대부분의 사진들은 클릭해서 보셔야 선명하게 보여집니다.



"아웃포커싱이 잘되는 카메라는 DSLR이다"


"반대로 똑딱이 일반 디카는 아웃포커싱이 잘 안된다"


위의 말이 틀린것은 아니나 '조건'없이 그냥 무작정 잘되고 안되고를 말하기엔 피사계 심도와 아웃포커싱은 내용이 참 심오합니다.


예전부터 아웃포커싱에 대한 말을 많이 들었는데 많이들 착각하는 부분이 있어서 댓글 한번 남겼다가 더 깊은 공부를 하게 되었군요.


미처 몰랐거나 아직은 잘 모르던 부분까지 알게 되었으니 공부는 제대로 하게 된 셈이지요.


아래의 내용들은 인터넷에서 찾은 내용들을 정리한겁니다.


"같은 조건에서 센서만 커진다면 심도는 깊다"라고 생각했던것을 자료를 찾아 정리하고 입증하려니 머리가 아파오지만 공부한다는 생각으로...




흔히 말하는 심도의 정의를 먼저 말하자면


심도는 사진에서 초점이 맞아 보이는 공간상의 깊이 (depth of focus)


사진이라는 결과물에서 공간상의 깊이를 심도라고 표현하는것이므로 중간단계에서의(예를 들어 광학적인 기준이라든지) 심도란 생각 할 필요가 없습니다.





그리고 더 자세히 심도를 얘기해보면 아래와 같습니다.


심도, Depth Of Field

심도는 피사체가 존재하는 영역(object space)에서의 심도인 '피사계' 심도(depth of field)와 

초점면(focal plane)이 있는 영역, 즉 이미지 영역(image space)에서의 심도인 '초점' 심도(depth of focus)로 

구분된다.


피사체가 수많은 점(point)으로 이루어졌다고 가정한다면 각 점으로부터 나오는 빛이 한 평면에 모여서 사진이 

된다고 생각할 수 있다.  일정한 초점거리에서 초점면은 유일하므로 피사계에서 서로 같은 평면에 존재하지 않는 

점들은 초점면 상에서 모두 'out of focus'가 된다. 이들은 '점'이 아닌 흐릿한 원(blur circle)처럼 보이게 되는데 

이것을 착란원(circle of confusion)이라고 말한다.


 


이론적으로는 초점면이 하나 존재하지만 사람이 가진 시력(visual acuity)의 한계때문에 초점면이 다른 점들 중 

어느 크기 이하의 디테일, 즉 '허용' 착란원(minimum permissible circle of confusion)을 모두 점으로 인식하게 되며 

이렇게 사진 상에서 모두 선명하게 보이는 범위를 피사계 심도(depth of field)라고 한다.  

일반적으로 사진의 심도는 피사계 심도를 의미하게 된다.


심도(T)는 주어진 허용 착란원의 크기(C)에 대해 렌즈의 조리개(N, f-number), 초점길이(f),  그리고 촬영자와 

피사체 사이의 거리(u, 충분한 거리에서)에 따라 다음 근사식으로 계산될 수 있다.


 


허용 착란원의 크기는 '필름'의 크기에 따라 달라지는데 이 값의 범위를 구하기 위해서는 인화물 또는 

모니터 상의 이미지와 같이 어떤 결과물에서의 '선명도의 기준(acceptable standard of shapness)'을 먼저 

마련할 필요가 있다(심도에 관한 애매모호함은 대부분 이러한 기준을 간과하는데서 비롯되는 듯 싶다).


사람의 눈이 초점을 맞출 수 있는 가장 까가운 거리(Least distance of distinct vision, LDDV)는 

약 25 cm 정도로 보며, 이 거리에서 보는 적절한 관찰 영역(confortable viewing area)은, 

망막의 원추세포(cones, 디테일과 색을 구분하는 시세포로 망막 중앙부에 몰려있다) 분포를 감안하면 

50-60도의 화각으로 계산할 때, 약 29 cm 가 된다(50*tan(30)).


허용 착란원 C의 크기는 25 cm 떨어진 곳에서 대각선 길이가 29 cm 정도 되는 이미지를 보는 

경우(정상 시력을 가진 사람이 손으로 사진을 들고 자연스럽게 보는 상황) 대략 0.2 mm 보다 작은 디테일은 

사람이 구분하지 못한다는 실험적 평균에 근거한다. 0.2 mm 를 간격 주파수(spatial frequency)로 말하면 

5 lp/mm 에 해당한다.


35 mm 필름에 대해 위의 기준을 적용하면 '확대' 인화해야 하는데,  필름을 8 배 정도로 확대해야 하고 비슷한 

인화 사이즈로는 8 x 10 인치 사진에 가깝다. 확대될 때 허용 착란원도 커지므로 필름(또는 센서) 면에서의 착란원의 

크기는 약 0.2 x (1/8) = 0.025 mm 가 되어야 한다. '최종' 이미지의 크기가 조금씩 다를 수 있으므로  

허용 착란원의 범위를 0.02-0.033 mm 으로 보는 것이 일반적이다.


 


아래 표에서 보는 것처럼 '필름' 형태에 따라 허용 착란원의 크기는 다른 값을 가진다.

예를 들어 크롭 센서에서는 확대 비율이 필름보다 크게 되고, 따라서 다른 변수들이 동일할 

경우 허용 착란원 C의 값은 필름보다 작게 되어 심도는 얕아지게 된다.


