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아시다시피 요즘 DSLR 카메라와 휴대폰 카메라에는 CMOS Image Sensor (CIS)가 장착되고 있습니다.
반도체 연구원으로서 언젠가는 CIS에 대해 쉽게 이야기를 한번 풀어 보려고 진작에 마음을 먹고 있었는데,
복잡한 반도체 세계를 일반인들이 이해할 수 있도록 글로 표현하는 것이 한계가 있었습니다.
CIS 공부를 하다가 보면, 제일 먼저 나오는 내용이 색깔에 대한 이야기입니다.
오늘은 그 색깔 이야기를 해보려고 합니다.
제가 이야기 하는 색깔은 CIS 반도체를 만드는 과학/공학에서 바라다 보는 색깔이기 때문에
예술가 입장에서 바라다 보는 색깔과는 차이가 있음을 미리 말씀드립니다.
A. 3원색의 탄생
CIS반도체 공부를 하다가 보면 원색이 어떻게 탄생했는지 그런 이야기도 나옵니다.
아시다시피 3원색은 Red, Green, Blue (RGB)라고 합니다.
그럼 RGB가 어떻게 3원색으로 채택되었을까요?
대답은 어이없게도...
사람들한테 어느색이 가장 원색처럼 보이느냐고 투표를 했더니,
빨강/초록/파랑 이 3가지가 가장 원색처럼 보인다고 결과가 나왔답니다.
투표결과 3원색으로 RGB가 채택되었다고 합니다.
심오한 과학적인 분석에 의해서가 아니라, 인간의 경험에 의해 RGB가 3원색으로 채택되었다고 합니다.
색깔에 관한 한 과학적인 분석보다는 여러 사람들의 투표 결과에 의해 결정된다고 합니다.
경험에 의한 결정입니다.
화려한 조명, 컴퓨터 사용 등으로 앞으로 수백년 후에는 인간의 눈 구조도 달라질 수 있기 때문에
그때 가서는 3원색이 달라질수도 있습니다.
B. 색깔 중에서 사람 눈에 가장 민감한 색은 무슨색일까요?
여러분 눈에는 어느 색이 가장 민감하게 작용하는지요?
저는? 제 눈에는 빨강색 같기도 하고, 노랑색 같기도 합니다.
아래 그래프를 하나 보시죠 (그림은 제가 그렸습니다.)
위 그림의 x-축은 사람의 눈에 보이는 가시광선의 빛의 파장 (또는 색깔)입니다.
y-축은 사람들의 눈에 가장 민감하다고 생각되는 색깔이 무엇이냐고 질문했을 때 투표 결과입니다.
투표결과를 보면, 빨주노초파남보 중에서 중간에 위치하는 초록색(Green)이 가장 민감하다고 답한 사람이 가장 많습니다.
빨간색도 아니고 노란색도 아닙니다.
C. CIS반도체에서는 초록색을 어떻게 다스리는가?
사람 눈에 초록색이 가장 민감하다는 통계에 근거하여, CIS 반도체를 만드는 사람들은 초록색을 특별 대우합니다.
아래 그림을 보시죠 (그림은 구글 학술자료에서 가져와서 한글은 제가 추가했습니다).
위 그림에서 윗부분에 나타낸 바와 같이
자연광이 CIS반도체에 도달하면, CIS반도체는 투표 결과 사람 눈에 원색처럼 보인다는 RGB 3원색만 골라냅니다.
자연광으로부터 어떤 픽셀은 R만 골라내고, 어떤 픽셀은 G만 골라내고, 또 어떤 놈은 B만 골라 냅니다.
위 그림에서 아랫 부분에 나타낸 네모격자는 소위 말하는 "베이어 패턴(Bayer Pattern)" 입니다.
Bayer Pattern이란 각 화소(Pixel)가 담당하는 색깔을 표시한 도면이라고 생각하면 됩니다.
화소마다 담당하는 색깔이 있습니다.
Bayer Pattern의 네모 1칸이 우리가 말하는 1 Pixel 입니다.
5D Mark III 제 카메라는 2,230만 화소니까 제 카메라의 CIS에는 저런 네모가 22,300,000 개가 들어 있습니다.
Bayer Pattern에서 R, G, B 분포를 보면 다음과 같습니다.
자세히 들여다 보시면, Bayer Pattern 6X6=36개 픽셀 중에서
Green 18개 (50%), Red 9개 (25%), Blue 9개(25%)로 구성되어 있습니다.
제 카메라의 CIS반도체에는 Green을 담당하는 화소가 약 11,150,000 가 들어 있겠습니다.
통계적으로 Green이 사람 눈에 가장 민감하게 작용하기 때문에
우리 카메라 속 CIS반도체 픽셀의 50%는 Green 색을 잘 표현하는데 할당되고 있습니다.
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두서없이 써내려 왔는데, 의미가 잘 전달되었는지 모르겠습니다.
이 글에서 우리 사진가들이 배워야 할 부분은 초록색(Green)을 잘 다스리라는 것입니다.
