고화소가 고화질이 아닙니다. 1200만 화소보다 1억 2천만 화소 카메라가 더 좋은 것 같습니다. 실제로 더 좋을 수 있고 해상도가 높을수록 카메라 성능이 좋을 확률이 높습니다. 그러나 세상 모든 일이 그렇듯 100% 그렇지는 않습니다.
예를 들어서 삼성전자의 1억만 화소 카메라를 장착한 갤럭시S22 보다 1200만 화소의 아이폰13 프로가 더 카메라 성능과 화질이 더 좋습니다. 이것만 봐도 화소수 높다고 화질이 좋다고 할 수 없습니다. 오히려 삼성전자의 고화소 마케팅에 휘둘리는 소비를 할 수 있습니다.
삼성전자가 워낙 이런 마케팅을 잘 합니다. 예를 들어서 똑같은 LCD TV인데 LED TV라는 걸 들고 나옵니다. 방식은 동일하지만 백라이트를 기존의 형광등 소재에서 LED로 바꾸고 LED TV라고 하죠. 사람들은 새로운 디스플레이인가 보다 하고 많이 샀습니다. 그래서 마케팅 삼성전자라고 하잖아요.
고화소 카메라가 고화질은 아니지만 장점이 없는 건 아닙니다. 고화소라서 사진을 크게 인화할 수 있습니다. 그러나 우리가 크게 인화할 일이 있나요? 스마트폰으로 촬영한 사진 자체가 인화를 거의 안 합니다. 따라서 이건 장점이 될 수 없습니다. 유일한 장점은 디지털 줌을 해도 사진이 깨지지 않는다는 장점이 있죠. 그래서 10배 광학줌과 디지털 줌을 활용한 스페이스 줌이라는 갤럭시S폰 카메라의 장점을 제공할 수 있습니다.
고해상도 이미지센서의 단점도 있는데 이미지센서 크기는 커지지 않은 상태에서 화소만 올라가다 보니 빛을 받는 수광량이 뚝 떨어진다는 겁니다. 촘촘한 그물망보다 그물코가 큰 그물이 바람을 더 잘 통과시켜주듯 동일한 이미지센서 크기라면 화소수가 낮은 이미지센서 수광량이 더 좋습니다. 그래서 고해상도(고화소) 스마트폰 카메라들은 픽셀 비닝이라는 기술을 사용합니다.
아이폰14 프로 카메라에 사용하는 저조도 사진을 위한 픽셀비닝
아이폰14 사지 마세요. 성능은 거의 비슷한데 가격만 비쌉니다. 차라리 아이폰13 사세요. 사시려면 4,800만 화소에 이미지센서도 더 커진 아이폰14 프로, 프로 맥스 사세요.
아이폰은 아이폰13까지 1200만 화소를 고수했습니다. 이유는 화소가 더 높아봐야 스마트폰 사진으로는 큰 이득이 없다고 생각했기 때문이죠. 그러나 아이폰14 프로와 프로 맥스는 다릅니다. 4,800만 화소 이미지센서를 장착했네요. 그리고 동시에 픽셀비닝 기술도 들어갔습니다.
세상의 빛을 재현하는 디스플레이는 R,G,B(레드,그린, 블루)를 혼합해서 재현을 합니다. 이 R.G,B 컬러필터를 통해서 OLED건 LCD건 컬러 색을 재현하죠. 그러나 카메라가 색을 기록하는 방식은 좀 다릅니다.
BGGR, RGBG, GRBG, RGGB 같은 방식으로 재현합니다. 위이 미지 모서리의 정사각형 4개의 색을 떼어서 보면 왼쪽 상단 파란색 그 옆이 녹색, 아래 왼쪽이 녹색, 아래 오른쪽이 빨간색입니다. 4개의 색에 녹색이 무려 2개나 들어가 있습니다. 이는 인간의 눈을 흉내 낸 것으로 우리 눈이 녹색의 밝고 어두움을 이용해서 휘도를 감지합니다. 이런 패턴을 Bayer 필터 패턴이라고 합니다.
우리 눈은 컬러보다 색의 밝고 어두움에 더 민감합니다. 색은 그다음입니다. 밝고 어두움을 이용해서 세상의 윤곽, 피사체의 윤곽을 멀리서도 쉽게 파악할 수 있고 어두운 밤에도 쉽게 구분할 수 있습니다. 우리 인간의 원추 세포는 녹색 빛에 가장 민감한데 그걸 이용해서 4개가 한 세트인 이미지센서의 컬러필터 구성을 녹색이 50%나 차지하는 방식으로 만들었습니다.
이미지센서의 기본 소자인 포토다이오드는 빛의 양을 감지하는 능력만 있지 색을 감지하는 능력은 없습니다. 밝고 어두움만 감지할 수 있습니다. 그러나 그 앞에 빨간칠, 녹색칠, 파란칠을 한 필터를 끼면 특정 색의 빛의 강도를 감지할 수 있습니다. 예를 들어서 파란색 필터를 끼고 빛을 받아들이면 파란색 빛만 통과해서 포토다이오드에 도달합니다.
