카메라의 해상도에 관하여_MTS 편

 

▷카메라 해상도에 관하여◁

-MTS 편-

 

일상생활에서 해상도라는 말은 쉽게 접할 수 있다.

사진을 찍을 때나 혹은 영상을 시청할 때

그때, 우리는 영상이 더 뚜렷하고 실제에 가까울수록 '고해상도'라는 말을 많이 사용한다.

핸드폰을 구입하거나, TV를 구매할 때에도 해상도는 제품의 사양을 나타낼 만큼 중요한 좌표이다.

그래서 이번엔 카메라 해상도가 정확히 무엇을 의미하는지에 대해 이야기해보려 한다.

 

< 이미지의 명도비( Contrast )와 선명도( Sharpness ) >

고해상도 이미지는 얼마나 선명한지에 대한 이야기가 된다.

광학에서는 선명한 이미지를 얻기 위해 흑과 백의 밝기 차이를 이용한 '명도비'의 의미를 포함한다.

이를 이해하기 위해 다음의 그림을 확인해보자.

 

 

지금 위 그림은 검은색 줄무늬와 흰색 줄무늬 즉, 흑과 백이 교차하며 나타나는 줄무늬 모양이다.

왼쪽에 있는 흑백 줄무늬는 명확하게 구분되지만 오른쪽으로 갈수록 줄무늬 간격이 줄어들면서

이전보다 구분하기가 어려워진다. 

( 계속 줄어들다 보면 언젠간 우리 눈으로는 간격이 안 보일 것이다.)

이렇게 계속 간격이 줄어들다가 더 이상 구분하지 못하는 점,

즉 최대치로 구분할 수 있을 때까지 = 우리가 줄무늬를 구분할 수 있을 최대치

이 부분이 얼마나 되는지가  광학계의 성능을 나타낸다.

 

그리고 이들을 lp/mm : line pair per millimeter라고 부른다.

흑과 백의 줄무늬가 한쌍으로 (=line pair) 1mm (=per millimeter) 길이 안에 얼마나 보여줄 수 있는지

그 의미를 나타낸다고 생각하면 되겠다. 

 

EX) 50 lp/mm 렌즈

50 lp/mm를 앞선 내용으로 해석해보자면 1mm 길이 안에 50개씩 줄무늬가 있는 것이다.

여기서 주의할 것은 50개가 흑백 한쌍이다. 

그래서 총 줄무늬는 100개이며 그 안에 흑: 50, 백:50 이 있다는 것이다.

즉 50 lp/mm 렌즈는 총 100개의 줄무늬를 보여줄 수 있는 해상력을 가진 렌즈이다.

당연히 50보다 100, 100보다 200 lp/mm가 성능이 좋은 렌즈이다. 

 

지금까지 알아본 것은 '선명도'에 대한 것이었다.

선명도를 설명하기 위해 흑과 백의 줄무늬 간격에 대해 살펴보았지만

막상 의문점이 생길 것이다.

 

'내 눈은 1mm 안에 40개까지 보이는데, 다른 사람 눈에는 50개까지 보인다면 lp/mm의 기준은 어떻게 되는 것인가?' 

이러한 기준을 세우기 위해 '명도비'에 대해서 이야기해보자.

 

---

 

명도비와 선명도의 관계를 가장 잘 표현하는 그림이라고 생각해서 가져왔다.

출처: 앤비젼

이 그림을 세로축은 명도비, 가로축을 lp/mm를 나타냈다. 

그냥 봐도 느껴지지만 명도비가 90% 일 때와 10% 일 때는 선명하게 보이는 정도가 다르다.

명도비가 높을수록 (가장 위에 있는 줄) 더 선명하게 보이며 명도비가 낮을수록 흑백의 선명함이 사라진다.

 

하나씩 변수를 고정시키고 확인해보자.

먼저, 같은 lp/mm에서 명도비만 확인한다면 아래로 갈수록 (0.8 lp/mm에서 90%->70%->40%->10%) 흐릿하게 보인다.

반대로 명도비를 고정시키고 lp/mm만 확인한다면

10%의 명도비 라인에서 0.8->1.6->3.2->6.4 순서로 확인했을 때, lp/mm 가 높을수록 줄무늬가 흐릿하게 보인다.

 

그래서 어느 기준치 이하로 이들의 값이 떨어지면 흑과 백의 구분을 할 수 없을 정도로 흐려진다.

위 그림의 화살표 두 개를 확인해보자.

빨간색 화살표 방향과 파란색 화살표 방향을 따라가 보면 빨간색 화살표가 좀 더 선명하게 보이는 것을 확인할 수 있다.

즉, 빨간색 화살표가 Contrast가 더 높으며 파란색 화살표보다 좋은 성능을 지닌 렌즈를 표현한 것이다.

 

일반적으로 이러한 한계기준을 30% 정도로 생각한다.

프로그램을 사용하여 렌즈를 설계할 때 이러한 정보를 볼 수 있는 창이 있는데 만약 이 수치가 한계치 이하가 된다면

사용할 수 없는 렌즈가 된다. 

이렇게 lp/mm 당 contrast 값을 연속적으로 측정하여 기록하여 함수 그래프로 나타낸 것이 MTF이다.

MTF (Modulation Transfer Function)이 렌즈의 성능을 파악하는 기준이 된다.

 

Contrast 한계 기준을 30% 일 때

 흑색 밝기를 0, 백색 밝기를 1이라고 생각해보자.

Contrast가 30% 라는 것은 렌즈를 통과하였을 때 이 두 색의 밝기 차이가 0.3으로 줄어든다는 의미가 된다.

말만 들어도 성능 저하라는 느낌이 팍 온다.

설계할 때 이 값 이하로 떨어지면 흑백의 구분이 어려워지며 뿌옇게 인식되므로 사용할 수 없는 렌즈가 된다.

 

+ 정리하자면

앞서 언급했던 '의문점'에 대해서

사람마다 기준이 다르기 때문에 Contrast 한계치 30% 를 설정하여 이 값 이하로 떨어지지 않게 한다.

50 lp/mm 는 흑&백 50개씩이며 Contrast 30% 라는 의미라고 생각할 수 있겠다.

 

 

카메라 해상도에 관하여_MTF 편