Chapter 01

카메라는 어떻게 사진을 만드나

수십만 원짜리 미러리스든 주머니 속 스마트폰이든, 카메라가 하는 일은 같습니다. 빛을 모으고, 양과 시간을 조절해, 센서에 기록하고, 보기 좋게 다듬는 것. 이 장에서는 어두운 방에 뚫린 작은 구멍에서 출발해 오늘날의 카메라가 왜 지금 모양이 되었는지 따라가 봅니다.

어두운 방과 작은 구멍

창문을 모두 가린 깜깜한 방의 벽에 작은 구멍을 하나 뚫으면, 맞은편 벽에 바깥 풍경이 거꾸로 비칩니다. 이것을 라틴어로 '어두운 방'이라는 뜻의 카메라 옵스큐라(Camera Obscura)라고 부르고, '카메라'라는 이름이 여기서 나왔습니다.

원리는 단순합니다. 바깥 풍경의 한 점(예: 나무 꼭대기)에서는 빛이 사방으로 퍼져 나가지만, 그중 구멍을 통과하는 빛은 아주 좁은 다발뿐입니다. 이 다발이 직진해서 벽의 한 점에 닿습니다. 위쪽에서 온 빛은 구멍을 지나 아래쪽에, 왼쪽에서 온 빛은 오른쪽에 닿으니 상이 뒤집힙니다.

바깥 풍경 바늘구멍 벽(스크린): 거꾸로 선 상 한 점에서 빛은 사방으로 퍼지지만… 구멍을 지난 좁은 다발만 벽에 닿는다
그림 1-1. 카메라 옵스큐라. 나무 꼭대기(빨강)의 빛은 벽 아래쪽에, 밑동(파랑)의 빛은 위쪽에 닿아 상이 뒤집힌다. 모든 카메라의 센서에도 상은 거꾸로 맺힌다.

그렇다면 구멍을 아주 작게 만들수록 선명해질까요? 구멍이 크면 한 점에서 온 빛이 벽에 넓은 원으로 퍼지니 흐릿해집니다. 반대로 너무 작게 하면 빛의 파동 성질 때문에 구멍을 지나며 퍼지는 회절(Diffraction)이 커져서 다시 흐릿해집니다. 게다가 구멍이 작을수록 빛이 거의 들어오지 않아 상이 아주 어둡습니다. 직접 확인해 봅시다.

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바늘구멍 사진기 vs 렌즈

구멍에 끼울 것
F값 (깊이 ÷ 지름)—
상의 번짐—
맑은 날 필요한 노출 시간—
해볼 것: ① 바늘구멍을 아주 크게, 아주 작게 해 보세요. 가장 선명한 '최적 크기'가 있습니다. ② 렌즈로 바꾸면 구멍이 커져도 선명하고, 노출 시간이 수천 분의 1로 줄어듭니다. 이것이 카메라에 렌즈가 있는 이유입니다.

위 시뮬레이터의 'F값'은 3장에서 자세히 다룰 개념인데, 여기서 미리 정체를 밝혀 두면 상자 깊이(초점거리)를 구멍 지름으로 나눈 값입니다. 바늘구멍은 보통 f/200~f/500이라 맑은 날에도 수 초~수십 초를 노출해야 합니다. 렌즈는 큰 구멍으로 들어온 빛을 굴절시켜 다시 한 점에 모아 주므로, f/2 같은 밝은 구멍으로도 선명한 상을 만들 수 있습니다. 노출 시간은 (200/2)² = 10,000배 짧아집니다.

렌즈의 대가: 초점바늘구멍은 거리와 상관없이 모든 것이 똑같이 (덜) 선명합니다. 렌즈는 '특정 거리'에 있는 것만 정확히 한 점으로 모읍니다. 그래서 렌즈 카메라에는 초점을 맞추는 기능이 반드시 필요하고, 초점이 맞지 않은 거리는 흐려집니다. 배경 흐림(아웃포커스)은 이 '대가'를 예술로 바꾼 것입니다(3·8장).

카메라의 다섯 부품

현대 카메라는 바늘구멍 상자에 다섯 가지를 더한 것이라고 보면 됩니다. 각 부품이 '빛의 무엇'을 조절하는지 기억해 두면 이후 모든 장이 쉬워집니다.

