‘세상에 나쁜 개는 없다’라는 TV 프로그램 제목을 패러디 해 보았다. 이 제목이 전달해 주고자 하는 것은 무조건 나쁜 개가 없다는 게 아님을 다들 알 것이다. 사람과 함께 살아가는 개라면 보호자에 따라 개는 나쁜 개도, 혹은 좋은 개도 될 수 있다는 뜻이다. 그만큼 보호자의 역할이 중요하다는 것이며, 실제로 프로그램을 통해 사람과 잘 살 수 있도록 제대로 훈련시키는 방법을 배우게 된다.
사실 개와 같은 생명체뿐만 아니라 우리가 평소 접하는 거의 모든 것들이 마찬가지일 것이다. 자동차나 컴퓨터, 스마트 폰, 그리고 카메라 등. 용도에 맞는 제품을 구입하는 것도 중요하지만, 새로 산 제품일 경우 기능을 제대로 파악하고 익숙해 지는 과정이 필요하다. 제조사나 모델에 따라 달라지는 부분들이 꼭 있기 마련이고, 기능이 추가되거나 사라지기도 하며, 사용하는 방법이 아예 달라지는 경우도 많기 때문이다.
"이 카메라는 화질이 좋군!"
카메라를 비교 시연하게 되는 경우가 종종 있는데 가끔 놀라곤 한다. 필자가 보기에는 두 제품의특성이 너무 비슷해서 고객이 주요 차이점을 어떻게 설명할까 하고 고민하곤 하는데, 어떤 경우에는 고객이 1분도 안되어 A라는 카메라가 B라는 카메라보다 화질이 좋다고 평가한다. 필자가 보기에는 별 차이가 없어 보이는데 고객은 대번에 결정해 버린다. “내가 나이가 들어 시력이 떨어져서 잘 못 본 것일까?”하고 의심을 하기도 했는데, 일단 고객은 자신의 업무적 경험을 바탕으로 제품을 평가하는 자신만의 기준이 있었던 것 같다.
그런데, 이런 상황을 여러 번 겪다 보면 또 한 가지 재미있는 사실을 발견하게 된다. 일반적인 고객들은 대부분은 용도나 환경에 따라 카메라의 설정을 최적화하는 것을 고려하지 않는다는 것이다. 방송국의 구매 고객들은 대부분은 엔지니어나 현업에서 카메라를 운용하는 전문가들이기 때문에 카메라에서 지금 당장 나오는 화질이 중요하지 않다. 얼마나 다양한 설정 옵션이 있는지, 그리고 그 설정에 따라 화질이 제대로 나오는 지를 반드시 테스트해 보고 구매한다. 하지만, 일반적인 고객들은 카메라의 설정을 거의 건드리려 하지 않고, 있는 그대로 (대부분 자동)으로 놓고 쓰는 경우가 많다.
따라서, 일반적인 고객들은 카메라를 공장 출하 상태 그대로를 기준으로 기능과 화질을 평가하며, 웬만해서는 설정값을 변경하는 수고로움 (+ 위험)을 감수하려 하지 않는다. 그래서 일반 소비자들이 사용하는 제품일 수록 제조사에서 제품을 출시할 때 공장 출하 모드를 정성스럽게 만들어야 한다.
사실 대부분의 카메라들은 (제품마다 꽤 큰 차이가 있음에도 불구하고) 일반적인 사용자들이 보기에 적당하다고 느낄 수 있는 정도는 대부분 충족할 수 있다. 단지, 환경에 맞게 혹은 사용자의 취향에 맞게 이것저것 설정을 바꿔 주어야 할 뿐이다. 화질에 영향을 주는 요소는 많지만, 가장 기본적으로 노출 (Exposure)과 초점 (Focus), 화이트 밸런스 (White Balance)만 잘 조절해 주어도 웬만하면 만족스러운 화면이 나온다. 이번 기사에서는 가장 기본적이고 중요한 기능인데 가장 손대기 꺼리는 노출과 화이트에 대해 설명해 보고자 한다.
과도한 노출은 금물!
기존 기사를 통해 이미 여러 차례 노출에 대한 설명을 해 왔지만 노출은 색감을 포함한 화질이라는 개념에서 가장 기본이 되는 개념이다. 사진이나 영상이 적절한 밝기를 가지려면 카메라에서 기본적으로 노출 (Exposure)를 잘 설정해야 한다. 하지만 ‘노출’ 설정은 단지 사진이나 영상의 밝기에만 영향을 미치는 것이 아니라 이미지의 느낌과 피사체의 동작, 그리고 초점 (Focus)까지 영향을 미치기 때문에 매우 중요하며, 이 ‘노출’ 하나만 잘 설정해도 화질의 70~80%는 먹고 들어간다고 할 수 있다.
먼저, 아래의 표를 보면 조리개 (Aperture)와 셔터속도 (Shutter Speed)의 설정에 따라 영상의 밝기가 어떻게 달라지는지 쉽게 알 수 있다. 매우 단순한 원리이다. 조리개는 빛이 (필름이나 센서에) 들어오도록 문을 열어 주는 것이다. 그 문이 크면 빛이 많이 들어올 것이니 영상이 밝아지고, 문이 작으면 빛이 적게 들어올 것이니 상대적으로 어두운 영상이 된다. 즉, 조리개를 작게 열 수록 어두워 지고, 크게 열수록 밝아진다. 조리개 값이 작아서 f1에 근사하다면 투과율이 1 (100%)에 근접하는 것이라 이해하면 되겠고, 한 단계 올라갈수록 1 스탑, 즉 2배 어두워 진다고 보시면 되겠다.
