Depth of Field
피사계 심도라고 불리는 depth of field(DOF)는 한 사진의 초점이 맞은것으로 인식이 되는 범위를 말한다. 렌즈의 초점같은 경우에 단 하나의 면에 정해지게 되어 있지만, 실제로 사진에서는 초점이 된 면을 중심으로 서서히 흐려지는 현상이 나타난다. 이때 충분하게 초점이 맞은 것으로 인식이 되는 범위가 존재하는데, 이를 depth of field라고 한다. 즉, 사진에서 초점이 맞아서 선명하다고 생각할 수 있는 영역을 말한다. 여기서 주의할 점은 depth of field는 카메라가 아닌 사진이 찍히는 물체 쪽에서의 범위이다.
위의 사진에서 shallow depth of field는 우리가 초점이 맞은것으로 인식이 되는 부분이 사진의 일부분이 되고, 나머지는 blurry하게 나타난 것을 이야기 한다. 이 범위가 점점 확장이 되어 large depth of field가 되면 사진 속 나머지 부분들도 초점이 맞은 것처럼 인식이 되어, 모든 물체가 focus 된다. 뒤에서 이야기 하겠지만, shallow depth of field같은 경우에는 out focus로 사진을 찍은 경우에 나타나는데, 이는 aperture를 활짝 열고 하나의 대상에 초점을 맞춰서 촬영하여 배경을 흐릿하게 하면 된다.
Aperture Controls Depth of Field
그러면 이제 aperture를 어떻게 조절하는지에 따라서 depth of field가 바뀌는지 알아보려고 한다. 카메라에 존재하는 aperture는 빛의 양을 조절할 수 있는데, 그렇기 때문에 aperture의 크기를 바꾸는 것에 따라서 depth of field가 달라지게 된다. Aperture는 렌즈 안에 장착이 되어 있고, 통과하는 빛의 양을 조절하게 되는데 이는 사람의 눈에서 동공과 같은 역할을 한다. 가령 어두운 곳에 나가면 동공이 커지게 되고, 눈부신 곳에 나가면 동공이 작아지는 것과 같은 원리이다.
Aperture의 구멍이 커지면 통과하는 빛의 양이 많아지고, 반대로 구멍이 작아지면 통과하는 빛의 양은 적어질 것이다. Aperture의 구멍이 작아지면 작아질수록 뒤의 배경이 점점 뚜렷해져 전체적으로 focus가 될 것이다.
그래서 우선 aperture의 구멍을 크게 했을 경우에 대해서 생각해 볼 것이다. 카메라를 이용해서 어떠한 물체를 찍는다고 했을 때, 빛은 물체에서 반사되어 aperture을 지나 lens에 투과되어 image plane에 투영될 것이다. 이때, 하나의 점으로 모이게 되어 circle of confusion을 만들게 되는데, 적당한 거리의 물체에 대해서 하나의 점으로 잘 모였다고 생각하고, 이제 물체를 조금 멀리하거나 반대로 가까이 위치할 것이다. 물체를 기존의 위치보다 더 멀리했을 경우에 circle of confusion이 하나의 점이 아니라 커지는 것을 볼 수 있다. 또 반대로 물체를 더 가까이 했을 경우에도 circle of confusion이 기존보다 커지게 된다.
그러면 aperture의 구멍을 작게 했을 때는 어떠한 변화가 생기는지 알아보려고 한다. 구멍이 작아지면 작아질수록 같은 거리에 대해서 circle of confusion의 사이즈가 더 작아지는 것을 볼 수 있다. 결국 circle of confusion의 크기는 aperture의 크기에 비례하는 것을 볼 수 있고, aperture의 크기가 작아지면 작아질수록 depth of field는 더욱 깊어지게 된다.
그렇다면 aperture의 크기가 작아짐에 따라 circle of field가 작아져서 depth of field가 깊어지는 것이 어떠한 의미를 가지는 것일까? Circle of fusion의 크기는 초점에서 벗어나면 벗어날수록 크기가 점점 커지게 된다. Image plane에서 이렇게 원을 형성하는 피사체의 각 부분들이 결국에는 흐리게 보여서 초점이 맞지 않은 것으로 보이게 되는데, 이러면 원의 크기가 어느정도 커지기까지는 육안으로 구별이 불가능하며 초점이 맞아 있는 것처럼 보일 수 있다.
사진은 어떻게 보여주느냐에 따라서 전달하고 싶은 의도가 다르다. Aperture를 개방하여 shallow depth of field가 만들어진 사진을 찍게되면, 이는 우리가 원하는 특정 부분에 초점을 맞춰서 찍고 싶은 것이고, 반대로 aperture를 조여서 large depth of field가 만들어진 사진을 찍게되면, 이는 전체적으로 focus가 형성되어 풍경 사진과 같은 것을 찍는데 효과적이게 된다.
