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3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술 본문

사진정보/카메라

3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술

썬도그 2022. 5. 20. 11:54
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사진 촬영의 기본 중에 기본은 초점입니다. 일부러 초점을 나가게 찍는 것이 아니라면 사진은 내가 찍고자 하는 피사체에 초점을 맞춰야 합니다. 초점 맞은 영역을 줄이고 싶으면 쉽게 말해서 배경을 흐리고 싶으면 조리개를 개방하면 할수록(조리개 숫자가 낮을수록) 배경과 전경이 흐려집니다. 

그래서 보통 조리개를 많이 개방할수록 피사체에만 초점이 선명하고 피사체 배경과 전경이 모두 흐려져서 몽환적으로 나오죠. 그런데 이런 건 어떨까요?

3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술

영화 <올드보이>의 한 장면입니다. 보면 전경의 유지태의 얼굴도 선명하고 배경의 최민식도 선명하게 담겼습니다. 사진 찍어보면 아시죠. 이렇게 나올 수가 없다는 것을요. 유지태에 초점을 맞추면 최민식이 흐려지고 최민식에 초점을 맞추면 유지태가 흐려집니다. 유지태는 전경이라고 할 수 있는 아주 가까운 거리에 있고 최민식은 배경의 위치에 있는데 이 둘을 동시에 초점을 맞출 수 없습니다. 이 장면은 예상대로 합성으로 만든 영상입니다. 

3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술

배경흐림은 피사체와 렌즈 사이의 거리가 짧을수록, 조리개 개방 수치가 높을수록, 이미지센서가 클수록 배경이 더 크게 흐려집니다. 그래서 3cm 같은 초근접 거리에서 접사 모드로 촬영하면 자연스럽게 배경이 다 흐려지게 됩니다 그러나 이런 아웃포커스가 안 된 즉 사진의 모든 곳에 초점이 맞는 팬포커스 사진이 필요할 때가 있습니다. 바로 기록 사진이나 풍경 사진은 특정 부분에 초점이 나가면 기록성이 떨어지죠. 

3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술

위 사진처럼 사진 모든 곳이 선명한 사진을 팬포커스 사진이라고 합니다. 이 팬포커스 사진은 수 m에서 수 km까지의 피사체를 또렷하게 담을 수 있습니다. 카메라의 조리개를 f8 ~ f11 정도로 조이면 팬포커스로 담을 수 있습니다. 이보다 더 중요한 건 수 m 이상 떨어져야 합니다. 가까우면 배경이 흐려질 수 있습니다. 

수 m가 아닌  3cm 같은 초근접거리에 있는 피사체와 수 km 떨어진 피사체를 동시에 초점을 맞출 수 있을까요? 현재 나온 기술로는 불가능합니다.

그러나 접사 거리인 3cm에 있는 피사체와 1.7km 거리의 멀리 있는 피사체를 동시에 초점을 맞출 수 있는 기술이 나왔습니다. 미국 국립표준기술 연구소인 NIST는 수억 년 전에 멸종된 삼엽충의 눈을 참고로 해서 3cm~1.7km 범위의 모든 피사체를 동시에 초점을 맞출 수 있는 렌즈 기술을 개발했습니다. 

3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술

수억 년 전에 멸종된 생물인 삼엽충의 눈은 작은 눈이 가득 달려 있는 구조입니다. 이 여러 개의 눈이 모여 있는 구조의 눈은 가까운 거리와 먼 거리의 물체를 동시에 초점을 맞춰서 볼 수 있습니다. NIST 연구팀은 삼엽충의 눈의 구조에서 힌트를 얻어서 수 cm라는 지근거리와 무한대의 동시에 초점을 맞출 수 있는 렌즈를 개발했습니다. 

3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술

무슨 기술인가 했는데 메타 렌즈 기술이네요. 미래의 렌즈 기술은 이 메타 렌즈가 휩쓸 것이라고 하죠. 연구팀은 빛을 특정 방향으로 보낼 수 있도록 만든 수백만 개의 이산화티탄늄 기둥을 가득 박은 메타 렌즈를 만들었습니다. 

3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술

메타 렌즈는 유리 렌즈와 이미지센서 사이에 넣어서 최소 초점 거리인 3cm에서 원거리인 1.7km 초점 거리를 동시에 초점을 맞추는데 성공했습니다. 

3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술

이렇게 되면 접사 촬영과 동시에 풍경도 담을 수 있겠네요. 메타 렌즈! 캐논, 소니, 니콘은 뭐하나 모르겠어요. 렌즈 기술좀 발전시키지요. 물론 이 메타렌즈 기술은 기존 카메라 업체들보다는 삼성전자나 애플 같은 스마트폰 제조업체들이 더 탐내는 기술입니다. 렌즈 두께를 줄이면서도 다양한 효과를 얻어낼 수 있으니까요. 

3cm 근거리와 1.7km 원거리를 동시에 초점을 맞추는 렌즈 기술

또한 연구팀은 AI를 이용해서 가까운 거리와 원거리의 중간에 있는 피사체도 초점을 맞출 수 있는 기술고 구축했습니다. 오른쪽 위 NJU라는 단어는 카메라로부터 3cm 떨어진 곳에 위치해 있고 건물은 1.7km 떨어진 곳에 있습니다. 이 중간에 있는 피사체도 초점을 맞출 수 있습니다. 

그럼 이 접사부터 풍경까지 초점을 다 맞출 수 있는 메타 렌즈 기술을 어디에 쓰냐?
현미경과 같은 피사계심도의 깊이가 깊어야 하는 기록사진, 과학사진, 증명사진 촬영용으로 활용할 수 있습니다. 주로 기술, 과학 쪽에서 활용되기에 사진 취미용으로는 별 필요가 없긴 하겠지만 반대로 특정 영역만 초점을 선명하게 맞출 수 있는 게 메타 렌즈 기술 중 하나라서 이것이 구현되면 렌즈와 카메라의 큰 혁신이 일어날 듯합니다. 

출처 https://www.nature.com/articles/s41467-022-29568-y

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