셔터 스피드의 경우 얼마나 오랫동안 빛을 통과시키는 가에 대한 것이다. 즉, 같은 조리개 값이라하더라도 오래 열어 놓으면 빛이 많이 들어와 영상이 밝아질 것이고, 빨리 닫아 버리면 빛이 조금 들어와 상대적으로 어두워질 것이다. 셔터 스피드의 각 단계는 2배로 밝아지거나 어두워지는 수준을 뜻한다. 즉, 1/60 (60분의 1초) 동안 조리개를 열어 놓으면, 1/125 (125분의 1초) 동안 열어 놓은 것에 비해 밝기가 2배가 된다는 뜻이다.
※ 이미지 출처: Karl Taylor Education
따라서, 적당한 밝기의 영상을 만들기 위해서는 매우 다양한 조합이 가능하다. 예를 들어 충분히 조명이 밝은 강의실을 경우 이론적으로 아래와 3가지 조합은 모두 비슷한 밝기의 영상이 된다. 하지만, 용도와 환경에 따라 어떤 조합이 더 적절한 지는 달라질 수 있다.
1) f8 × 1/60
2) f5.6 × 1/125
3) f2.8 × 1/500
예를 들어, 학원이라면 필자는 1)번을 추천할 것이다. 조리개 값 (f2.8 ~ f8 등)은 빛이 들어 오는 양도 조절하지만 f값이 높을수록 초점이 맺히는 거리가 늘어난다. 즉, DOF (Depth of Field)가 깊어지기 때문에 (일반적인 PTZ 카메라라면) 칠판에다 초점을 맞추어도 강사의 얼굴까지 또렷하게 잡힐 것이다. 그리고, 요즘 국내에서 많이 사용하는 LED 조명들이 대부분 60Hz의 배수이기 때문에 1/60초로 셔터 스피드를 설정하는 것이 많은 경우에 화면 깜박임 (Flicker)를 방지하는 데에도 좋다. 반면에 인물을 부각시키면서 배경을 살짝 흐리게 하여 조금 예술적인 느낌을 살리고 싶다든지, 혹은 움직임이 많아서 좀더 깨끗한 모션을 추구한다면 f2.8과 1/500 조합이 좋을 것이다.
이렇게 조리개와 셔터스피드의 조합으로 적절한 영상을 밝기를 맞추되, 용도나 상황에 맞게 조리개를 많이 열어 줄 것인지, 최대 작게 열어 줄 것인지를 결정하면 된다. 혹시 조리개를 최대한 많이 열어 인물을 강조하고 싶은데 조명이 너무 밝거나 야외인 경우 셔터 스피드를 아무리 빠르게 해도 과다노출이 된다. 이런 경우에 사용하는 것이 ND 필터이다. 사진용 카메라의 경우 렌즈 앞에 ND필터를 끼워야 하고, 프로급 캠코더의 경우에는 보통 3~4단계의 ND필터를 내장하고 있다. 요즘은 방송에도 사용할 수 있도록 개발한 프로급 PTZ 카메라의 경우 ND필터를 내장한 제품도 있다.
※ 이미지 출처: Karl Taylor Education
위에서 조리개와 셔터 스피드 단계별 조합을 설명할 때 ‘이론상’이라고 한 것은 카메라마다 실제로는 조금씩 다르기 때문이다. 아래의 두 사진에서 보듯이 영상의 밝기는 동일하지만 조리개와 셔터 스피드의 조합은 다르다. 왼쪽은 조리개를 최대로 개방하여 f1.6이고 셔터 스피드는 1/60s이다. 최대 줌(zoom) 배율이 20배까지 모두 당긴 것이라 DOF (초점 맺는 거리)가 줄어든데다 조리개도 최대 개방이어서 DOF는 조금 더 줄어들게 된다. 즉, (사진상으로는 별로 티가 안 나지만) 풍경을 촬영하는 용도로는 약간 불리한 조합이다. 오른쪽의 경우 조리개를 f5.6까지 조여 주어 DOF를 약간 더 길게 해 준 대신 동일한 노출을 유지하기 위해 셔터 스피드를 1/30s로 느리게 해 주었다. 따라서, Focus 측면에서 풍경 촬영에는 조금 더 유리해졌지만, Motion이라는 측면에서는 지나가는 차들의 움직임이 덜 깨끗해 질 것이다.
※ K6-20XT 카메라의 노출 수동 설정: (1/60 × F1.6) vs (1/30 × F5.6)
위와 같이 수동으로 노출을 설정할 경우 기본적으로는 조리개와 셔터 스피드를 잘 조합해서 원하는 밝기를 구현하면 된다. 하지만 상황에 따라서는 이 둘의 조합만으로는 원하는 수준이 안될 수도 있다. 예를 들어, 조명이 충분히 밝지 않은 장소라든지, 혹은 일부러 조명을 낮춰야 하는 경우도 있을 것이다. 이럴 때에는 게인 (Gain)이라는 조정기능을 이용해서 노출을 보충해 주면 된다. 이 게인 (Gain)이라는 것은 영상신호를 비례적으로 증폭시키는 것이라고 생각하면 되는데, 말 그대로 신호를 증폭시키는 것이기 때문에 일정 수준 이상으로 올리면 노이즈 (Noise)가 발생할 수 있으므로 가급적 Gain은 최소한으로 사용하는 것이 좋다.