Exposure / Shutter Speed
Aperture의 크기를 작게하여 통과하는 빛의 양을 줄이는 것은 다르게 이야기하면 우리가 원하는 적절한 사진을 찍기위해서 더 오랜 시간이 필요한 것이다. Aperture를 크게하여 구멍이 커지면 같은 시간 대비 통과하는 빛의 양이 많지만, 구멍이 작으면 같은 양의 빛을 채우기 위해서는 그만큼 시간을 길게 해야 한다. 하지만 밤이나 어두운 장소에서는 충분한 빛의 양을 통과시키는데 어려움이 존재한다. 이러한 시간을 조절하는 것을 shutter가 하고, 이 shutter가 작동하는 시간을 shutter speed라고 한다. 빛을 오래동안 통과시키려면 충분한 exposure이 필요한데, shutter speed를 증가시키면 더 오랜시간 빛에 노출시킬 수 있다.
Short Exposure
Short exposure을 통해서 빛이 통과할 수 있는 시간을 짧게하면, 빠르게 움직이는 피사체가 있더라도 순간적으로 정지된 것처럼 사진을 찍는 것이 가능하다. 가령 다음과 같이 빠르게 움직이는 물의 순간적인 포착이 가능해진다.
정지된 모션을 찍는 상황에 대해서는 exposure을 짧게하는 것이 좋지만, 단점도 분명히 존재한다. 빛을 통과시키는 시간을 줄인다는 것은 말그대로 충분한 빛의 양을 받아들이지 못하게 된다. 그래서 자칫 사진을 어둡게 만들거나 밤이나 어두운 장소에서는 정확한 물체를 파악하기에 어려움이 존재한다.
이러한 상황을 underexposure, 혹은 underexposed라고 한다.
Long Exposure
이번에는 반대로 exposure 시간을 길게하면 어떻게 될까? 시간을 짧게 했을 경우에는 빠르게 움직이는 물체를 정지한 상태로 보이게 할 수 있었다. 이와는 반대의 맥락으로 움직이는 물체에 대해서 빛을 오랫동안 노출시키면 움직이는 물체가 blurry하게 보이거나 빛의 경로가 사진 상에 오래 남게 할 수 있다.
물론 이러한 경우에도 문제점은 존재하게 된다. 장기간 빛에 노출시키기 위해서 카메라나 핸드폰을 손으로 잡게 되면, 떨림 현상에의 의해서 사진이 흔들리게 된다. 그러면 전체적으로 blurry한 사진이 남게 되어 제대로 된 사진을 찍을 수가 없다. 이러한 문제는 사실 삼각대와 같은 보조 기구를 이용해서 해결할 수 있다. 그리고 빛의 양이 필요 이상으로 너무 많아지게 되면 사진이 너무 밝게 나와 현실감이 많이 떨어질 수 있다.
이러한 상황을 overexposure, 혹은 overexposed라고 한다.
Sensitivity / ISO
지금까지 사진을 촬영하는데 있어서 얼마나 많은 빛을 카메라에 담을 것인지에 대해서 aperture와 shutter speed에 대해서 알아보았다. 이번에는 마지막으로 ISO에 대해서 알아볼 것인데, 여기서 ISO는 카메라 이미지 센서의 감도를 변경해서 흡수하는 빛의 양을 조절하는 것을 말한다. 쉽게 이야기해서 카메라 센서가 들어오는 빛에 대해서 얼마나 민감한지를 정하는 지표라고 생각하면 된다. ISO가 높아질수록 빛에 대해서 더욱 sensitive하기 때문에 조금의 빛만으로도 적절하게 사진을 찍을 수가 있게 된다. 이를 반대로 생각하면 ISO를 높여서 조금의 빛만 사용하고 싶은데, 잘못하면 사진의 noise를 증가시키는 현상을 발생시킨다.
필름 카메라나 디지털 카메라에서 ISO 값을 조절하거나 이미 정해져서 나오게 된다. ISO 값은 100, 200, 400, ... 과 같이 2배로 값이 변하게 되는데, 이는 선형적인 관계를 가지게 되어 예를 들어 ISO가 200이면 100일 때 들어오는 빛의 양의 반만 필요로하게 된다.
