1억 8백만 화소가 구현하는 놀라운 디테일

초고화소 이미지를 구현하기 위해 아이소셀 HM3는 0.8㎛(마이크로미터, 100만 분의 1미터) 크기의 픽셀 1억 8백만 개를 집적해, 이미지를 매우 세밀하게 포착해낸다. 각 픽셀에 삼성의 차세대 화소 격리 기술인 아이소셀 2.0을 적용해 빛에 대한 감도와 색 재현력을 높였다. 아이소셀 기술은 인접한 픽셀 간의 물리적 벽을 이용해, 색 간섭을 줄이고 빛 손실을 차단한다. 특히 아이소셀 HM3에 탑재된 아이소셀 2.0은 컬러 필터 사이에 업그레이드된 소재를 적용해, 감도를 높이고 색 재현력을 개선했다.

아이소셀 HM3에는 어두운 환경에서 성능을 개선해주는 노나픽셀(Nonapixel) 기술이 적용됐다. 빛이 적은 환경에서 이미지 센서는 9개의 픽셀을 하나로 묶는다. 합쳐진 9개의 픽셀은 마치 한 개의 큰 픽셀과 같은 효과를 내 더 많은 빛을 받아들이고, 노이즈가 줄어든 밝고 선명한 사진을 만들어낸다. 뿐만 아니라, 아이소셀 HM3 센서에는 향상된 재배치(re-mosaic) 알고리즘도 포함됐다. 해당 알고리즘은 밝은 환경에서 1억 8백만 개의 픽셀을 효과적으로 재배치해 최적화된 이미지 해상도를 구현한다.

다양한 빛에도 선명한 색으로 스마트하게 사진 포착

탁월한 기능의 이미지센서라면 다양한 밝기 환경에서도 고품질의 사진을 촬영할 수 있어야 한다. 스마트 ISO를 탑재한 아이소셀 HM3는 어두운 환경과 밝은 환경에서 각각 활용할 수 있는 고감도(High ISO), 저감도(Low ISO) 모드를 모두 제공하며, 밝기에 따라 적절한 설정을 스스로 선택한다. 밝은 환경에서는 저감도 모드로 촬영해 색을 더욱 생생하게 표현하고 색상 과포화를 줄여준다. 또, 빛이 부족한 환경에서 촬영할 때에는 고감도 모드로 전환해 밝고 깨끗한 사진을 만들어 준다.

야간 촬영 성능을 한층 끌어올리기 위해 ‘멀티 샘플링 기술’도 적용됐다. 한 개의 장면을 여러 프레임으로 읽고, 이들의 평균을 산출해 최종 이미지에서 노이즈를 줄여주는 것. 덕분에, 야간 촬영에도 선명하면서 노이즈가 적은 결과물을 얻을 수 있다.

또, 스마트 ISO 프로는 여러 밝기가 뒤섞인 환경에서도 폭넓은 다이내믹 레인지로 탁월한 이미지를 포착할 수 있게 도와준다. 이미지센서가 고감도와 저감도 정보를 합성해 색감이 풍부한 12비트(687억 색상) 이미지를 만든다.

다이내믹 레인지가 넓은 이미지를 적은 전력으로 빠르게 생산하는 스태거드 HDR(Staggered High Dynamic Range) 기능도 HM3의 장점이다. 스태거드 HDR은 동일한 픽셀 어레이(Array)에 롤링 셔터를 사용해 짧은 노출, 중간 노출, 장시간 노출로 총 세 개의 프레임을 포착하고 각 픽셀 열을 모바일 프로세서로 전송해 합성한다. 그 결과 사용자는 일몰이나, 창문을 등지고 실내에서 촬영할 때와 같이 여러 밝기가 혼재된 경우에도 깨끗하고 생생한 이미지를 얻을 수 있다.

활발한 움직임에도 깨끗하게

움직이는 장면을 찍을 때 가장 중요한 것은 ‘자동초점’이다. 아이소셀 HM3은 이를 위해 위상검출 초점 기능(Phase Detection Auto-Focus, PDAF)에 최적화된 마이크로 렌즈를 탑재한 ‘슈퍼 PD 플러스‘ 기술을 제공한다. 사용자는 이를 활용해 어두운 환경에서 기존보다 50% 빠르게 초점을 검출할 수 있어 흔들림 없는 이미지를 촬영할 수 있다.

고화질 영상을 촬영할 때도 아이소셀 HM3는 특히 유용하다. 8K 고해상도 영상 레코딩을 지원해 정교하면서도 선명한 영상을 촬영할 수 있기 때문. 또, 초당 120프레임의 4K 영상과 초당 240프레임의 풀 HD 영상을 촬영할 수 있어 슬로우 모션 영상도 촬영할 수 있다.