이렇게 R(붉은색), G(녹색), B(파란색)의 빛의 강도(휘도)를 감지한 포토 다이오드가 담은 색과 빛의 강도에 대한 정보는 카메라 제조사마다 다른 보간법을 통해서 컬러를 재현합니다. 그래서 캐논 카메라, 니콘 카메라, 소니 카메라 사진 색감의 차이가 있습니다. 이건 고정값으로 카메라 제조사 고유의 색감은 변하지 않습니다. 물론 후보정으로 색감 보정이 가능하지만 일일이 색 보정을 하면서 까지 사진을 후보정하는 분들은 많지 않습니다. 그래서 막 찍어도 인물 색감이 좋은 캐논 카메라가 인기가 높죠.
여러 개의 포토다이오드를 뭉쳐서 1개로 만드는 픽셀 비닝(Pixel binning)
픽셀 비닝(Pixel binning)은 고화소 이미지센서에서 자주 사용하는 기술입니다. 1억 화소, 5천만 화소 같은 고화소를 풀프레임이나 크롭 이미지센서 크기였다면 수광률이 그렇게 낮지 않아서 이 기술이 필요 없습니다. 그러나 이미지센서 크기가 작은데 화소수가 높은 이미지센서는 야간 빛을 받아들이는 수광량이 줄어들어서 이 픽셀 비닝 기술을 이용합니다.
이 픽셀비닝은 4개에서 9개 또는 12개의 포토다이오드를 묶어서 1개의 포토다이오드처럼 만드는 기술을 픽셀 비닝이라고 합니다. 가로 2개, 세로 2개인 2x2를 1개의 픽셀로 만드는 걸 삼성전자에서는 테트라셀이라고 명명했습니다. 3x3 총 9개의 픽셀(포토다이오드)를 1개의 픽셀로 만드는 걸 노나셀, 4x4 총 16개 픽셀을 1개로 만드는 걸 카멜레온셀이라고 부릅니다. 삼성전자는 이름 붙이는 거 참 잘해요.
이렇게 픽셀을 묶어서 1개의 픽셀로 묶는 이유는 저조도 환경 때문입니다. 낮에는 1억만 화소, 2억만 화소라고 해도 빛이 풍부해서 사진에 노이즈가 끼지 않습니다. 그러나 밤이 되거나 실내 같이 광량이 풍부하지 못하면 고화소 이미지센서로 촬영하면 노이즈가 더 많이 낍니다. 그물망이 더 촘촘하면 물이 빠져나가는데 더 많은 시간이 걸리듯 고화소는 밤과 실내 촬영에 안 좋은 영향을 줍니다.
이에 광량이 줄어들면 포토다이오드 4개에서 12개를 묶어서 1개의 포토다이오드(픽셀)로 만들어서 빛 수광량을 늘립니다. 이 기술을 픽셀 비닝이라고 합니다. 픽셀 1개당 크기가 커지고 노이즈는 줄어들지만 여러 개의 픽셀을 1개로 뭉치기에 화소수도 줄어들게 됩니다. 1억만 화소 이미지센서를 2x2 픽셀 비닝으로 뭉치면 4개의 픽셀을 1개로 만들기에 화소수는 4분의 1로 줄어들어서 2,500만 화소로 줍니다.
그래서 이럴 거면 그냥 1억만 화소를 포기하고 1200만 화소로 낮이건 밤이건 찍으면 되지 않냐고 주장할 수 있습니다. 실제로 그런 논리로 아이폰은 아이폰13까지 1200만 화소만 고집했습니다. 반면 삼성전자는 고화소를 변별력 삼기 위해서 마케팅 전략으로 활용합니다.
픽셀비닝의 장점과 단점
픽셀비닝의 장점은 고화소 이미지센서의 단점인 저조도 환경(어두운 환경)에서 노이즈 발생을 줄여준다는 점에 있습니다. 여러 개의 픽셀을 뭉쳐서 1개의 큰 픽셀로 만들고 큰 픽셀로 수광율을 올려서 노이즈를 줄일 수 있다는 점이 장점입니다.
단점은 저조도 사진에서 다이내믹레인지가 안 좋다는 점과 해상력이 떨어진다는 점입니다. 다시 말하지만 이럴 거면 낮에만 작동하는 고화소(고해상력)를 버리고 1200만 정도면 충분하지 않냐는 말이 나오는 이유가 여기에 있습니다.
픽셀비닝 기술이 신기한 기술이라고 하지만 이거 들어가면 야간 사진에서 노이즈는 줄지만 DR(다이내믹레인지)이 줄고 해상력도 좋지 못한 사진 결과물이 나올 수 있어서 추천하기 어려운 기술입니다. 픽셀비닝 기술 들어갔다고 하면 사진 화질 안 좋다는 소리이니 그렇게 좋아할 기술은 아닙니다. 다만 갤럭시S22나 아이폰14 프로나 이런 문제점을 기계학습 기능이 있는 뉴럴 엔진 같은 AP 속 하드웨어로 후보정으로 어느 정도 개선할 수 있습니다.