감마 (Gamma)는 비선형 Power Function!
이렇게 조리개, 셔터 스피드, 게인의 3가지를 활용해서 최대한 영상의 밝기를 맞췄는데, 여전히 마음에 들지 않는 부분이 있을 수 있다. 카메라는 아직 우리 눈에 보이는 빛의 전체 밝기 범위를 커버하지 못한다. 특히, 우리가 흔히 접하는 PTZ 카메라들은 대부분 1/2 ~ 1/3인치 정도의 작은 센서를 채용하고 있기 때문에 대략 10 Stop 내외의 다이나믹 레인지를 가질 것이다. 따라서 HDR이 아닌 일반 SDR 카메라의 경우 작은 다이나믹 레인지에서 그나마 조금 더 화질을 개선할 수 있는 기능이 감마 (gamma)라는 것이다.
카메라는 센서에 들어 오는 빛(가시광선)을 전기신호로 변형하는 과정에서 감마(gamma)라는 함수를 적용한다. 즉, 빛의 강도 (Intensity of Light)가 선형이라고 가정했을 때 이를 아래의 그림과 같이 비선형으로 변환시켜 준다. 그 이유는 인간의 시각적 특성을 반영하여 영상처리의 효율을 높이기 위한 것이다. 아래 그림에서 CIE L* (CIE L-스타)는 빛의 밝기에 대해 인간의 시감 특성을 나타난다. 즉, 어두운 빛의 차이에 대해서는 민감하게 느끼는데 비해, 밝은 빛으로 갈수록 그 차이를 잘 못 느낀다는 것이다. 이와 같은 원리를 이용하여 카메라에서도 이와 유사하게 빛을 인코딩하는 것이다. 즉, 디지털적으로 얘기하자면 어두운 색에 더 많은 데이터를 배당하고, 밝은 색에는 조금 적은 데이터를 배당해서 처리한다고 비유할 수 있겠다. 아래의 그림에서 Rec.709 (점선)는 HDTV 방송 규격인 ITU-R BT.709에서 정한 카메라의 비선형 광전 변환함수 (OETF: Opto-Electrical Transfer Function)을 보여주고 있다. L*와 조금 차이는 있지만 상당히 유사한 형태이다.
이렇게 카메라에서 비선형 변환함수를 사용하였기 때문에 영상은 원래 오리지널 이미지에 비해 특히 중간 톤이 많이 밝게 인코딩 되는데, 나중에 디스플레이의 반대적인 감마 특성에 의해 원래의 영상이 재현된다. 디스플레이의 이러한 특성을 전광 변환함수 (EOTF: Electro-Optical Transfer Function)이라 하는데, 단순하게 ‘모니터 감마’ 혹은 ‘디스플레이 감마’라고 부른다.
서론이 좀 길었는데 이와 같은 감마 혹은 변환함수를 조절하여 영상의 화질, 정확하게는 색감을 조정해 줄 수 있다. 감마는 입력값 (계조별 단계: 블랙 ~ 화이트)과 출력값 (영상의 밝기)에 대한 것이므로 기본적으로는 영상의 톤 (Tone)에 영향을 미친다. 하지만 톤이 바뀌면 결국 컬러도 바뀌는 것이기 때문에 색감이 달라지게 된다.
PTZ 카메라의 경우 3~4단계의 감마 조정 기능을 제공하는 제품들이 있다. 지난해의 강좌에서도설명드렸던 내용인데, 아래의 그림은 A7 카메라의 감마 조정기능인데, 총 6개의 선택 옵션을 제공한다. 그런데 0.45 ~ 0.56과 같은 수치가 표시되어 있다. 무엇을 뜻하는지 일반인들은 이해하기 어려울 것인데, 아래의 2번째 그림을 보시면 된다. 쉽게 말해서 모니터 감마는 예를 들어, y=X^2.2와 같은 2차 함수에서 2.2라는 자승값을 뜻한다. 반대로 카메라 감마의 경우 y=X^(1/2.2)과 같이 역수와 같은 것이라 이해하시면 되겠다. 1/1.8 (=0.56), 1/2.0 (=0.50), 1/2.2 (=0.45), 1/2.4(=0.42)이므로 아래 그림의 수치들은 모니터 감마 1.5, 2.0, 2.2, 2.4에 역수를 뜻하는 것이다.
※ A7 카메라의 감마 조정기능
※ 카메라의 감마(값)과 OETF (톤 커브)의 관계
위에서 설명한 바와 같이 카메라 감마와 모니터 감마는 역(reverse)의 관계를 가지고 있지만, 어쨌든 이 감마를 높이거나 낮추어서 이미지 혹은 영상의 톤을 조절할 수 있다는 점은 동일하다. 특히, 그 영향이 주로 중간 톤에만 영향을 미치고 매우 어두운 색이나 매우 밝은 색에는 영향이 적다는 점이 중요하다. 우리가 모니터에서 밝기 (Brightness=Offset)나 명암 (Contrast=Gain)을 조정해 보면 잘못 조절할 경우 암부 계조(Shadow)가 뭉개지거나 명부 계조(Highlight)가 날아가는 증상이 나타난다. 따라서 전체적인 계조를 잘 유지하면서 밝기만 조절하는데 매우 애를 먹게 된다. 하지만 감마 (gamma)는 위의 그래프에서 보다시피 중간 계조에 주로 작용하기 때문에 밝기나 명암 조절로 불가능한 톤 조절이 가능하다.
