카메라 모듈 그리고 이미지센서

Edited by Leun Kim

카메라 모듈은 이미지센서와 주변 회로를 통칭하는 말이다. 요즘에는 카메라 모듈 하면 카메라 이미지센서만을 가리키는 사람들도 꽤 있는 듯. 이전 포스트에서 언급하였는데 이미지 센서 크기는 DSLR 카메라뿐만 아니라 휴대폰 카메라, 드론 카메라를 포함하는 컴팩트 카메라에서 화질과 직접적으로 연관된다. 카메라 이미지 센서 크기뿐만 아니라 센서의 종류도 화질과 관련이 많다. 센서의 종류로는 대표적으로 CCD 이미지센서, CMOS 이미지 센서, NMOS 이미지 센서가 있는데, 주로 사용되는 센서는 CCD 이미지센서와 CMOS 이미지 센서이다. 90년대에서 2000년대 초반까지는 CCD 이미지센서를 채택하는 경우가 많이 있었는데, 이후 캐논이 CCD를 버리고 CMOS에만 집중하면서 2000년대 중반부터 지금까지 DSLR 카메라 센서는 CMOS가 대세가 되었다.

카메라 모듈 그리고 이미지센서
소니의 CCD 이미지 센서

 
CCD 이미지센서는 Charge-Coupled Device의 줄임말로 고딩 때 배웠던 광전효과를 이용하여 광학 신호를 전기 신호로 바꾸어 준다. 센서로 입사하는 빛과 광전효과로 인해 전하가 발생하고, 이 전하량을 측정해 빛의 세기를 측정하는 방식(CCD 역사와 원리의 자세한 사항은 여기를 참조하라). CCD 이미지센서는 노이즈 억제력이 좋아 화질 면에서 CMOS보다 우위를 점한다. 그러나 주변 회로 만들기가 복잡하고, 생산 단가가 높다는 단점이 있다. 이런 면 때문에 캐논의 경우 초창기 DSLR 카메라 5대 정도만 CCD 방식을 채용하고 그 이후에는 CMOS 연구/개발에 집중 투자하여 DSLR 시장의 대세를 장악했다고 알려져 있다. 실제로 캐논의 경우 플래그쉽 급인 1DX부터 시작해서 풀프레임 보급기종 5D, 5Ds, 6D, 크롭 기종들 7D, 70D, 60D, 700D, 750D, 760D, 100D 그 아래 익서스 시리즈까지 왠만한 카메라는 캐논이 공들여 개발한 CMOS 이미지센서를 장착한 카메라 모듈을 갖고 있다. 캐논이 워낙 한 우물만 팠기 때문에 이제 더이상 CMOS가 CCD보다 화질 별로다라는 이야기는 안 나오는 듯.
 
카메라 모듈 그리고 이미지센서
CMOS 이미지센서

 
CMOS 센서는 Complementary metal–oxide–semiconductor Sensor의 줄임말로 CCD에 비해 화질이 떨어진다는 치명적인 단점이 있다. 그러나 최근 이 부분에 대한 많은 연구로 자체적인 화질 면에서 어느정도 개선되었고, 노이즈로 인한 화질 저하를 커버할 수 있는 이미지 프로세싱 기술 면에서 큰 발전을 이루었다. 나는 캐논 EOS 시리즈로 400D부터 시작해서 600D, 650D, 700D, 60D, 70D를 주로 사용했었는데 막 찍어도 체감될 정도로 노이즈 억제력은 발전했다. CMOS의 장점으로는 생산단가가 상대적으로 저렴하다는 것. 그리고 전력 소비가 CCD에 비해 적어서 배터리 지속 측면에서 이득을 볼 수 있다는 점이 있다. 실제로 전력 소모가 CCD 이미지 센서의 무려 1/80이라고 하니… 위 사진의 CMOS 센서는 캐논 DSLR 카메라의 경우 “센서클리닝 – 수동클리닝”을 선택하면 미러가 올라가면서 사진과 같은 센서가 직접적으로 노출된다.
 
CCD든 CMOS든 센서 크기에 비례해서 빛을 많이 받아들일 수 있기 때문에 크면 클수록 노이즈 억제력이 좋아지고, 화질이 좋아진다. 실제로 한 5년전만 하더라도 휴대폰에 달려 있는 카메라는 밝기가 어느정도 확보 되더라도 노이즈가 굉장히 심했다. 휴대폰 카메라 모듈을 뜯어 보면 정말 콩알만한 이미지 센서가 달려 있는 걸 확인할 수 있다.
 
카메라 모듈 그리고 이미지센서

요즘 나오는 아이폰 카메라나 스마트폰 카메라의 경우 주간에는 노이즈가 거의 없는데(내 경험상 아이폰5S의 경우 야간 노이즈 억제력은 굉장히 떨어진다), 이 때문에 한 때 애플이 아이폰 카메라 이미지센서 아주 키웠다는 소문이 나돌기도 했다. 아이폰을 비롯한 대부분의 스마트폰 카메라 이미지 센서는 현재 소니 제품을 사용한다. 실제로 아이폰 5S의 이미지 센서 크기는 아이폰 5에 비해 15% 증가하긴 했지만 당시 갤럭시 시리즈나 다른 스마트폰도 비슷한 사이즈의 센서를 달고 있었기 때문에… 아이폰은 이미지 프로세싱 기술과 전체적인 카메라 모듈 소프트웨어의 승리라고 보는게 맞는 듯.

 

 
I was born and raised in Daegu, S. Korea. I majored in electronics and math in Seoul from 2007 to 2012. I've had a great interest in math since freshman year, and I studied PDE in Osaka, Japan from 2012-2014. I worked at a science museum and HUFS from 2014 in Seoul. Now I'm studying PDE in Tokyo, Japan. I also developed an interest in music, as I met a great piano teacher Oh in 2001, and joined an indie metal band in 2008. In my spare time, I enjoy various things, such as listening music, blogging, traveling, taking photos, and playing Go and Holdem. Please do not hesitate to contact me with comments, email, guestbook, and social medias.



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