새로운 차원의 사진과 영상을 촬영할 수 있도록 도와주는 아이소셀 HM3. 이를 활용한 스마트폰으로 촬영의 재미를 함께 누려보는 건 어떨까.

‘다이내믹 레인지’는 사진이 표현할 수 있는 가장 밝은 곳에서 가장 어두운 곳까지의 범위를 말한다. 해당 범위를 벗어난 부분은 본래의 색과 관계없이 흰색 혹은 검은색으로 나타난다. 때문에 다이내믹 레인지가 넓을수록 다채로운 범위의 색상들을 표현할 수 있다. 역광처럼 어두운 그림자와 밝은 빛이 공존하는 상황에서는 디테일한 색감을 살리기 위해 다이내믹 레인지의 성능이 더 중요하다.

최근 삼성전자가 선보인 이미지센서 ‘아이소셀 HM3’는 진화한 HDR(High Dynamic Range) 기술인 ‘스마트 ISO 프로’를 탑재해, 마치 눈으로 직접 보는 듯한 생생한 색감을 사진으로 옮기도록 돕는다. ‘스마트 ISO 프로’의 자세한 이야기를 아래에서 만나 볼 수 있다.

어두워도 밝아도 OK, 최적의 사진을 만드는 ‘스마트 ISO’ 기술

사진의 완성도는 빛에 대한 ‘민감도’에 따라 결정된다. 카메라의 이미지센서가 충분한 양의 빛을 받아들여야 다채로운 색상을 구현해낼 수 있다. 이미지센서가 받아들인 아날로그 형태의 빛 신호는 정해진 비율에 따라 전기 신호 즉 전압으로 바뀌는데, 이 비율을 컨버전 게인(Conversion gain)이라고 한다.

이 컨버전 게인에 따라 사진의 선명도, 색감 표현이 달라진다. 컨버전 게인이 낮으면 어두운 곳에서 적은 양의 빛만 받아들일 수 있어 전압이 충분하지 않다. 이런 경우 사진에 노이즈가 발생한다. 반대로 밝은 곳에서는 센서가 받아들일 수 있는 빛의 양을 초과하기 쉽고, 세세한 부분들도 본래 색감 대신 하얗게 표현된다. 기존 이미지센서들은 고정된 컨버전 게인 값을 가지고 있어 밝기가 다양한 환경에서 최적의 이미지를 만들어내기 어려웠다.

삼성전자는 지난 2019년, 두 개의 컨버전 게인을 탑재해 환경에 따라 적절한 값을 선택하도록 만든 ‘스마트 ISO’ 기술을 선보였다. 어두운 환경에서는 High ISO 모드를 선택해, 적은 빛 정보도 충분한 양의 전압으로 변환시켜 노이즈 없이 선명한 사진을 찍을 수 있다. 또한 밝은 환경에서는 Low ISO 모드를 선택해 빛을 전압으로 증폭시키는 비율은 줄이고, 빛을 받아들이는 능력은 늘린다. 기존보다 더 많은 빛을 받아들일 수 있어 밝은 부분의 다양한 색 정보들도 세밀하게 표현이 가능하다.

새로운 HDR 기술의 탄생, ‘스마트 ISO 프로’

역광처럼 밝고 어두움의 차이가 심한 환경에서도, 모두 생생하게 표현되는 사진을 찍고 싶다면? 삼성전자는 ‘스마트 ISO’의 원리를 활용해 HDR을 구현하는 ‘스마트 ISO 프로’ 기술을 선보였다.

‘스마트 ISO 프로’ 기술은 두 개의 컨버전 게인을 모두 사용한다. 사용자가 사진을 찍었을 때 받아들인 빛 신호를 고감도(High ISO)와 저감도(Low ISO) 모드로 각각 변환하는 것. 이 두 개의 값을 하나의 이미지로 합치면, 한 장의 사진 속에서 밝은 곳과 어두운 곳의 색상 모두 생생하고 깨끗하게 표현한 HDR 사진을 만들 수 있다. 고감도 모드로 변환한 이미지 정보는 어두운 부분의 색상을 구체적으로 살려내고, 저감도 모드로 변환한 이미지 정보는 지나치게 밝아 하얗게만 표현되던 부분의 색상을 섬세하게 표현해준다.