예를 들어, 아래의 첫 번째 이미지는 노출 설정을 ‘자동’으로 했을 때의 영상이다. 한 화면 안에 매우 밝은 부분과 어두운 부분 (건물 그림자)이 공존하고 있으니 화면 전체의 밝기를 평균하여 이와 같이 다소 어정쩡한 이미지가 되었다. K6-20XT에는 사용자가 직접 감마 커브를 조절할 수 있는 기능이 탑재되어 있는데, 이 기능을 잘 활용하면 두 번째 이미지와 같이 보다 선명하고 깨끗한 영상을 만들 수 있다. 이렇게 감마를 직접 조절한 경우 Preset으로 저장해 놓으면 언제든 불러와 재사용이 가능하다.
예를 들어, 아래의 사례에서와 같이 어떤 특정 장면에 어울리는 감마를 2~3개 만들어 Preset에 저장해 놓으면, 상황에 따라 우측에 있는 Preset 리스트를 보면서 편리하게 해당 감마 설정을 불러올 수 있다. 이 K6-20XT 카메라는 보급형 제품이기 때문에 대부분의 사용자들은 노출을 AUTO로 놓고 사용하겠지만, 교회에서는 직접 카메라를 수동으로 조작하는 경우도 있기 때문에 이렇게 상황이나 장면에 어울리는 감마를 만들어 놓으면 편리하게 활용할 수 있을 것이다.
화이트 밸런스는 언제나 자동으로?
화이트 밸런스 역시 지난 해의 강좌에서 상세히 설명해 드린 바 있는데, 정말 웬만해서는 자동으로 설정해 놓고 사용하는 경우가 거의 대부분일 것이다. 필자도 귀차니즘 + 사고회피 성향 때문에 좀 마음에 안 들어도 그냥 Auto로 놓고 쓰곤 한다.
※ K6-20XT 카메라의 화이트밸런스 옵션
하지만 꼭 필요한 경우 ‘자동’ 이외에 가장 쓸 만한 것은 ‘색온도’를 직접 선택하는 것이다. One Push 기능도 요긴하긴 한데 보통 귀찮아서 안한다. 그레이챠트가 필요한데, 사실 없으면 흰색 A4 용지나 폼보드 같은 것을 사용해도 된다. 어쨌든 이렇게 하는 것도 좋지만, 그냥 색온도 리스트에서 선택하는 것이 더 시간효율적이다. 보통 실내 조명은 ‘주광색 (Daylight)’를 사용하기 때문에 5000K~5600K 사이에서 선택하면 될 것이다. 색온도 보상의 원리는 아래의 그림을 참고하시기 바란다. (조명이 불그스름하면 파란색을 섞고, 조명이 푸르스름하면 붉은 색을 섞는 원리이다)
※ A7-20NT 카메라의 화이트밸런스 옵션 중 색온도 선택 기능 (VAR)
화이트 밸런스는 한 마디로 말해서 R, G, B의 배합비율이다. 따라서 백색이나 회색 등의 중립색 (Neutral Color) 뿐 아니라 모든 색에 영향을 미친다. 아래의 이미지는 색온도를 바꾸었을 때 전체적인 컬러 톤이 어떻게 달라지는 지 극명하게 대조적으로 보여 주고 있다.
※ A7-20NT 카메라의 화이트밸런스 (색온도 선택)
위와 같이 화이트 밸런스 조정은 전체적인 화면에 획일적으로 색을 바꿔주기 때문에 어떤 특정 컬러 (예: 피부색)만 좀 더 붉게 해 주고 싶다든지, 혹은 파란색 물체를 핑크색으로 바꿔서 보여 주고 싶다든지 할 때에는 아래와 같은 세부적인 컬러 조정기능이 매우 유용할 것이다.
※ K6-20XT의 6컬러 매트릭스 조정기능
참고로, 조정간을 모두 왼쪽으로 밀면 아래와 좌측 사진과 같이 채도가 과장된 색이 되고, 6개의 조정간을 모두 오른쪽으로 밀면 아래의 우측 이미지와 같이 거의 채도가 빠진 색이 된다. 보통 1차색 (Primary Colors)인 Red, Green, Blue와 2차색 (Secondary Colors)인 Cyan, Magenta, Yellow의 6가지 색을 조정하는 기능은 본 적이 있는데, 이번 K6-20XT에는 1차색은 없고, 2차색을 2가지씩 조절할 수 있도록 고안된 세부 색 조정기능이 탑재되었다. 익숙하지 않은 패턴이라 좀 혼란스러울 수 있는데, 정확한 사용법과 효과에 대해서는 다음에 별도의 강좌에서 다뤄 보도록 하겠다.
두 번째 옵션인 CSC 기능의 경우 우리가 흔히 사용하는 색 체계 (Color System)으로 색을 조정할 수 있게 해 준다. 즉, 색조 (Hue), 밝기 (Lightness), 대비 (Contrast), 채도 (Saturation)의 4가지 항목을 조합해서 색을 조정할 수 있다. 원래 CSC는 Color Space Conversion의 약자인데, 우리말로 ‘색공간 변환’이라고 한다. RGB 색공간에서 YCbCr이나 YUV 색공간으로 변환하거나 그 반대로 변환하는 것을 CSC라 한다. 여기서는 RGB 색공간이 아닌 우리에게 익숙한 HSL (Hue, Saturaion, Lightness) 색공간으로 변환했다는 뜻으로 쓰인 것 같다. “이상”
‘세상에 나쁜 개는 없다’라는 TV 프로그램 제목을 패러디 해 보았다. 이 제목이 전달해 주고자 하는 것은 무조건 나쁜 개가 없다는 게 아님을 다들 알 것이다. 사람과 함께 살아가는 개라면 보호자에 따라 개는 나쁜 개도, 혹은 좋은 개도 될 수 있다는 뜻이다. 그만큼 보호자의 역할이 중요하다는 것이며, 실제로 프로그램을 통해 사람과 잘 살 수 있도록 제대로 훈련시키는 방법을 배우게 된다.
