스마트폰 카메라 작동원리를 쉽게 설명드리려 합니다. 이걸 알면 카메라에 대한 이해가 정말 쉬워질 것입니다.
카메라 구성
- 렌즈
- 이미지센서
카메라는 크게 렌즈와 이미지센서로 구성되어 있습니다. 렌즈는 여러분들이 생각하는 그 렌즈 맞습니다. 렌즈는 별도로 다음에 이야기하죠. 그리고 그다음은 말만 들어도 어지러워지는 카메라 이미지 센서입니다.
이 이미지 센서를 모르고는 카메라에 대해 이야기해도 전혀 이해를 못합니다. 한번만 이해하면 웬만한 DSLR부터 시작해 스마트폰 카메라까지 모두 이해가 갑니다. 심지어 CCTV까지 말이죠. 쉽고 간단하게 설명 드립니다.
출처: 삼성전기
이미지센서(image sensor)
“이미지 센서”라 하면 쉽사리 감은 안오지만 대략적으로 “이미지를 처리하는 센서”라는 생각이 듭니다. 그런데 생각 하시는 것이 맞습니다. 이미지를 처리해 우리가 볼 수 있는 사진으로 만들어 주는 것이죠.
그래서 좀더 알아보려 인터넷을 뒤져보면 이미지센서 설명을” 광전 변환에 사용하는 전자부품으로 광신호를 전기신호로 변환하는 장치”라고 나옵니다.
공과대학을 다닌 저도 무슨 말인지 난해한 말이네요. “광전변환”이라는 말부터 숨이 턱 막혀오죠? 그래서 좀더 쉽게 풀어 말씀드려 볼께요.
우리가 그림 그리는 것과 카메라를 비교해 볼까요.
카메라 이미지센서는 그림을 그리는 스케치북 또는 도화지와 같습니다. 이 하얀 종이 스케치북 위에 그림을 그리는데, 도화지가 큰 것도 있고 작은 도화지도 있을 것입니다. 이 도화지 크기를 해상도라고 합니다. 뭐 1080*720, 1024, 2160 이런 숫자를 보신적 있을 것입니다. 이건 도화지 크기를 나타냅니다.
이 숫자가 크면 클수록 도화지가 큰 것이며, 이미지 센서도 크다는 이야기입니다. 도화지가 크면 그림이 잘 보이고 선명하게 보이겠죠? 맞습니다. 이미지 센서도 크면 사진이 선명해지고, 밝아져 잘 보입니다.
최근 출시된 갤럭시 S24의 메인 카메라는 2억 화소라고 하죠. 총 2억 개의 점을 찍어 사진을 만든다는 것입니다.
그런데 2억개의 점들은 어떻게 만들어 질까요?
조금 더 구체적으로 이야기해 볼까요.
이미지 센서의 작동 원리
스마트 폰이나 DSLR 카메라 기본 작동 원리는 카메라 렌즈를 통해 들어오는 빛을 기록하는 것입니다. 어떻게 빛을 기록할 까요?
의외로 이부분이 어렵고 궁금해하시는 분들이 많습니다. 그냥 “광신호를 전기 신호로 변환”합니다. 이렇게 말하면 세상에 알아듣는 사람 얼마 안될 것입니다.
이미지를 보고 설명 드리면 쉬울 듯 합니다.
카메라로 촬영하면 빛이 들어옵니다. 우리 눈으로 보이는 스마트폰 렌즈를 통해 이미지 센서로 빛이 들어오는데요. 이 빛을 기록하는 것이 이미지 센서가 하는 일입니다. 기록을 하는 방법은 이렇습니다.
위 이미지에서 2번은 스마트폰 이미지 센서를 확대한 것입니다. 여기가 색의 정보를 전부 기록하는 도화지입니다. 이 크기가 화소수를 나타냅니다. 그리고 여기에 빛의 기록합니다.
단순히 빛을 기록한다고 이미지가 만들어 지지는 않습니다. 사진은 전부 색이 다르기 때문에 색상을 구분 지어 빛을 기록해야 합니다. 색상을 기록하기 위해서 들어오는 빛을 컴퓨터가 이해할 수 있는 숫자로 바꿔야 합니다.
빛을 기록할 때 빛의 원리를 이용하는데요. 레드, 그린, 블루 빛의 3원색을 서로 조율해 합치면 모든 색상을 만들어 낼수 있다는 원리입니다.
그래서 색상을 표현할 수 있는 레드(R), 그린(G), 블루(B) 다이오드를 3번처럼 하나로 묶어 줍니다. 그리고 들어온 빛을 세가지로 나누어 RGB 값을 전부 기록합니다. 기록하는 방법은 아래와 같습니다.
4번 그림처럼 기록하는데요. 3번 이미지 다이오드의 단면을 자르면 4번처럼 보입니다. 즉 빛이 들어오면 빛을 전기 신호로 바꾸는 다이오드를 통해 이세기를 기록합니다. 좀더 자세하게 알아보죠.
빛이 이미지센서의 마이크로 렌즈를 통해 각각의 RGB 컬러 필터를 통과하면서 레드세기는 얼마, 블루세기는 얼마, 그린 세기는 얼마 처럼 고유의 색상 세기가 숫자처럼 기록됩니다.
5번처럼 빛의 양에 따라 세기가 각 필터를 통과해 기록됩니다. 외부에서 들어온 빛을 기록한 RGB값을 전부 모아 놓으면 이미지가 만들어집니다.
삼성전기 카메라 설명 유튜브영상을 참고하시면 내용 이해에 도움이 될 것입니다.