부품조절하는 것사진에 드러나는 부작용(혹은 표현)장
렌즈빛을 모아 상을 맺음, 초점·화각초점 위치, 원근감, 왜곡8·9
조리개구멍 크기 = 빛의 양배경 흐림(심도), 회절3
셔터빛을 받는 시간움직임 정지 또는 흐름(모션 블러), 손떨림4
센서빛을 전기 신호로 바꿈, ISO(증폭)노이즈, 다이내믹 레인지5·7
처리 엔진색(화이트 밸런스), 밝기 곡선, 선명도, 압축색감, 계조, 파일 형식10·11

이 중 조리개·셔터·ISO 세 가지가 사진의 밝기를 함께 결정합니다. 그래서 이 셋을 묶어 노출 삼각형이라고 부르며, 다음 장의 주제입니다. 중요한 점은 셋이 밝기만 바꾸는 것이 아니라 각자 고유한 '부작용'을 가진다는 것입니다. 사진을 잘 찍는다는 것은 결국 원하는 부작용을 고르는 일입니다.

DSLR, 미러리스, 그리고 스마트폰

렌즈를 바꿔 끼울 수 있는 카메라는 크게 DSLR(Digital Single-Lens Reflex)과 미러리스(Mirrorless)로 나뉩니다. 차이는 이름 그대로 '거울'입니다. DSLR은 렌즈 뒤의 거울이 빛을 위로 꺾어 프리즘을 거쳐 광학 뷰파인더로 보내 줍니다. 셔터를 누르는 순간에만 거울이 튀어 올라 빛이 센서로 갑니다. 미러리스는 거울 없이 센서가 항상 빛을 받고, 그 영상을 작은 화면(전자식 뷰파인더, EVF)에 보여 줍니다.

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빛은 어디로 가나: 셔터를 눌러 보세요

카메라 종류
 
DSLR미러리스스마트폰
뷰파인더광학식(실제 빛)전자식(센서 영상)화면
노출 미리보기불가(찍어 봐야 앎)가능(보이는 대로 찍힘)가능
셔터기계식기계식 + 전자식전자식
조리개렌즈마다 가변렌즈마다 가변대부분 고정
센서 크기APS-C ~ 풀프레임1형 ~ 중형1/3″ ~ 1형
강점배터리, 지연 없는 광학 파인더작고 정확한 AF, 동영상계산 사진(합성), 휴대성
미러리스가 주류가 된 이유거울이 없으면 몸체가 얇아지고, 센서 자체로 초점을 잡으니 얼굴·눈 인식 AF가 정확해집니다(8장). 뷰파인더로 보이는 밝기와 색이 곧 결과물이라 노출을 실수할 일도 줄어듭니다. 주요 제조사들은 2020년대 들어 신형 DSLR 개발을 사실상 멈췄습니다.

센서 크기: 사진의 '그릇'

센서는 필름의 역할을 하는 반도체 칩입니다. 크기는 카메라의 성격을 가장 크게 좌우하는 숫자입니다. 35 mm 필름과 같은 36×24 mm를 풀프레임(Full Frame)이라 하고, 그보다 작은 센서는 풀프레임 대비 대각선 길이의 비율인 크롭 팩터(Crop Factor)로 표현합니다.

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센서 크기 실측 비교

크기—
면적 (풀프레임 대비)—
크롭 팩터—
빛 모으는 양 차이—
이름표를 눌러 센서를 고르세요. 같은 화각·같은 F값으로 찍으면 센서 면적에 비례해 빛을 더 모읍니다. 면적이 2배면 '1스톱' 유리합니다(노이즈가 적고 배경이 더 흐려짐). 스마트폰 센서 실제 크기는 Mobile Image Sensor DB에서 비교해 볼 수 있습니다.

'1/1.3인치'처럼 분수로 적힌 크기는 옛날 촬상관(진공관 카메라) 시절의 관습에서 온 이름이라 실제 대각선 길이와 다릅니다. 1형(1인치) 센서의 대각선은 약 16 mm로, 1인치(25.4 mm)의 약 2/3입니다. 이름보다는 실제 mm 크기와 면적을 비교하는 습관을 들이세요.