사실 개와 같은 생명체뿐만 아니라 우리가 평소 접하는 거의 모든 것들이 마찬가지일 것이다. 자동차나 컴퓨터, 스마트 폰, 그리고 카메라 등. 용도에 맞는 제품을 구입하는 것도 중요하지만, 새로 산 제품일 경우 기능을 제대로 파악하고 익숙해 지는 과정이 필요하다. 제조사나 모델에 따라 달라지는 부분들이 꼭 있기 마련이고, 기능이 추가되거나 사라지기도 하며, 사용하는 방법이 아예 달라지는 경우도 많기 때문이다.
"이 카메라는 화질이 좋군!"
카메라를 비교 시연하게 되는 경우가 종종 있는데 가끔 놀라곤 한다. 필자가 보기에는 두 제품의특성이 너무 비슷해서 고객이 주요 차이점을 어떻게 설명할까 하고 고민하곤 하는데, 어떤 경우에는 고객이 1분도 안되어 A라는 카메라가 B라는 카메라보다 화질이 좋다고 평가한다. 필자가 보기에는 별 차이가 없어 보이는데 고객은 대번에 결정해 버린다. “내가 나이가 들어 시력이 떨어져서 잘 못 본 것일까?”하고 의심을 하기도 했는데, 일단 고객은 자신의 업무적 경험을 바탕으로 제품을 평가하는 자신만의 기준이 있었던 것 같다.
그런데, 이런 상황을 여러 번 겪다 보면 또 한 가지 재미있는 사실을 발견하게 된다. 일반적인 고객들은 대부분은 용도나 환경에 따라 카메라의 설정을 최적화하는 것을 고려하지 않는다는 것이다. 방송국의 구매 고객들은 대부분은 엔지니어나 현업에서 카메라를 운용하는 전문가들이기 때문에 카메라에서 지금 당장 나오는 화질이 중요하지 않다. 얼마나 다양한 설정 옵션이 있는지, 그리고 그 설정에 따라 화질이 제대로 나오는 지를 반드시 테스트해 보고 구매한다. 하지만, 일반적인 고객들은 카메라의 설정을 거의 건드리려 하지 않고, 있는 그대로 (대부분 자동)으로 놓고 쓰는 경우가 많다.
따라서, 일반적인 고객들은 카메라를 공장 출하 상태 그대로를 기준으로 기능과 화질을 평가하며, 웬만해서는 설정값을 변경하는 수고로움 (+ 위험)을 감수하려 하지 않는다. 그래서 일반 소비자들이 사용하는 제품일 수록 제조사에서 제품을 출시할 때 공장 출하 모드를 정성스럽게 만들어야 한다.
사실 대부분의 카메라들은 (제품마다 꽤 큰 차이가 있음에도 불구하고) 일반적인 사용자들이 보기에 적당하다고 느낄 수 있는 정도는 대부분 충족할 수 있다. 단지, 환경에 맞게 혹은 사용자의 취향에 맞게 이것저것 설정을 바꿔 주어야 할 뿐이다. 화질에 영향을 주는 요소는 많지만, 가장 기본적으로 노출 (Exposure)과 초점 (Focus), 화이트 밸런스 (White Balance)만 잘 조절해 주어도 웬만하면 만족스러운 화면이 나온다. 이번 기사에서는 가장 기본적이고 중요한 기능인데 가장 손대기 꺼리는 노출과 화이트에 대해 설명해 보고자 한다.
과도한 노출은 금물!
기존 기사를 통해 이미 여러 차례 노출에 대한 설명을 해 왔지만 노출은 색감을 포함한 화질이라는 개념에서 가장 기본이 되는 개념이다. 사진이나 영상이 적절한 밝기를 가지려면 카메라에서 기본적으로 노출 (Exposure)를 잘 설정해야 한다. 하지만 ‘노출’ 설정은 단지 사진이나 영상의 밝기에만 영향을 미치는 것이 아니라 이미지의 느낌과 피사체의 동작, 그리고 초점 (Focus)까지 영향을 미치기 때문에 매우 중요하며, 이 ‘노출’ 하나만 잘 설정해도 화질의 70~80%는 먹고 들어간다고 할 수 있다.
먼저, 아래의 표를 보면 조리개 (Aperture)와 셔터속도 (Shutter Speed)의 설정에 따라 영상의 밝기가 어떻게 달라지는지 쉽게 알 수 있다. 매우 단순한 원리이다. 조리개는 빛이 (필름이나 센서에) 들어오도록 문을 열어 주는 것이다. 그 문이 크면 빛이 많이 들어올 것이니 영상이 밝아지고, 문이 작으면 빛이 적게 들어올 것이니 상대적으로 어두운 영상이 된다. 즉, 조리개를 작게 열 수록 어두워 지고, 크게 열수록 밝아진다. 조리개 값이 작아서 f1에 근사하다면 투과율이 1 (100%)에 근접하는 것이라 이해하면 되겠고, 한 단계 올라갈수록 1 스탑, 즉 2배 어두워 진다고 보시면 되겠다.
