[영상] 스마트폰으로 전문가급 사진 찍을 수 있는 비결은?

오늘날 스마트폰 카메라는 전문가급 촬영 도구로 진화했다. 멀티 카메라와 인공지능 등 최첨단 기술로 고배율 광학줌은 물론 피사체나 촬영 조건에 맞춰 최적의 화질을 제공하는 등 스마트폰의 한계를 넘어서는 촬영이 가능하다. 이처럼 스마트폰으로 ‘고퀄’ 촬영이 가능해진 것은 ‘이미지 센서’ 분야의 눈부신 발전 때문이다.

특히 삼성의 아이소셀(ISOCELL) 이미지센서는 사람들의 소중한 순간을 더 완벽한 사진으로 담기 위해 끊임없이 진화하고 있다. 삼성전자가 최근 선보인 ‘아이소셀 GN1’은 라인업 최초로 하나의 화소에 두 개의 포토다이오드를 배치하는 ‘듀얼 픽셀(Dual Pixel)’ 기술과 4개의 인접 픽셀을 하나로 묶는 ‘테트라픽셀(Tetrapixel)’ 기술을 동시에 탑재했다. 1.2μm(마이크로미터·100만분의 1m) 크기의 픽셀을 적용한 5천만 화소의 아이소셀 GN1은 빠른 자동 초점, 고해상도의 디테일, 저조도 환경에서도 뛰어난 색조를 자랑한다. 다재다능한 이미지센서 아이소셀 GN1을 아래 영상에서 자세히 살펴보자.

하나의 픽셀에 두 개의 포토다이오드로 빠르고 끊김 없는 초점

아이소셀 GN1은 ‘듀얼 픽셀’ 기술로 빠르고 정확하게 초점을 맞춘다. 듀얼 픽셀 기술은 마치 사람이 양쪽 눈을 이용해 초점을 맞추는 것과 비슷한 원리다. 하나의 픽셀은 두 개의 포토다이오드로 구성되고, 각각의 포토다이오드가 빛을 받아들여 두 개의 이미지를 만든다. 이 두 이미지의 위상차를 계산해 보다 빠르게 초점을 맞추는 것.

이 ‘위상차 검출 방식’은 이미지 윤곽의 대비를 분석해 초점을 조절하는 ‘콘트라스트(대비) 검출 방식’보다 훨씬 빠르고 정확하게 초점을 잡는다. 또한 전체 픽셀 중 5~10% 정도만 위상차 검출을 하는 이미지센서들에 비해, 아이소셀 GN1은 5천만 개의 모든 픽셀에서 위상차 검출을 할 수 있어 더 빠르고 정확하게 초점을 잡아낸다.

어둠 속에서도 깨끗하고 밝은 이미지 만드는 ‘큰 픽셀’

픽셀은 받아들인 빛을 데이터로 전환한다. 픽셀의 크기에 따라 받아들일 수 있는 빛의 양이 다르고, 이미지 해상도에 차이가 생긴다. 같은 크기의 센서에서 픽셀 크기가 작아지면 초고해상도 구현이 가능해, 작은 디테일까지 선명하게 포착할 수 있다. 반면 크기가 큰 픽셀은 저조도 조건에서 더 많은 빛을 받아들일 수 있어 더 밝은 사진을 만들어 낼 수 있다. 큰 픽셀에서부터 미세픽셀까지 다양한 시장의 요구를 만족시키기 위해 삼성전자는 다채로운 이미지센서 제품 라인업을 제공하고 있다.

아이소셀 GN1은 5천만 화소(8,160×6,144)의 고해상도이면서 픽셀 크기는 1.2μm로, 일반적인 고해상도 센서의 픽셀 크기 0.8μm의 약 두 배 정도다. 덕분에 어두운 환경에서도 밝고 깨끗한 사진을 촬영할 수 있다. 또 픽셀 사이에 물리적인 벽을 만드는 기술인 ‘아이소셀 플러스(ISOCELL PLUS)’기술로 인접 픽셀로부터의 간섭현상을 줄여 더 정확한 색을 재현할 수 있다.

뿐만 아니라 5천만 화소에 ‘듀얼 픽셀’ 기술과 소프트웨어 알고리즘을 더해 최대 1억 화소의 해상도와 비슷한 수준의 이미지도 출력 할 수 있다.