포토샵에서 사진을 후보정할 때, 특히 Green을 자연스럽게 잘 표현하도록 노력해 보아야겠습니다.
포토샵 후보정에서 초록색을 잘 다스리면 사진을 감상하는 관람객에게 50%는 점수 따고 들어가는 것입니다.
통계적인 경험에서 사람 눈은 그린색에 가장 민감하다고 하니까요.
이상입니다.
- 2014.08.20
- 23:23:48
빛의 삼원색에 대한 이론 정립은 1801년 영국의 토마스 영이 빨강 파랑 초록을 적절하게 혼합하면 여러가지 색을 만드는 것에서 인간의 눈에는 이 세가지 색을 구별하는 시각점이 있다는 이론을 제기하였고, 1868년에 독일인 헬름홀츠가 영의 이론을 생리학적으로 증명하여서 삼원색을 정량적으로 정했지요.
인간의 시각세포에는 빨강 초록 파랑에 대한 감각체가 있어서 빛을 구분하여 볼 수 있게 되는 것이죠.
녹추체가 비교적 넓은 스펙트럼을 구성하여서 녹색에 대한 반응이 다른 색보단 예민하다고 합니다.
색은 개인 각자가 느끼는 감각치가 달라서 사실은 같은 색을 보고 있음에도 모두 같은 색으로 느낀다고는 할 수 없지요. 다만 서로 큰 차이 없이 느낄 뿐입니다.
지구상에 가장 많이 분포된 녹색이 인간에게 가장 편안하고 안정된 느낌을 준다는 것은 정설이고 그 녹색을 잘 다루는 것이 색을 관장하는 관건이긴 합니다.
- 2014.09.10
- 11:39:11
핵심은 반도체 설계시 하나의 픽셀(화소)에 RGB의 색깔 구성을 할 수 도록 구성되어 있고,
4개의 사각블럭으로 구성되어 있는데 나머지 하나를 G (GREEN)으로 구성되어 RGGB 화소단위가 되어 ,
그린색깔이 보다 더 넓은 면적으로 수광되는 구조로 되어 있읍니다.
즉 그린의 색감의 많은 양의 빛을 받도록 센서구성이 되어 있어서 그린색깔의 표현에 유리하게 되어 있읍니다.
저조도에서도 그린이 색감이 더 좋을 수 있을 수 있고, 그린색감이 부드럽고 깊은 색감을 내는 데 유리합니다
나무를 보더라도 그늘 부분 부터 밝은 부분까지 색의 질감을 부더럽게 표현에 유리한 구조가 되어 있다는 것입니다.
즉 , 이것을 색의 깊이 즉 다이나믹 렌지로 표현해야 할 지? 즉 색의 표현능력이 어두운 부분부터 밝은 부분까지 여러 스케일을 더 많은 단계로 표현할수 있는 유리한 점이 있다는 것입다 .
즉 그린이 넓다는 것은 수광면적이 넓다는 것이고 그린색을 많이 수광한다는 것인데, 이 빛의 양 즉 그린의 양은 무엇을 의미하는지 기술적으로 본다면,
면적이 넓으면 빛이 적은 부분 어두운 부분에 대해서도 많은 빛을 2배 정도 받으니 , 저조도에 대해서도 검게 나와서 표현되지 않을 부분도 더 잘 표현되어 그린색이 그림자처럼 어두운 부분 까지 부더럽게 표현하여 색의 깊은 질감을 표현 할 수 있다고 봐야 합니다.
그래서 중형 카메라는 넓은 면적의 센서를 사용하므로 색이 깊고 부더러운 질감의 사진을 표현하는데 유리합니다 .
색의 크기를 표현하는 , 특히 그늘 부분 또는 저조도에서의 빛의 크기를 표현될 수 있어서 , 색의 다이나믹렌지가 넓어지는 효과가 있읍니다.
다시 정리하면, 그린색이 어두운부분에 뭉치지 않고 전체적으로 부더럽고 색의 깊이 표현을 잘 할 수 있도록 , 특히 그린색 DOT를 하나 추가하여 반도체 설계가 되어있다는 것입니다 . 즉 그린색에 대한 색정보를 빨강과 노랑에 비해 2배로 색정보 ( 그린색의 크기정보를 2배 정도 상세하게 표현할 수 있는 빛의 세기) 갖고 있읍니다.
그래서 찍은 사진은 그린색은 어두운 부분부터 밝으 부분까지 표현하는 것을 더 세부적으로 표현할 수 있어서 그린색이 더 부드럽게 표현되었는데,
여기서 중요한 것은 이 색정보를 갖고 ,
포토샵등에서 그린색을 어떻게 하여 관리하여 좋은 사진을 만들 수 있는지 설명하여 주시면 좋겠읍니다 ( 010 -3533- 5930 - 연락처 , 이메일 dodovent@daum.net )
감사합니다 .
색에대해 막눈이라 잘 다스려질지 모르겠지만 1장님의 수고에 감사 드리는 의미에서 신경 억수로 쓰보도록 하겠습니다.
그러면 좀더 아름다운 작품이 나올지 말입니다.ㅎㅎㅎ
잘보았습니다.