디지털 카메라의 이해-CCD는 무엇인가

 

CCD는 무엇인가? 디지털 카메라를 구매할 때 가장 먼저 고려하는 사항이 화소수 일 것입니다. 디지털 카메라의 화소수를 결정짓는 핵심적인 요소는 무엇일까요?   CCD 또는 CMOS 와 같은 이미지 센서 입니다.   디지털 카메라에서 이미지 센서의 역할은 필름 카메라에서 필름과 같은 역할을 합니다. 디지털 카메라에 사진이 찍히는 원리는 렌즈를 통과해 들어온 빛의 명암과 색감을 이미지 센서가 전기적인 신호로 바꿔 줍니다. 이 전기적 신호는 디지털 신호(0,1)로 바꿔주는 변환장치를 통해 디지털 신호로 변환되며 이미지 처리 장치를 통해 이미지 파일의 형태로 메모리에 저장됩니다. CCD와 CMOS   디카에 사용되는 이미지 센서는 보통 CCD (charge coupled devices)와 CMOS(complementary metal oxide semi-conductor) 2 가지 방식 중 하나를 선택해 사용하고 있습니다. 이미지 센서의 방식은 다르지만 사진이 찍히고 저장되는 기본 원리는 같습니다.   CCD는 약한 빛에도 민감하게 반응하며 이미지 퀄리티가 높아 대부분의 디카는 CCD 방식을 채택하고 있습니다. CCD는 생산 공정이 까다롭고 생산 단가가 비싸다는 단점이 있습니다만 고화질을 구현 하는데 적합한 방식이기 때문에 가장 널이 쓰이고 있습니다.   CMOS 센서는 CCD에 비해 생산 단가가 적게 들고 생산과정도 비교적 덜 까다로워서 저가형 디지털 카메라나 웹캠의 센서로 사용되고 있습니다. 그러나 최근 개발되고 있는 CMOS 이미지센서는 전문가용 카메라에도 널리 쓰일 만큼 고화질 구현이 가능해졌습니다. 실제 Canon D-SLR 시리즈나 kodak의 DCS14n과 같은 전문가용 D-SLR들도 CMOS 센서를 채용하고 있습니다. CCD는 큰 게 좋다!   CCD는 화소수도 중요하지만 그 크기도 매우 중요합니다. 디지털 카메라의 제품 사양을 살펴보면 같은 300만 화소 제품이라도 이미지 센서의 크기 가  1/2.7인치인 제품이 있고 1/1.8인치인 제품이 있습니다.     기술력이 뒷받침 되면서 CCD의 크기는 줄이면서 화소 수는 그대로 유지할 수가 있기 때문 입니다. 그러나 무작정 CCD 크기는 줄이고 화소수를 늘리는 것은 불가능하기 때문에 화소수가 늘어나면 당연히  CCD의 크기가 커지게 됩니다.   같은 1/2.7 인치 크기의 CCD 사용하고 있지만 화소수가 300만 제품이 있고  400만 화소인 제품이 있습니다. 같은 크기의 면적 위에 300만 개의 화소(pixel)을 배열한 것과 400만 개의 화소(pixel)를 배열한 제품은 분명 차이가 있습니다. 면적에 더 많은 화소(pixel)를 배열하기 위해서는 각 화소간의 거리를 좁히게 됩니다.   화소의 집적도를 높여 공간 활용을 극대화 하는 방법 입니다. 그러나 집적도를 높이는 방법에는 한계가 있습니다.   화소간의 거리를 좁히는 방법이 한계에 다다르면  각 화소 하나 하나의 크기를 작게 줄이게 됩니다. 최근 보급형 디지털 카메라들의 화소수가 높아지는 데는 이런 기술들이 활용되고 있습니다. 화소수가 높아지면 화질이 좋아진다는 것은 이미 잘 알려진 이야기입니다. 더 큰 면적을 가진 이미지 센서가 받아들이는 빛의 명암과 색채에 대한 정보량과 상대적으로 작은 면적을 가진 이미지 센서가 받아들이는 빛에 대한 정보량과 질은 차이가 날 수 밖에 없습니다.   같은 화소수의 디지털 카메라라면  이미지 센서의 크기가 큰 쪽이 화질 면에서는 더 낫습니다.      