셔터 스피드의 경우 얼마나 오랫동안 빛을 통과시키는 가에 대한 것이다. 즉, 같은 조리개 값이라하더라도 오래 열어 놓으면 빛이 많이 들어와 영상이 밝아질 것이고, 빨리 닫아 버리면 빛이 조금 들어와 상대적으로 어두워질 것이다. 셔터 스피드의 각 단계는 2배로 밝아지거나 어두워지는 수준을 뜻한다. 즉, 1/60 (60분의 1초) 동안 조리개를 열어 놓으면, 1/125 (125분의 1초) 동안 열어 놓은 것에 비해 밝기가 2배가 된다는 뜻이다.
※ 이미지 출처: Karl Taylor Education
따라서, 적당한 밝기의 영상을 만들기 위해서는 매우 다양한 조합이 가능하다. 예를 들어 충분히 조명이 밝은 강의실을 경우 이론적으로 아래와 3가지 조합은 모두 비슷한 밝기의 영상이 된다. 하지만, 용도와 환경에 따라 어떤 조합이 더 적절한 지는 달라질 수 있다.
1) f8 × 1/60
2) f5.6 × 1/125
3) f2.8 × 1/500
예를 들어, 학원이라면 필자는 1)번을 추천할 것이다. 조리개 값 (f2.8 ~ f8 등)은 빛이 들어 오는 양도 조절하지만 f값이 높을수록 초점이 맺히는 거리가 늘어난다. 즉, DOF (Depth of Field)가 깊어지기 때문에 (일반적인 PTZ 카메라라면) 칠판에다 초점을 맞추어도 강사의 얼굴까지 또렷하게 잡힐 것이다. 그리고, 요즘 국내에서 많이 사용하는 LED 조명들이 대부분 60Hz의 배수이기 때문에 1/60초로 셔터 스피드를 설정하는 것이 많은 경우에 화면 깜박임 (Flicker)를 방지하는 데에도 좋다. 반면에 인물을 부각시키면서 배경을 살짝 흐리게 하여 조금 예술적인 느낌을 살리고 싶다든지, 혹은 움직임이 많아서 좀더 깨끗한 모션을 추구한다면 f2.8과 1/500 조합이 좋을 것이다.
이렇게 조리개와 셔터스피드의 조합으로 적절한 영상을 밝기를 맞추되, 용도나 상황에 맞게 조리개를 많이 열어 줄 것인지, 최대 작게 열어 줄 것인지를 결정하면 된다. 혹시 조리개를 최대한 많이 열어 인물을 강조하고 싶은데 조명이 너무 밝거나 야외인 경우 셔터 스피드를 아무리 빠르게 해도 과다노출이 된다. 이런 경우에 사용하는 것이 ND 필터이다. 사진용 카메라의 경우 렌즈 앞에 ND필터를 끼워야 하고, 프로급 캠코더의 경우에는 보통 3~4단계의 ND필터를 내장하고 있다. 요즘은 방송에도 사용할 수 있도록 개발한 프로급 PTZ 카메라의 경우 ND필터를 내장한 제품도 있다.
※ 이미지 출처: Karl Taylor Education
위에서 조리개와 셔터 스피드 단계별 조합을 설명할 때 ‘이론상’이라고 한 것은 카메라마다 실제로는 조금씩 다르기 때문이다. 아래의 두 사진에서 보듯이 영상의 밝기는 동일하지만 조리개와 셔터 스피드의 조합은 다르다. 왼쪽은 조리개를 최대로 개방하여 f1.6이고 셔터 스피드는 1/60s이다. 최대 줌(zoom) 배율이 20배까지 모두 당긴 것이라 DOF (초점 맺는 거리)가 줄어든데다 조리개도 최대 개방이어서 DOF는 조금 더 줄어들게 된다. 즉, (사진상으로는 별로 티가 안 나지만) 풍경을 촬영하는 용도로는 약간 불리한 조합이다. 오른쪽의 경우 조리개를 f5.6까지 조여 주어 DOF를 약간 더 길게 해 준 대신 동일한 노출을 유지하기 위해 셔터 스피드를 1/30s로 느리게 해 주었다. 따라서, Focus 측면에서 풍경 촬영에는 조금 더 유리해졌지만, Motion이라는 측면에서는 지나가는 차들의 움직임이 덜 깨끗해 질 것이다.
※ K6-20XT 카메라의 노출 수동 설정: (1/60 × F1.6) vs (1/30 × F5.6)
위와 같이 수동으로 노출을 설정할 경우 기본적으로는 조리개와 셔터 스피드를 잘 조합해서 원하는 밝기를 구현하면 된다. 하지만 상황에 따라서는 이 둘의 조합만으로는 원하는 수준이 안될 수도 있다. 예를 들어, 조명이 충분히 밝지 않은 장소라든지, 혹은 일부러 조명을 낮춰야 하는 경우도 있을 것이다. 이럴 때에는 게인 (Gain)이라는 조정기능을 이용해서 노출을 보충해 주면 된다. 이 게인 (Gain)이라는 것은 영상신호를 비례적으로 증폭시키는 것이라고 생각하면 되는데, 말 그대로 신호를 증폭시키는 것이기 때문에 일정 수준 이상으로 올리면 노이즈 (Noise)가 발생할 수 있으므로 가급적 Gain은 최소한으로 사용하는 것이 좋다.
