 등의 이유로 긴 초점거리 렌즈일 수록 가지는 효과상의 이점 등, 세부적이고 지엽적인 부분까지 다룰 필요까지 있나 싶어서 생략했다. 물론, 광학식의 원근 제어나 틸팅 효과와 디지털 후보정의 두 작업을 병행하면 더 원활하고 뛰어난 결과물을 기대할 수도 있겠다.

 

사실, 꽤 비용을 치르고 장만한 틸트 & 쉬프트 렌즈와 중형 렌즈를 활용하여 35mm 소형 판형 카메라에 이를 실현할 수 있는 어댑터 등을 가지고 있지만, 호기심 해결에만 도움이 되었을 뿐, (건축이나 정물 사진을 그리 많이 찍지 않고, 게으른 탓이 크지만) 실제 활용도는 꽤 낮아서 그 흔한 장비 소개 주제로도 다루지 않았다. (어지간한 최신 렌즈 하나 값을 지불하고 해외 직구로 구매한 중형 렌즈용 틸트/시프트 어댑터지만, 그냥 35mm FF 디지털 카메라에 중형 렌즈를 장착하기 위한 일반 튜브 어댑터 정도로만 아주 가끔 활용되고, 크고 무거워서 자리만 차지하고 있다)

 

PC 렌즈 또는 틸트/시프트 렌즈는 스틸 이미지에서 효용과 달리 영상 등에서는 합성과 후반 보정에서의 비용적 측면에서 부담 등으로 광학적 원근 제어나 틸팅 효과 등에서 의외의 효용을 찾을 수도 있겠지만, 이런 광학상의 효과를 유사하게 구현하는 디지털 이미징의 해법이 분명히 존재하고, 실제 영화 촬영 상황에서는 카메라의 실제 위치를 조절할 수 있는 '지미집'이나 '크레인' 장비를 활용하는 것이 더 일반적이고, 일반 상업 영상 또는 아마추어 영상의 경우에는 드론 등을 통해 (원근 제어 렌즈나 틸팅&시프팅의 광학상의 원근 제어 방식보다) 실질적인 카메라의 위치/높낮이 제어를 통해 해결하는 것이 더 효과적이지 않을까 생각한다.


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