조리개와 피사계심도의 상관관계!

카메라를 가지고 놀다보면 셔터스피드와 조리개값을 조절해서 다양한 놀이를 할 수 있게 되죠; 오늘은 그 원리에 대해 살짜쿵 설명을 해볼까 합니다. (모처럼 일찍 일어난 기념으로)

위 그림은 아주 간단히 표현한 렌즈 기반 카메라 모델입니다. 어떤 점에서 나온 빛은 렌즈를 통해 f 지점에 상을 맺히게 만들게 됩니다. f’ 는 대게 헛초점이라고 표현을 하지요.

만약 조리개가 활짝 열려있다면 빛은 위의 그림에서와 같이 통과를 하게 될거고, 초점이 제대로 맞은 영역은 두 빨간 선 사이 지점이 되겠죠.

그에 반해 조리개가 조금밖에 열려있지 않다면 빛은 위의 그림에서와 같이 지나가게 될테고, 결국 초점이 맞아있는 지점이 길어지는 것을 확인할 수 있습니다. 이게 사진이론에서 얘기하는 피사계심도와 조리개의 상관관계가 되겠죠.

그럼 셔터스피드는 뭐랑 관계가 있는거지?

자자 조리개만 조절해서 그냥 막 잘 찍히면 상관이 없겠지만 세상이 그렇게 녹녹하지는 않지요. 사람의 눈은 밝기를 특정 시간동안 들어온 빛의 합으로 인식하게 된다고 합니다. 공식으로 나타내면 아래와 같겠지요. [1]

이는 필름같은 것에도 마찬가지로 적용되며, discrete 버젼으로 표시하면 아래와 같을 겁니다.

자 위에 있는 렌즈 기반 카메라 모델을 다시 한번 살펴봅시다. 조리개가 활짝 열려있을때는 조리개가 조금 열려있을때에 비해 더 많은 빛이 한 점으로 모아지게 됩니다. 그러므로 조리개가 활짝 열렸을 때의 intensity i’(n) 은 조리개가 조금만 열려있을 때의 intensity i”(n) 에 비해 훨씬 큰 값이 되겠죠.

그러다보니 같은 환경에서 찍는다고 하더라도 조리개를 조금만 열었을 때는 더 오랫동안 노출을 시키는 것이 필요하겠습니다!

화이트 밸런스는 왜 맞춰야 하지?

알아보는 김에 화이트 밸런스까지 알아보도록 하죠. 하얀 색은 모든 빛을 반사해서 나타나게 되는 색입니다. 그렇다면 광원이 어떤 특정 영역만을 나타내는 상황 다시 말해 광원이 모든 색을 균등하게 나타내는게 아니라 특정 색만을 나타내고 있는 상황에서 사진을 찍는다면 어떻게 될까요?

예! 이런 상황이라면 흰색이 흰색이 아니라 다른 색으로 나오게 되겠죠. 이런 경우에도 흰색이 흰색으로 나타나도록 조정해주는 것을 화이트 밸런싱이라고 합니다. 간단하게 광원의 빨/녹/파 비율을 계산하고, 그 비율을 가지고 색을 조정해주는 후보정 과정이라고 할 수 있지요.

마지막으로 비네팅!

어렸을 때 교과서에 나왔던 프리즘으로 빛을 산란시키는 그림이 생각나실 지 모르겠네요. 이런 현상은 파장 별로 굴절율이 다르기 때문에 발생하게 되는데, 이게 바로 비네팅이 생기는 원인입니다.

위 그림은 아주 간단한 다중 렌즈 시스템이 되겠습니다. (그림이 점점 날림이 되죠? 슬슬 귀찮다는 겁니다. ㅋㅋ) 보다시피 서로 다른 굴절률을 가지는 렌즈들이고, 조합만 잘 찾으면 떼돈을 벌 수 있다는 군요. 연구 결과가 바로 특허가 되고 제품이 되기 때문에 -_-;;

뭐 하여튼! 언뜻 바도 빨간선으로 표시한 부분 위로 지나는 빛은 잃어버릴 거 같죠? 저 잃어버린 빛들 덕분에 구석쪽은 다른 부분에 비해 조금 어두울 수 있게 되는데, 그냥 어두워지면 재미가 없지요. 앞에서 얘기를 했듯이 파장 별로 굴절율이 다르다보니, (예전 기억에 의하면 빨강 쪽이 보라 쪽보다 훨씬 덜 휘어졌던거 같아요) 그냥 어두워지는게 아니라 색의 왜곡이 생기게 되며, 이런 현상을 바로 비네팅이라고 부릅니다.

사실 그냥 공식처럼 조절해도 되지만 원리를 알고나면 더 재밌는 세상이라 오랫만에 재미없는 포스트 하나 날려봅니다. 재미가 있었을지 몰겠네요. -_-;;;

[1] LCD 에서는 백라이트가 항상 켜져있고, LCD 소자가 그 빛의 일부를 막는 식으로 밝기를 조절하지만 PDP 에서는 특정 시간만큼만 소자를 발광시키는 방법을 통해 밝기를 표현하게 된다고 합니다.

만약 70%의 밝기를 표현하는 경우라면 LCD 에선 백라이트의 70%만을 통과시키게 되고, PDP 에서는 70%의 시간동안만 소자를 발광시키는거죠. 그런 이유로 초기버젼의 PDP 를 시청할 때 몸을 빠르게 좌우로 흔들게 되면 색이 깨지는 현상이 발생했다고 해요.

덧, 다음엔 제가 지금 연구하고 있는 color filter array 와 관련된 내용으로 다시 찾아오도록 하겠습니다. 캬캬캬 (뭐 어짜피 저 혼자 보는 블로그라 별 관심은 없으시겠지만… ㅠ.ㅠ)

Tags: focus, lens, slr, vinetting, white balance, 렌즈, 비네팅, 이론, 초점, 카메라, 피사계심도, 화이트 밸런스

This entry was posted on Wednesday, July 16th, 2008 at 8:07 am and is filed under MyLife. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.