렌즈 왜곡

우리가 사진을 찍을 때 쓰는 카메라 렌즈는 평평한 판유리가 아니에요. 빛을 한곳으로 모아 센서에 보내기 위해 둥근 볼록 렌즈나 오목 렌즈를 사용해요. 그러다 보니 화면 중심에서 멀어질수록 상이 맺히는 배율이 조금씩 달라질 수 있어요. 렌즈의 곡면 형태, 렌즈 배치, 조리개 위치 같은 설계에 따라 그 정도가 달라져요.

스마트폰의 초광각 카메라로 방 안이나 높은 건물을 찍어보면 이 차이를 쉽게 느낄 수 있어요. 사진 중앙은 반듯하지만, 모서리로 갈수록 기둥이나 문틀이 바깥쪽으로 불룩하게 튀어나와 보여요. 이런 모습을 나무 술통 같다고 해서 배럴 왜곡(술통형 왜곡)이라고 불러요.

반대로 멀리 있는 피사체를 당겨 찍는 망원 렌즈에서는 정반대의 현상이 일어나요. 화면 가장자리의 직선이 중심 쪽으로 오목하게 휘어 들어가고, 네 모서리는 바깥으로 뾰족하게 늘어난 바늘방석 모양이 되는데, 이를 핀쿠션 왜곡(바늘방석형 왜곡)이라고 해요. 둘 다 화면 위치에 따라 배율이 달라져서 생기는 현상이에요.

조금 더 정확히 말하면, 렌즈 왜곡은 렌즈의 광학적 특성으로 직선이 휘는 '기하학적 왜곡'만을 뜻해요. 셀카를 얼굴 바로 앞에 바짝 대고 찍었을 때 코가 유난히 커 보이고 귀가 작아 보이는 현상은 렌즈의 결함이 아니에요.

물체가 카메라와 가까우면 크고, 멀어지면 작아 보이는 것은 렌즈와 상관없이 일어나는 자연스러운 시각 법칙이에요. 이를 '원근 왜곡'이라고 부르는데, 렌즈 설계 때문에 생기는 광학 왜곡과는 완전히 구분되는 개념이에요. 원근 왜곡은 카메라를 조금 멀리 두고 줌으로 당겨 찍으면 크게 줄어들어요.

진짜 광학 왜곡을 물리적으로 줄이려면 비구면 렌즈를 포함한 여러 장의 렌즈를 정교하게 배치해요. 화면 중심과 가장자리의 배율이 같아지도록, 즉 상이 제자리에 맺히도록 설계하는 것이죠. 전문 카메라 렌즈가 크고 무거워지는 중요한 이유 중 하나예요.

스마트폰도 작은 비구면 렌즈를 여러 장 겹쳐 쓰지만, 두께 제약 때문에 특히 초광각 카메라는 광학만으로 왜곡을 다 잡기 어려워요. 그래서 초광각 카메라의 원본 이미지는 모서리가 꽤 휘어 있어요. 그런데도 우리가 찍은 사진이 반듯하게 보이는 것은 컴퓨터의 힘 덕분이에요.

스마트폰 속 이미지 처리 프로세서(ISP)는 사진이 찍히는 순간 거의 실시간으로 왜곡을 계산해요. 렌즈의 특성에 맞춰 휘어진 모서리 픽셀을 알고리즘으로 잡아당겨 반듯하게 펴주는 보정 작업을 실시간으로 수행하는 것이죠.

포토샵 같은 편집 프로그램에서 렌즈 프로필 보정을 켜도 똑같이 사진이 펴져요. 다만 휘어진 모서리를 강제로 늘려서 맞추는 방식이라, 사진의 가장자리 해상도가 미세하게 떨어지거나 화면 끝부분이 일부 잘려 나갈 수 있다는 점은 감수해야 해요.