이미지 센서

이미지 센서
디지털 카메라의 핵심 부품인 '이미징 센서'는 빛을 받아들여 디지털 신호로 변환하는 광다이오드입니다.

다이오드
다이오드는 저항이 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 전류가 흐르게 하는 장치.
LED 전등에 들어가는 것도 광다이오드(p-n다이오드)이며 이건 반대로 전압 차이에 인한 에너지를 열에너지로 방출(전기 에너지를 빛 에너지로)하는 장치입니다.

이미지 센서의 종류로는 CCD 센서와 CMOS 센서가 있습니다.

CCD와 CMOS

이미징센서의 종류는 다양한데 제조방식에에 따라 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)가 있습니다.

CCD는 작은 크기의 반도체 소자를 집적시킨 형태로, 반도체 소자들은 빛에너지를 받아들여 전기 입자로 변환해 기억하는 성질을 지니고 있습니다. 최초의 디지털 카메라에 쓰인 이미지 센서이면서 필름을 대체하는 수단으로 대체하게 된 시발점입니다. 따라서 초창기에 디지털 카메라에서 널리 사용되었던 이미지 센서이며 노이즈가 적고 안정된 신호를 전송 할 수 있기 때문에, 디지털 카메라 등에 널리 사용되었습니다.

반면 초창기의 CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비해 화질이 떨어져 고화질의 사진을 촬영하기엔 무리가 있었습니다. 그러나 반도체 제조 기술이 발달하면서 CMOS 이미지 센서도 고화질의 사진을 촬영할 수 있게 되었습니다. 제조 단가를 줄일 수 있었고, 전력 소모나 발열 등이 적기 때문에 대형 센서를 채용해야 하는 DSLR 카메라, 미러리스 카메라를 제조하기에 유리하여 대세가 되었습니다. 특히 과거 CMOS 이미지 센서의 약점이었던 노이즈 등을 조절할 수 있는 기술이 발전하면서 카메라 제조 업체들은 대부분 CMOS 이미지 센서를 이용한 디지털 카메라를 제조하고 있습니다.

따라서 현재 대중적으로 널리 판매되고 있는 디지털 카메라의 경우 제조 단가, 발열, 저전력 소모 등 다양한 장점을 가지고 있는 CMOS 이미지 센서가 널리 사용되고 있기 때문에 현재 이미징 센서 시장의 대세입니다.

 

센서포맷

 

지금은 발전된 반도체 제조 기술을 바탕으로 이미징 센서를 저렴한 가격에 대량 생산할 수 있었지만 1990년대 후반만 하더라도 일부 업체만 이미징 센서 제조 기술을 가지고 있었고, 풀프레임 센서(36mm * 24mm)를 제조하는 것은 매우 어려운 일이었습니다. 그래서 초기의 센서는 카메라의 제조 단가를 현실화하기 위해서 어쩔 수 없이 많은 카메라들이 35mm 필름보다 작은 크기의 센서를 탑재한 채로 출시되었고, 지금도 저렴한 가격의 입문자용 카메라들은 크롭센서(표준 35mm 크기보다 작은 센서)가 탑재되어 있습니다.

 

풀프레임 센서가 35mm로 불리는 이유는 다음 사진과 같습니다.

이미징 센서를 사용하지 않던 과거에는 필름을 사용했는데, 필름 위, 아래로 이송구멍까지 길이를 포함했을 때, 세로 길이가 35mm이기 때문에 35mm가 풀프레임으로 불립니다.

크롭 센서는 풀프레임 렌즈로 촬영했을 경우 가장자리가 잘리기 때문에 크롭 센서라고 부릅니다. 따라서 크롭 센서를 사용하는 크롭 카메라들을 살펴보면 1.5, 1.6 등 크롭 팩터가 적혀 있습니다. 이 크롭 팩터의 수치만큼 초점거리가 곱해집니다.

예를 들어, 1.5배율의 크롭 센서 카메라에서 50mm 렌즈를 사용하는 경우 초점 거리는 풀프레임 카메라로 75mm 렌즈를 사용했을 때와 동일합니다. 크롭 카메라로 100mm 렌즈를 사용해 촬영했다면 풀프레임 카메라로 150mm 렌즈를 사용해 촬영했을 때와 같습니다.

그럼 두 개의 차이는 그냥 센서 크기의 비율만큼 초점거리가 배가 되는 거 아닌가? 센서의 크기는 무슨 차이가 있길래, 왜 이런 이야기를 하는 걸까요?

일반적으로 화질은 이미지 센서의 크기에 비례하며 센서 크기가 클수록 더 많은 빛을 받아들일 수 있어 촬영된 사진의 심도와 계조 표현이 풍부해지고 화소 간의 간섭이 줄어 노이즈도 감소하게 됩니다. 때문에 1인치 타입 센서보다 약 3배 큰 APS-C타입 센서는 그만큼 좋은 화질을 보입니다. 디지털 카메라가 필름 카메라를 밀어낸 것도 바로 이 이미지 센서 기술이 뒷받침됐기 때문입니다.

또한 풀프레임 카메라는 동적범위(다이나믹 레인지)가 풍부합니다. 최신 풀 프레임 센서는 가장 높은 동적 범위를 제공하므로 대비가 높은 이미지를 촬영할 수 있습니다. 또한 이미지의 노출이 부족하거나 과도하게 노출된 경우 풀 프레임 파일(특히, RAW로 촬영하는 경우)을 사용하면 지나치게 밝은 영역 또는 어두운 영역을 복구할 수 있습니다.