일정 크기의 CCD에 많은 숫자의 화소(pixel)를 배치하다 보면 각 화소 간에 거리가 좁혀 지게 되는데 화소간의 거리가 가까워지면 각 화소 간에 서로 간섭을 일으키게 됩니다. 이런 간섭 현상을 '노이즈'라고  하는데 노이즈가 생기면 이미지의 화질을 저하 시킵니다.     이미지 센서의 크기는 큰 것이 좋지만 무작정 크게 만들 수는 없습니다. CCD는 생산 공정이 매우 까다롭고 생산 단가가 비싸기 때문입니다. 실제 이미지 센서의 크기가 2배로 커지면 가격은 3~4배 이상 비싸 집니다. 화소수가 높은 디지털 카메라의 가격이 비싸지는 일반적인 이유이기도 합니다.   화소수와 더불어 이미지 센서의 크기도 살펴보자.   화소수와 더불어 CCD의 크기는 이미지의 화질을 결정하는 매우 중요한 요인입니다. 구입 전 화소 수만을 보고 제품을 선택하는 기준으로 삼기 보다는 이미지 센서의 크기 까지 한데 묶어  제품 사양을 따져 보고 제품을 선택하는 것이 좋습니다.   기능은 똑 같은데 화소 수만 높아진 신제품을 출시하는 경우가 종종 있습니다. 화소 수만 높아지고 이미지 센서의 크기가 같다면 화질에 대한 논란이 생기는 경우가 있습니다. 이제 부터는 무조건 화소 수만 높으면 된다는 식의 제품 선택 기준을 버리고 이미지 센서의 크기와 화소수를  고려하여 구매하는 지혜를 가져야 하겠습니다. CCD,CiS는 각 픽셀에서 색을 얻기 위해서 아래 그림에서 모자이크라고 표시된 방식을 채용한다. CiS의 경우 한개의 픽셀에 photo diode 3개가 사용되고. 각각의 포토다이오드 위에는 color filter(빨,녹,청)가 설치된다. 그래서 픽셀의 색이 빨간색이면 빛은 빨간 필터를 투과하여 포토다이오드에 감지되므로 색을 인식할 수 있게 되는 것이다. CCD는 필름 카메라에서 좋은 필름을 사용하는 것과 같다고 이해 하시겠죠?. 좋은 필름이 좋은 사진을 만들어 내듯 디지털카메라도 핵심 칩인 CCD or CMOS의 성능이 좋아야 좋은 사진을 촬영할 수 있습니다. CCD 칩의 크기가 크고 점(픽셀)의 수가 많을수록 화질은 좋습니다. 집에 있는 TV를 생각하십시오. TV 가까이 다가 가시면 잠자리 날개 모양의 무늬를 보셨을 것여요. 일반  TV는 그 무늬(픽셀) 간격이 크지만 HD, SD 타입의 TV를 보시면 무늬가 오밀조밀하게 간격이 아주 좁습니다. 그 만큼 화질이 좋다는 야그입니다. 즉~~ CCD 칩의 크기가 크면 렌즈를 통해 빛을 받아들일 수 있는 수광 면적이 그만큼 넓어지게 되고, 화질도 좋게 되며, 동일한 크기의 CCD일 경우에는 CCD 점의 수가 많을수록 고화질의 사진을 볼 수 있습니다. 그러나 단점도 있습니다. 동일한 크기의 CCD에서 화소만 높이게 된다면 픽셀피치(점과 점과의 간격)가 좁아지게 되어, 촬영된 사진에 노이즈가 증가하게 되지요. 이것은 다시 말해서 어두운 곳에서 촬영할 경우나 야간촬영, Bulb 촬영 시 다량의 노이즈가 발생하게 되는 최대의 단점이 되는 원인지요. (디지털카메라의 기술이 아주 발전하고 있는 것은 사실이지만 필카를 따라 가지 못하는 부분이 Bulb 촬영이죠) 그리고 한 가지 더 알아야 할 것이 CCD의 크기와 조리개 수치입니다. 일반적으로 CCD의 크기가 커질수록 화질이 좋다는 것은 알고 있지요. 그것만이 아니죠. CCD의 크면 조리개의 최대 수치도 높아지게 됩니다.(F값의 수치가 높아지게 됩니다.) 무슨 말이냐면 CCD의 크기가 23.7mm×15.6mm인 니콘 D1은 최대 조리개가 F32까지 가능하지만,  올림푸스 E-10의 경우 2/3인치(8.8mm×6.6mm) CCD이기 때문에 조리개가 F11까지만 가능합니다. 빛->렌즈->필름->현상->인화=필카. 빛->렌즈->CCD->메모리->파일->인화=디카.