한수원블로그
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세상을 담는 카메라의 원리

  • 2015.08.18.
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스마트폰 사용이 보편적으로 이루어지고, 동시에 SNS이용이 활발해지면서 요즈음 새로운 문화가 자리잡았습니다. 음식이 나오면 누가 먼저랄 것도 없이 사진부터 찍고, 여행을 가도 풍경을 사진에 먼저 담기 시작합니다.

이러한 문화가 아쉬운 점도 많지만, 그 만큼 사진에 열광하는 것은 바로 사진의 본질에 있는 것 같습니다.

사진은 사물의 이미지를 가장 객관적으로 기록하는 기술이자, 순간의 기록을 역사로 만드는 기술입니다. 사진은 사진은 종이에 적힌 기록과는 다르게 생동감과 사실감을 가지고, 비 현실적으로 먼 시간의 거리를 넘어 과거로 우리를 데려가 우리에게 그 당시 시대의 삶을 전합니다.

오늘날 사진은 우리에게 자신을 표현하는 수단이자, 일상적인 소통의 창구이자, 세상의 모습을 투영하는 매개체가 되었습니다. 오늘은 사진이 어떻게 시작되었고, 어떠한 원리를 가지고 있는지에 대해 알아보겠습니다.

 

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◆ 사진의 원리

한 장의 사진을 만들기 위해서는 빛을 모으는 ‘렌즈’, 빛을 느끼고 상을 맺는 감광물질인 ‘필름’이나 ‘광센서’, 어둠상자와 같은 방인 ‘바디’가 필요하며, 이 세 가지가 카메라의 기본적인 구성요소입니다.

사진술은 ‘카메라 옵스큐라’에 맺힌 일시적인 영상을 고정시키는 기술’이라고 요약할 수 있습니다. ‘카메라 옵스큐라’는 라틴어로 ‘어두운 방’이란 뜻입니다.

‘어둠상자’ 한 면에 빛이 들어오는 바늘구멍을 뚫고 반대쪽 면을 적당히 거리 조절하여 보면 거꾸로 선 바깥 풍경이 비춰 보입니다. 하지만 바늘구멍을 통해 들어오는 빛의 양은 너무 적고 선명한 상을 얻기 위해 상자를 움직여 초점을 맞추어야 하며, 바늘구멍이 너무 크다면 들어오는 빛의 양은 많아지겠지만 물체로부터 오는 빛이 서로 겹쳐 선명한 상을 맺을 수 없습니다.

이 문제는 구멍 위치에 빛을 모을 수 있는 ‘렌즈’를 사용하여 해결합니다. 또한 이 영상을 고정시키려면 빛 에너지를 화학적으로 바꾸는 기술이 필요했습니다. 이것이 오늘날 ‘필름’의 역할을 수행하게 됩니다.

 

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◆ 사물을 포착하는 ‘렌즈’

빛은 다른 물질을 지나가면 마치 빠른 속력의 차가 아스팔트에서 모래사장으로 진입할 때 바퀴 방향이 휘는 것처럼 경로가 꺾이는 특성이 있습니다. 렌즈는 이러한 ‘빛의 굴절’을 이용한 도구입니다.

렌즈의 가장 중요한 기능은 빛을 모으고 초점에 맞춰 원하는 상을 맺는 것입니다. 그래서 대부분 렌즈에는 렌즈의 밝기 단위인 ‘F수’와 상이 맺히는 위치인 ‘초점거리’ 숫자가 표시되어 있습니다.

렌즈의 밝기인 ‘F수’는 빛을 받아들이는 렌즈의 능력이며 렌즈의 구경과 초점거리의 비로 나타내는데 예를 들면 1: 1.4 또는 F1.4 로 표시합니다. F수가 작아지면 렌즈가 밝기 때문에 상이 밝아지고, F수가 커지면 렌즈의 밝기도 감소하여 상이 어두워집니다.

