이미지 센서

비 오는 날 마당에 양동이를 잔뜩 늘어놓았다고 생각해 볼게요. 비가 그친 뒤 양동이마다 담긴 빗물의 양을 재면, 어느 자리에 비가 더 많이 내렸는지 알 수 있어요. 이미지 센서가 하는 일이 이것과 닮았어요.

센서 표면에는 빛을 받아들이는 작은 칸이 바둑판처럼 촘촘히 깔려 있어요. 칸 하나하나에는 빛을 받으면 전기를 만들어 내는 광다이오드라는 소자가 들어 있어요. 셔터가 열린 동안 빛 알갱이가 많이 떨어진 칸일수록 더 많은 전기가 고여요.

촬영이 끝나면 칸마다 고인 전기의 양을 차례로 읽어 숫자로 바꿔요. 이 숫자가 곧 화면 위 점 하나의 밝기가 돼요. 사진은 결국 빛의 양을 칸마다 적어 둔 숫자표인 셈이에요.

그런데 광다이오드는 빛의 세기만 잴 뿐, 무슨 색인지는 구분하지 못해요. 그대로 두면 흑백 사진밖에 나오지 않아요. 그래서 칸마다 색깔 있는 얇은 필터를 하나씩 덮어 줘요.

빨강과 초록과 파랑 필터를 격자 무늬로 번갈아 붙이는 방식이 널리 쓰여요. 사람 눈이 초록에 민감한 점을 고려해 초록 필터를 나머지보다 많이 배치해요. 각 칸은 자기가 맡은 색의 밝기만 기록하게 되고, 사진의 밝기 정보는 주로 초록 칸이 떠맡아요.

그러면 칸마다 색 하나씩만 알게 되니 나머지 두 색은 빈칸으로 남아요. 이 빈자리는 이웃 칸의 값을 참고해 계산으로 채워 넣어요. 우리가 보는 총천연색 사진은 이렇게 짐작해서 메운 결과물이에요.

조금 더 정확히 말하면, 사진의 화질이 화소 수 하나로 정해지지는 않아요. 같은 크기의 센서를 더 잘게 나누면 칸 하나가 받는 빛의 양은 줄어들어요. 어두운 곳에서 찍은 사진에 오돌토돌한 얼룩이 끼는 이유도 여기에 있어요.

그래서 센서의 크기와 칸 하나의 넓이가 함께 중요해요. 빛이 부족할 때는 작은 칸 여러 개를 묶어 큰 칸처럼 쓰는 방법도 자주 활용돼요. 화소 수가 같아도 센서가 크면 칸마다 빛을 여유 있게 받을 수 있어요.

요즘 스마트폰과 디지털카메라에 들어가는 것은 대부분 시모스(CMOS) 방식 센서예요. 칸마다 신호를 키워 주는 회로를 함께 심어 두어 읽는 속도가 빠르고 전기를 적게 써요. 예전에 널리 쓰이던 시시디(CCD) 방식은 신호를 한 줄로 모아 내보내는 구조여서, 지금은 특수한 장비 쪽에 주로 남아 있어요.