12비트로 687억 개의 색상 표현

‘스마트 ISO 프로’가 가진 또 하나의 장점은 바로 12비트(bit)의 사진 촬영이 가능하다는 것. 디지털 사진에서 비트는 색의 깊이, 즉 얼마나 많은 색상을 표현할 수 있는지를 나타낸다. 8비트는 약 1,677만 개, 10비트는 약 10억 7,374만 개의 색상을 나타내는 반면, 12비트는 이보다 약 64배 많은 687억 개의 색상 표현이 가능하다. 다채로운 색깔 범위로 한층 생생한 사진을 만들 수 있는 것.

‘스마트 ISO 프로’는 한 번 촬영을 할 때 고감도와 저감도로 각각 10비트의 이미지 정보를 만들고, 두 장의 10비트 이미지 정보를 합성해 12비트의 HDR 이미지를 만든다. 사용자는 스마트폰에서 프로 모드로 촬영한 사진을 12비트 로우(RAW) 파일로 저장하고 편집할 수 있다. 풍부한 색상 정보를 가진 사진인 덕분에 노출, 밝기, 화이트밸런스, 색조, 색상 등을 큰 화질 저하 없이 자유자재로 조절 가능하다.

사진의 완성도를 좌우한다는 빛. ‘스마트 ISO 프로’가 더해진 아이소셀 이미지센서를 활용하면 밝고 어두운 빛 속에 숨겨진 아름다움까지 사진에 고스란히 담을 수 있다.

‘아이소셀 HM3’는 HMX, HM1에 이은 삼성전자의 3세대 0.8㎛(마이크로미터, 100만분의 1미터) 1억 8백만화소 이미지센서이다. 이 제품은 ‘1/1.33인치’ 크기에 픽셀 1억 8백만개를 집적했다.

이 제품은 ‘스마트 ISO 프로’, ‘슈퍼 PD 플러스’ 등 삼성전자 자체 카메라 기술을 탑재해 언제 어디서나 전문가 손길이 닿은 듯한 완성도 높은 사진 촬영이 가능하다.

‘스마트 ISO 프로’는 터널의 출구와 같이 밝고 어두운 부분이 섞여있는 환경에서 서로 다른 ISO 값으로 빛을 증폭하고 이를 합성하는 HDR(High Dynamic Range) 기술이다.
※ ISO : ‘감도’라고 불리며, 빛에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타냄. 감도가 낮으면 빛에 둔감하게 반응하지만 사진의 화질은 향상되고, 반대로 감도가 높으면 빛에 민감하게 반응하지만 노이즈가 발생한다.

시간을 달리해 여러 번 촬영하는 기존 HDR 기술은 피사체의 움직임이 잔상으로 나타날 수 있는 반면 ‘스마트 ISO 프로’는 이미지 촬영 감도 차이를 이용하는 기술이기 때문에 잔상을 최소화할 수 있다.

‘스마트 ISO 프로’ 모드에서는 기존 10비트(10억 7천만 색상)보다 약 64배 이상 색 표현 범위를 넓힌 12비트(687억 색상)로 촬영하기 때문에 더 풍부한 색 표현이 가능하다.

삼성전자는 ‘아이소셀 HM3’에 최적화된 마이크로 렌즈를 탑재한 ‘슈퍼 PD 플러스’ 기술도 탑재했다. 어두운 환경에서도 기존보다 50% 빠르게 초점을 검출할 수 있어 흔들림 없는 이미지를 촬영할 수 있다.

또한, 빛의 양에 따라 인접하는 9개 픽셀을 하나로 묶어 색 재현력을 높이고 노이즈 억제 기술도 추가해 기존 대비 최대 50%까지 감도를 향상시켰다.

특히, 삼성전자는 ‘아이소셀 HM3’ 설계최적화로 프리뷰 모드 동작 전력을 기존 대비 약 6% 줄이는 등 제품 사용에 필요한 에너지를 최소화하기 위해 노력했다.

삼성전자 시스템LSI사업부 센서사업팀 장덕현 부사장은 “삼성전자는 픽셀 집적 기술 외에도 이미지센서 성능 향상을 위한 끊임없는 혁신을 통해 고객이 요구하는 것 이상의 제품을 지속 출시하고 있다”며 “‘아이소셀 HM3’는 최신 카메라 기술이 집약된 삼성전자 이미지센서 기술력의 결정체로 차세대 모바일 기기의 핵심 솔루션”이라고 말했다.

삼성전자는 현재 ‘아이소셀 HM3’를 양산하고 있다.

▲ 삼성전자, 1억 8백만화소 프리미엄 이미지센서 ‘아이소셀 HM3’

▲ 인포그래픽