Format Circle of confusion diameter(mm) 

8x10 inch 0.20 

5x7 inch 0.14 

4x5 inch 0.10 

36x24 mm 0.02-0.033 

APS-C 0.018* 

35 mm cine 0.025-0.05 

Applied Photographic Optics, Ray, *Wikipedia


동일한 렌즈의 동일한 조리개 수치에 대하여, 풀프레임 바디와 크롭 바디의 결과물에서 피사체를 

동일한 크기로 찍으려면 크롭 바디가 피사체로부터 더 멀어져야 하는데(반대로 풀프레임은 피사체에 

더 가까이 다가가야 한다), 이 경우에는 거리에 따른 영향이 허용 착란원의 영향보다 크기때문에 풀프레임 바디의 

심도가 더 얕아지게 된다.


심도 공식들은 여러가지 가정(paraxial, aberration-free, symetrical lens 등)에 의한  근사식으로 유도되므로 계산 결과는 

일치하지 않는다(인터넷 심도 계산기의 결과는 서로 같지 않다). 또 같은 값으로 계산되더라도 실제 느끼는 심도에서 

차이가 있을 수 있으며 관찰자의 시력과 피사체의 특성, 렌즈의 성능, 이미지의 컨트라스트, 그리고 주변 조명에 

의해서도 영향을 받을 수 있다.


카메라에서는 보통 조리개를 조여서 심도를 깊게 만드는데, 이 때 조리개는 '원형' 슬릿의 역할을 하기 때문에 앞서 

가정한 점 이미지들은 Airy 패턴을 보이게 된다. 그런데 필름의 허용 착란원 크기를 넘어서는 해상력은 의미가 

없게 되므로 해상력에 관한 Rayleigh 조건을 적용하면(그리고 몇 가지 가정을 추가하면) 35 mm 카메라에서 

'실용적인' 최대 f-number는 18 정도가 된다.




먼저 흔히들 말하는 센서크기.


"센서크기가 크면 심도가 얕아진다" 


는 틀렸습니다.


"센서크기가 크면 심도는 깊어진다"가 맞습니다...


위에도 설명되어 있죠? 다른 변수들이 동일한 조건이라면 센서의 크기가 작아질수록 심도가 얕아집니다.


다른 변수들이 동일할 경우 허용 착란원 C의 값은 필름보다 작게 되어 심도는 얕아지게 된다.





그런데 센서가 작은 카메라들이 심도가 더 깊고 아웃포커싱이 잘 안되는 이유는? 그 역시도 다 설명되어 있죠.


동일한 렌즈의 동일한 조리개 수치에 대하여, 풀프레임 바디와 크롭 바디의 결과물에서 피사체를 

동일한 크기로 찍으려면 크롭 바디가 피사체로부터 더 멀어져야 하는데(반대로 풀프레임은 피사체에 

더 가까이 다가가야 한다), 이 경우에는 거리에 따른 영향이 허용 착란원의 영향보다 크기때문에 풀프레임 바디의 

심도가 더 얕아지게 된다.


피사체를 동일한 크기로 찍는다는것은 동일한 화각을 갖기 위해 거리를 달리 하는것입니다. 변수가 달라지는겁니다.







그리고 피사계심도가 결정되는 조건들을 살펴보면 4가지가 있습니다.


1. 초점거리 - 길어지면 심도는 얕아진다

2. 피사체와의 거리 - 가까워지면 심도는 얕아진다

3. 조리개 - 값이 줄어들면 심도는 얕아진다

4. 센서크기 - 작아지면 심도는 얕아진다.


위 4가지 조건에 따라서 심도가 결정됩니다. 보통 1,2,3번까지는 잘 알고 있지만 4번이 기존의 알고있던 상식과 반대될겁니다.


좀더 정확하게 풀이하자면...


1. 초점거리(환산초점거리가 아닌 실제초점거리) - 제곱에 반비례 - 초점거리가 3배가 되면길면 피사계심도는 1/9로 얕아진다.


2. 피사체와의 거리 - 제곱에 비례 - 거리가 1/4로 가까와지면 피사계심도는 1/16로 얕아진다


3. 조리개 - 반비례 - 조리개 값이 2에서 2.8이 되면 피사계 심도는 1/1.4배 얕아진다.


4. 센서크기 - 비례 - 센서 크기(예를들면 대각선)가 1.5배 커지면 피사계 심도는 1.5배 깊어진다



위의 설명에 따라 다른 모든 조건이 같다는 설정하에 센서의 크기만 달라진다면


센서가 클수록 심도는 깊어지며


센서가 작을수록 심도는 얕아집니다.




결론, "센서크기가 작아서" 아웃포커싱이 잘 안되는게 아닙니다.


센서크기가 작아지면서 심도가 얕아지는데 다른 조건들이 그 효과를 상쇄하다못해 넘어서기에 심도가 더 깊어지는것뿐입니다.





아웃포커싱...


같은 심도에서도 배경흐림이 다를 수 있으며 비례하지는 않는다라는걸 이번 공부를 통해 알게되었는데요.


http://www.slrclub.com/bbs/vx2.php?id=user_lecture&no=1838


위의 게시물을 쓴 사람이 심도에 대해서 상당히 공부를 많이 한것으로 생각되는데 아웃포커싱 즉, 배경흐려짐에 대해서도 기술해놨습니다.


솔직히 어렵네요. 관련 링크를 따라가보면 같은 심도에서도 배경흐림이 다를 수도 있음을 확인 할 수 있습니다.


http://toothwalker.org/optics/dof.html - 심도와 배경 흐림 정도가 일치하지 않는 경우를 보여주는 사이트.







참고) 


아래는 심도를 계산 할 수 있는 사이트입니다.


http://www.dofmaster.com/dofjs.html














이 포스트에서 순수한 제 생각은 "같은 조건에서 센서만 커진다면 심도는 깊다"  하나 뿐이군요. 나머지는 모두 구해온 자료들입니다. 공부,공부,공부...



추천 링크 : http://zolby.blog.me/220905350091 (2017년 2월 16일 추가)



Posted by 럽





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