ISO 값은 적게는 50, 많게는 6400 정도까지 조절이 가능한데, ISO 값이 적으면 빛에 그만큼 덜 sensitive한 것이기 때문에 적은 양의 빛을 사용하게 된다. 그러면 우리가 생각하는 좋은 exposure에 대해서 더 많은 빛의 양을 필요로 하게 되고, noise 문제에 있어서는 덜 심하게 된다. 반대로 ISO 값이 많으면 빛에 그만큼 더 sensitive하기 때문에 많은 양의 빛을 사용해서 좋은 exposure을 위해서는 적은 빛만을 필요로 하게된다. 하지만 noise문제는 심하다는 단점이 존재한다.
Aperture의 크기나 shutter speed가 전부 같은 조건이라면 ISO의 조절만으로도 빛의 양을 다르게 받아들여 사진의 밝기 등을 조절할 수 있게 된다.
Exposure Triangle
지금까지 aperture, shutter speed, ISO에 대해서 알아보았는데, 이 3가지 요소를 종합하여 빛의 양을 조절할 수 있고, 이 3가지 요소로부터 exposure을 조절하는 방법이 다양해진다. 이러한 3가지 요소를 이용하여 exposure triangle을 만들 수 있으며, 우리는 상황에 따라서 이 3가지 요소를 적절히 조합하여 사진을 촬영해야 한다.
1. Aperture: 렌즈를 통해 빛이 들어오는 통로의 크기를 결정해준다.
2. Shutter Speed: 카메라를 통해 빛이 들어오는 시간을 조절해준다.
3. ISO: 카메라 이미지 센서의 감도를 변경함에 따라 통과하는 빛의 양을 조절해준다.
Sensor Size
보통 카메라나 스마트폰 등에 존재하는 센서의 크기는 고정되어 있다. 그렇기 때문에 센서 이외의 요소들을 통해서 빛의 양을 조절하고 사진을 찍는다. 이번에는 DSLR이나 필름카메라, 혹은 스마트폰 등에 부착되어 있는 카메라 센서의 크기에 따라서 어떠한 차이를 가지는지 알아보려고 한다. 보통 하나의 사진기로부터 센서의 크기는 고정이기지만, 사진기 자체를 바꿈으로써 얻는 효과에 대해서 궁금한 것이다.
전문가들이 사용하는 좋은 카메라는 센서의 크기가 크고, 반면에 일반적으로 보급되는 스마트폰에는 작은 센서가 사용이 된다. 센서의 크기에 따라서 들어오는 빛의 양이 달라서 사진의 수준도 아무래도 스마트폰 보다는 DSLR 등이 더 좋을 수 밖에 없다.
Lens Flaws
이번에는 렌즈와 관련한 두가지 문제 상황에 대해서 알아보려고 한다. 첫번째로는 chromatic aberration이고 두번째로는 radial distortion에 대해서 알아볼 것이다.
Chromatic Aberration
한국말로 색수차라 불리는 chromatic aberration은 사전적인 정의에 의하면 파장에 따른 굴절률의 차이에 의해서 생기는 수차로, 긴 파장의 빛일수록 렌즈를 통과한 뒤에 다른 빛보다 초점이 렌즈에서 먼 쪽에 맺히기 때문에 일어나는 현상을 말한다. 쉽게 이야기하면 사진에 찍힌 색이 이상한 현상을 이야기한다. Chromatic aberration은 일반적으로는 focus가 잘 맞지 않은 부분일수록 더욱 선명하게 나타난다.
그렇다면 이러한 현상은 왜 발생하는 것일까? 그 이유는 색에 따른 초점 거리 때문이다.
우리가 만약에 빨간색에 초점을 맞춘 상태에서 사진을 찍었다면, 파란색에는 초점이 맞지 않은 상태이다. 반대로 파란색에 초점을 맞춘 상태면 빨간색에는 초점이 맞지 않을 것이다. 이러한 현상으로 인해서 사진의 일부분에 chromatic aberration이 발생하는 것이다. 이러한 현상은 어떠한 렌즈를 사용하든지 상관없이 나타날 수 있다.
Radial Distortion
다음은 방사 왜곡이라 불리는 radial distortion이다. 렌즈로 인한 왜곡에는 렌즈의 모양에 의해서 생기는 radial distortion과 카메라 제조 과정에서 생기는 tangential distortion이 있고, radial distortion에는 선의 종류에 따라 barrel과 pin-cushion이 있다.
일반적으로 카메라들은 영상의 센서의 가장자리 부근에서 픽셀의 위치가 왜곡되는 현상을 발생시킨다. 사각형의 물체도 렌즈를 거치면 동그랗게 나타날 수 있다. Barrel과 pin-cushion은 초점 길이에 따라서 다르게 나타난다. 초점 길이가 길면 pin-cushion이 나타나고, 반대로 짧으면 barrel이 나타난다.