눈에 보이는 야경을 그대로 사진으로 옮기는 ‘테트라픽셀’ 기술

아름다운 야경을 마주했을 때, 눈에 보이는 만큼 사진에 담기지 않아 촬영을 포기할 때가 있다. 하지만 아이소셀 GN1은 1.2μm의 큰 픽셀 사이즈에 테트라픽셀 기술까지 적용돼, 밤에도 선명한 사진을 찍을 수 있다.

다른 색 필터를 가진 픽셀들이 모자이크 패턴으로 배열된 기존의 RGB 센서들과 달리, 테트라픽셀 센서는 같은 색 필터를 가진 네 개의 픽셀이 인접하게 배열돼 하나의 그룹을 이룬다. 어두운 곳에서 사진을 찍을 땐 같은 색상 네 개의 픽셀이 하나의 큰 픽셀처럼 작동해, 더 많은 빛을 포착하는 것. 반면 밝은 환경에서는 재배치(re-mosaic) 알고리즘으로 픽셀을 기존 RGB처럼 재배열해 고해상도 이미지로 촬영한다.

강렬한 햇빛 아래, 선명한 사진을 만들어내는 ‘실시간 HDR’

역광이나 햇볕이 강하게 내리쬐는 곳에서 인물 사진을 잘 찍기는 쉽지 않다. 사람의 눈과 달리 카메라는 밝은 부분과 어두운 부분 모두를 적절한 밝기로 찍기 어렵기 때문. 기존 HDR(High Dynamic Range) 기술은 다른 노출로 촬영한 여러 장의 이미지를 합성해 폭넓은 명암을 얻는 방식으로 문제를 해결했다.

아이소셀 GN1의 ‘실시간 HDR’도 이와 비슷한 원리를 활용한다. 차이점이 있다면 순차적으로 사진을 찍고 이를 합성하는 기존 방식과 달리, 아이소셀 GN1은 테트라픽셀 구조를 활용해 한번에 다양한 노출로 촬영하고 실시간으로 합성해 낸다는 것.

먼저, 하나의 그룹에 속한 네 개의 픽셀은 동시에 각각 노출 시간을 달리해 사진을 찍는다. 두 개의 픽셀은 중간 정도로, 하나는 길게, 나머지 하나는 짧은 노출 시간으로 다양한 밝기의 정보를 얻는다. 노출 수준이 다른 3가지 정보는 실시간으로 하나로 합쳐져, 밝기와 명암이 최적화된 HDR 이미지를 생성한다.

‘찰나’의 순간도 놓치지 않는 최적의 감도

기본 감도(Native ISO)는 이미지 센서가 빛을 얼마나 민감하게 받아들일지 정하는 값이다. 이는 포토다이오드가 받아들일 수 있는 빛의 양과 노이즈 수준에 영향을 끼친다. 일반적으로 기존의 이미지 센서들은 하나의 높은 기본 감도만 가지고 있어, 어두운 환경에서 노이즈를 줄이는 데 용이하지만 밝은 환경에서 빛을 많이 받는 부분을 처리하는데 아쉬움이 있었다.

아이소셀 GN1의 ‘스마트 ISO’ 기술은 높은 감도와 낮은 감도 두 가지 세팅을 갖게 하며, 빛 환경에 따라 적절한 감도로 자동 조절된다. 햇빛이 강한 환경에서나 어두운 환경에서도 최적의 명암비와 최소한의 노이즈로 선명한 사진을 촬영할 수 있는 것.

가령 한낮의 해변에서 인물 사진을 찍을 때는 자동으로 ‘낮은 기본 감도’가 선택돼, 각 픽셀이 받아들이는 빛의 양을 늘리고 명암비를 확장해 희뿌옇지 않은 선명한 이미지를 얻을 수 있다. 반면 한밤중에 열린 파티에서 친구들과 셀카를 찍을 때는 ‘높은 감도’가 선택돼 노이즈를 줄이고 어둠에 가려진 디테일까지 선명하게 잡아낸다.

더 다양한 아이소셀의 이야기를 ‘여기‘에서 만나 볼 수 있다.