감마 (Gamma)는 비선형 Power Function!
이렇게 조리개, 셔터 스피드, 게인의 3가지를 활용해서 최대한 영상의 밝기를 맞췄는데, 여전히 마음에 들지 않는 부분이 있을 수 있다. 카메라는 아직 우리 눈에 보이는 빛의 전체 밝기 범위를 커버하지 못한다. 특히, 우리가 흔히 접하는 PTZ 카메라들은 대부분 1/2 ~ 1/3인치 정도의 작은 센서를 채용하고 있기 때문에 대략 10 Stop 내외의 다이나믹 레인지를 가질 것이다. 따라서 HDR이 아닌 일반 SDR 카메라의 경우 작은 다이나믹 레인지에서 그나마 조금 더 화질을 개선할 수 있는 기능이 감마 (gamma)라는 것이다.
카메라는 센서에 들어 오는 빛(가시광선)을 전기신호로 변형하는 과정에서 감마(gamma)라는 함수를 적용한다. 즉, 빛의 강도 (Intensity of Light)가 선형이라고 가정했을 때 이를 아래의 그림과 같이 비선형으로 변환시켜 준다. 그 이유는 인간의 시각적 특성을 반영하여 영상처리의 효율을 높이기 위한 것이다. 아래 그림에서 CIE L* (CIE L-스타)는 빛의 밝기에 대해 인간의 시감 특성을 나타난다. 즉, 어두운 빛의 차이에 대해서는 민감하게 느끼는데 비해, 밝은 빛으로 갈수록 그 차이를 잘 못 느낀다는 것이다. 이와 같은 원리를 이용하여 카메라에서도 이와 유사하게 빛을 인코딩하는 것이다. 즉, 디지털적으로 얘기하자면 어두운 색에 더 많은 데이터를 배당하고, 밝은 색에는 조금 적은 데이터를 배당해서 처리한다고 비유할 수 있겠다. 아래의 그림에서 Rec.709 (점선)는 HDTV 방송 규격인 ITU-R BT.709에서 정한 카메라의 비선형 광전 변환함수 (OETF: Opto-Electrical Transfer Function)을 보여주고 있다. L*와 조금 차이는 있지만 상당히 유사한 형태이다.
이렇게 카메라에서 비선형 변환함수를 사용하였기 때문에 영상은 원래 오리지널 이미지에 비해 특히 중간 톤이 많이 밝게 인코딩 되는데, 나중에 디스플레이의 반대적인 감마 특성에 의해 원래의 영상이 재현된다. 디스플레이의 이러한 특성을 전광 변환함수 (EOTF: Electro-Optical Transfer Function)이라 하는데, 단순하게 ‘모니터 감마’ 혹은 ‘디스플레이 감마’라고 부른다.
서론이 좀 길었는데 이와 같은 감마 혹은 변환함수를 조절하여 영상의 화질, 정확하게는 색감을 조정해 줄 수 있다. 감마는 입력값 (계조별 단계: 블랙 ~ 화이트)과 출력값 (영상의 밝기)에 대한 것이므로 기본적으로는 영상의 톤 (Tone)에 영향을 미친다. 하지만 톤이 바뀌면 결국 컬러도 바뀌는 것이기 때문에 색감이 달라지게 된다.
PTZ 카메라의 경우 3~4단계의 감마 조정 기능을 제공하는 제품들이 있다. 지난해의 강좌에서도설명드렸던 내용인데, 아래의 그림은 A7 카메라의 감마 조정기능인데, 총 6개의 선택 옵션을 제공한다. 그런데 0.45 ~ 0.56과 같은 수치가 표시되어 있다. 무엇을 뜻하는지 일반인들은 이해하기 어려울 것인데, 아래의 2번째 그림을 보시면 된다. 쉽게 말해서 모니터 감마는 예를 들어, y=X^2.2와 같은 2차 함수에서 2.2라는 자승값을 뜻한다. 반대로 카메라 감마의 경우 y=X^(1/2.2)과 같이 역수와 같은 것이라 이해하시면 되겠다. 1/1.8 (=0.56), 1/2.0 (=0.50), 1/2.2 (=0.45), 1/2.4(=0.42)이므로 아래 그림의 수치들은 모니터 감마 1.5, 2.0, 2.2, 2.4에 역수를 뜻하는 것이다.
※ A7 카메라의 감마 조정기능
※ 카메라의 감마(값)과 OETF (톤 커브)의 관계
위에서 설명한 바와 같이 카메라 감마와 모니터 감마는 역(reverse)의 관계를 가지고 있지만, 어쨌든 이 감마를 높이거나 낮추어서 이미지 혹은 영상의 톤을 조절할 수 있다는 점은 동일하다. 특히, 그 영향이 주로 중간 톤에만 영향을 미치고 매우 어두운 색이나 매우 밝은 색에는 영향이 적다는 점이 중요하다. 우리가 모니터에서 밝기 (Brightness=Offset)나 명암 (Contrast=Gain)을 조정해 보면 잘못 조절할 경우 암부 계조(Shadow)가 뭉개지거나 명부 계조(Highlight)가 날아가는 증상이 나타난다. 따라서 전체적인 계조를 잘 유지하면서 밝기만 조절하는데 매우 애를 먹게 된다. 하지만 감마 (gamma)는 위의 그래프에서 보다시피 중간 계조에 주로 작용하기 때문에 밝기나 명암 조절로 불가능한 톤 조절이 가능하다.