‘초점거리’는 렌즈의 중심에서 상이 맺히는 거리로 ‘mm 단위’로 표시합니다. 이 숫자는 초점거리 보다 풍경이 보이는 범위인 ‘화각’을 알 수 있는 값입니다. 초점거리와 화각은 서로 반대의 상관관계가 있습니다. 초점거리가 길어지면 화각이 좁아지고 초점거리가 짧아지면 ‘화각’은 넓어집니다.

초점거리가 50mm 인 표준렌즈를 기준하여 이 숫자가 커지면 좁은 범위에 집중되는 ‘망원렌즈’, 이 숫자가 작아지면 넓은 풍경을 찍기에 좋은 ‘광각렌즈’라 부릅니다. 이외에도 작은 물체를 근접하여 촬영하는 접사렌즈, 초점거리를 여러 개 가지는 줌 렌즈 등이 사용됩니다.

 

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◆ 이미지를 기록하는 ‘필름’

렌즈를 통해 들어온 빛을 감지하여 상을 기록하는 것이 ‘필름’입니다. 필름이란 빛을 감지하는 화학물질을 입힌 플라스틱 띠로 빛에 노출되면 화학반응을 일으킵니다. 상을 저장한 이 필름을 암실에서 현상하면 밝고 어두운 부분으로 상이 드러나게 되는데 현상한 필름을 인화하면 다양한 크기의 사진을 얻을 수 있습니다.

디지털 카메라는 CCD, CMOS라는 빛을 감지하는 소자들이 집적된 ‘이미지 센서’가 필름의 역할을 합니다. CCD나 CMOS는 빛에 반응하는 작은 다이오드의 집합체로 각각의 ‘광다이오드’가 하나의 화소 역할을 하기 때문에 이 숫자는 해상도를 결정합니다.

또한 이 광다이오드는 광학적인 정보인 빛을 전자적 정보인 ‘전하량’으로 변환하여 저장하였다가 변환기를 거쳐 빛에 대한 정보를 디지털 값으로 바꿀 수 있게 해줍니다. 이 각각의 광다이오드 자체는 빛의 세기만 감지하기 때문에 각각의 광다이오드에 빛의 3원색인 RGB 각각의 색깔 필터를 장치하여 색깔 정보를 파악하고 기록하게 합니다.

 

■ 어둠상자와 같은 방 카메라 바디

렌즈를 통해 들어온 빛이 필름이나 CCD, CMOS 같은 이미지 센서에 상을 맺기 위해서는 불필요한 빛을 차단하는 어둠상자가 필요합니다. 이 어둠상자가 카메라 몸체인데 흔히 ‘바디’(body)라고 합니다. 하지만 카메라 바디는 단순한 어둠상자가 아니며, 복잡하고 정밀한 기계적 조합과 디지털인 경우 최첨단의 전자 장치로 구성되어 다양한 기능을 포함합니다.

가장 기본이 되는 ‘셔터’는 필름이나 CCD, CMOS가 빛에 노출 되는 시간을 결정합니다. 만약, 셔터 속도가 125라면 노출시간이 1/125초라는 의미이며 숫자가 클수록 노출 시간이 짧습니다.

최근의 디지털 카메라는 인간의 두뇌에 해당하는 화상처리프로세서, 상이나 사진을 직접 볼 수 있는 화면인LCD, 사진을 저장하는 메모리 카드등과 같이 많은 기능이 추가되어 있으며, 점점 다양한 기능이 카메라 바디에 통합되는 추세입니다.

오늘은 사진에 대해서 알아 보았습니다. 이제 사진은 이야기를 만들어 내는 매체이며, 자기 표현의 가장 대표적인 수단으로 자리잡았습니다. 여러분도 카메라로 전달하고 싶은 이야기를 담아서 표현해 보는 것은 어떨까요? 블로그 지기는 더욱 유용한 정보로 찾아 뵙겠습니다.

 

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