센서가 크면 무조건 좋을까?큰 센서는 노이즈와 배경 흐림에서 유리하지만, 렌즈도 함께 커지고 무거워지며 비싸집니다. 같은 화각을 만들려면 초점거리가 길어져야 하기 때문입니다(9장). 스마트폰이 작은 센서로 버티는 비결은 여러 장을 합성하는 계산 사진입니다(15장).

화소 수의 진실

'2억 화소'처럼 광고에서 가장 크게 외치는 숫자가 화소 수(Megapixels)입니다. 화소(픽셀)는 센서 위에 바둑판처럼 놓인 빛 측정 칸 하나하나입니다. 화소가 많을수록 세밀한 디테일을 담을 수 있지만, 같은 센서 면적을 더 잘게 나누는 것이므로 칸 하나가 받는 빛은 줄어듭니다. 그리고 사진을 '보는' 환경이 요구하는 화소 수는 생각보다 적습니다.

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몇 화소면 충분할까?

해상도—
300 dpi 인화 크기—
픽셀 크기(피치)—
회색 상자는 흔한 보기 환경의 해상도입니다. 인스타그램 피드(1080 px)는 약 1.2 MP, 4K 모니터 전체 화면도 8.3 MP면 충분합니다. 화소가 많으면 '잘라내기(크롭)' 여유가 생기는 것이 진짜 장점입니다.

같은 센서에 화소를 더 넣으면 픽셀이 작아집니다. 작은 픽셀은 하나만 놓고 보면 더 노이즈가 많지만, 사진 전체를 같은 크기로 볼 때는 여러 픽셀이 합쳐 보이므로 차이가 크지 않습니다. 결국 화질을 좌우하는 것은 센서 전체가 받은 빛의 양입니다. 스마트폰의 고화소 센서들은 평소에는 4개 또는 9개 픽셀을 하나로 묶어(픽셀 비닝) 1,200만 화소 정도로 저장하고, 밝은 곳에서만 전체 화소를 씁니다.

핵심 정리

  1. 카메라는 '어두운 상자 + 구멍'에서 출발했다. 상은 항상 거꾸로 맺히며, 구멍이 작으면 어둡고 너무 작으면 회절로 흐려진다.
  2. 렌즈는 큰 구멍으로 많은 빛을 받으면서도 선명한 상을 만든다. 대신 특정 거리에만 초점이 맞는다.
  3. 조리개는 빛의 양, 셔터는 시간, ISO는 증폭을 맡는다. 셋이 밝기를 결정하고 각자 다른 부작용(심도, 움직임, 노이즈)을 남긴다.
  4. DSLR은 거울로 광학 파인더에 빛을 보내고, 미러리스는 센서 영상을 전자식 파인더로 보여 준다.
  5. 센서 면적은 모으는 빛의 총량을 정한다. 면적 2배 = 1스톱. 화소 수는 디테일과 크롭 여유를 정하지만 보기 환경이 요구하는 양은 생각보다 적다.

확인 퀴즈

바늘구멍 사진기의 구멍을 계속 작게 만들면 어떻게 될까?

구멍이 작을수록 기하학적 번짐은 줄지만 회절 번짐이 커진다. 둘이 균형을 이루는 최적 크기가 있다. 들어오는 빛은 구멍 면적에 비례하므로 계속 어두워진다.

미러리스 카메라의 뷰파인더로 보이는 영상은 무엇인가?

미러리스는 센서가 상시 빛을 받아 그 영상을 EVF(전자식 뷰파인더)에 보여 준다. 그래서 노출·화이트 밸런스가 반영된 결과를 미리 볼 수 있다.

풀프레임(36×24 mm) 센서는 APS-C(23.5×15.6 mm) 센서보다 면적이 약 몇 배이고, 이는 대략 몇 스톱 차이인가?

864 ÷ 367 ≈ 2.36배. log₂(2.36) ≈ 1.24스톱. 크롭 팩터 1.53의 제곱이 면적비다.

인스타그램 피드에 올릴 사진(가로 1080 px)에 필요한 화소 수에 가장 가까운 것은?

1080×1350(4:5) ≈ 1.46 MP. 고화소는 크게 인화하거나 많이 잘라낼 때 의미가 있다.