예를 들어, 아래의 첫 번째 이미지는 노출 설정을 ‘자동’으로 했을 때의 영상이다. 한 화면 안에 매우 밝은 부분과 어두운 부분 (건물 그림자)이 공존하고 있으니 화면 전체의 밝기를 평균하여 이와 같이 다소 어정쩡한 이미지가 되었다. K6-20XT에는 사용자가 직접 감마 커브를 조절할 수 있는 기능이 탑재되어 있는데, 이 기능을 잘 활용하면 두 번째 이미지와 같이 보다 선명하고 깨끗한 영상을 만들 수 있다. 이렇게 감마를 직접 조절한 경우 Preset으로 저장해 놓으면 언제든 불러와 재사용이 가능하다.
예를 들어, 아래의 사례에서와 같이 어떤 특정 장면에 어울리는 감마를 2~3개 만들어 Preset에 저장해 놓으면, 상황에 따라 우측에 있는 Preset 리스트를 보면서 편리하게 해당 감마 설정을 불러올 수 있다. 이 K6-20XT 카메라는 보급형 제품이기 때문에 대부분의 사용자들은 노출을 AUTO로 놓고 사용하겠지만, 교회에서는 직접 카메라를 수동으로 조작하는 경우도 있기 때문에 이렇게 상황이나 장면에 어울리는 감마를 만들어 놓으면 편리하게 활용할 수 있을 것이다.
화이트 밸런스는 언제나 자동으로?
화이트 밸런스 역시 지난 해의 강좌에서 상세히 설명해 드린 바 있는데, 정말 웬만해서는 자동으로 설정해 놓고 사용하는 경우가 거의 대부분일 것이다. 필자도 귀차니즘 + 사고회피 성향 때문에 좀 마음에 안 들어도 그냥 Auto로 놓고 쓰곤 한다.
하지만 꼭 필요한 경우 ‘자동’ 이외에 가장 쓸 만한 것은 ‘색온도’를 직접 선택하는 것이다. One Push 기능도 요긴하긴 한데 보통 귀찮아서 안한다. 그레이챠트가 필요한데, 사실 없으면 흰색 A4 용지나 폼보드 같은 것을 사용해도 된다. 어쨌든 이렇게 하는 것도 좋지만, 그냥 색온도 리스트에서 선택하는 것이 더 시간효율적이다. 보통 실내 조명은 ‘주광색 (Daylight)’를 사용하기 때문에 5000K~5600K 사이에서 선택하면 될 것이다. 색온도 보상의 원리는 아래의 그림을 참고하시기 바란다. (조명이 불그스름하면 파란색을 섞고, 조명이 푸르스름하면 붉은 색을 섞는 원리이다)
※ A7-20NT 카메라의 화이트밸런스 옵션 중 색온도 선택 기능 (VAR)
화이트 밸런스는 한 마디로 말해서 R, G, B의 배합비율이다. 따라서 백색이나 회색 등의 중립색 (Neutral Color) 뿐 아니라 모든 색에 영향을 미친다. 아래의 이미지는 색온도를 바꾸었을 때 전체적인 컬러 톤이 어떻게 달라지는 지 극명하게 대조적으로 보여 주고 있다.
※ A7-20NT 카메라의 화이트밸런스 (색온도 선택)
위와 같이 화이트 밸런스 조정은 전체적인 화면에 획일적으로 색을 바꿔주기 때문에 어떤 특정 컬러 (예: 피부색)만 좀 더 붉게 해 주고 싶다든지, 혹은 파란색 물체를 핑크색으로 바꿔서 보여 주고 싶다든지 할 때에는 아래와 같은 세부적인 컬러 조정기능이 매우 유용할 것이다.
※ K6-20XT의 6컬러 매트릭스 조정기능
참고로, 조정간을 모두 왼쪽으로 밀면 아래와 좌측 사진과 같이 채도가 과장된 색이 되고, 6개의 조정간을 모두 오른쪽으로 밀면 아래의 우측 이미지와 같이 거의 채도가 빠진 색이 된다. 보통 1차색 (Primary Colors)인 Red, Green, Blue와 2차색 (Secondary Colors)인 Cyan, Magenta, Yellow의 6가지 색을 조정하는 기능은 본 적이 있는데, 이번 K6-20XT에는 1차색은 없고, 2차색을 2가지씩 조절할 수 있도록 고안된 세부 색 조정기능이 탑재되었다. 익숙하지 않은 패턴이라 좀 혼란스러울 수 있는데, 정확한 사용법과 효과에 대해서는 다음에 별도의 강좌에서 다뤄 보도록 하겠다.
두 번째 옵션인 CSC 기능의 경우 우리가 흔히 사용하는 색 체계 (Color System)으로 색을 조정할 수 있게 해 준다. 즉, 색조 (Hue), 밝기 (Lightness), 대비 (Contrast), 채도 (Saturation)의 4가지 항목을 조합해서 색을 조정할 수 있다. 원래 CSC는 Color Space Conversion의 약자인데, 우리말로 ‘색공간 변환’이라고 한다. RGB 색공간에서 YCbCr이나 YUV 색공간으로 변환하거나 그 반대로 변환하는 것을 CSC라 한다. 여기서는 RGB 색공간이 아닌 우리에게 익숙한 HSL (Hue, Saturaion, Lightness) 색공간으로 변환했다는 뜻으로 쓰인 것 같다. “이상”