[펌]피사계 심도 (Depth of Field) 에 대한 심도 낮은 이야기

SLR/DSLR 카메라를 구입했다는 이야기는 이제부터 심도 표현이 가능해졌다는 이야기다. 다시말하면 사진을 촬영할 때 항상 심도에

대해 생각하고 촬영해야 한다는 머리 아픈 이야기 이다. 물론 이런것을 모르더라도 사진촬영에 지장이 없을 정도로 요즘 카메라들의

자동기능은 뛰어나고, 각종 장면 모드 (Scene Mode)를 지원하지만, 그래도 심도정도는 집고 넘어가는 것이 사진 촬영에 도움이 된다.

 렌즈를 통해 맺혀진 상(image)는 사실상 무수히 많은 작은원으로 구성 되어있다. 그 이유는 빛의 성질인 회절 때문이라는데 자세한

내용은 대학 물리학이나 광학공학 책을 찾아보자.... 여하튼 그 작은원을 착란원 (Circles of Confusion)이라한다.

이 착란원의 모양은 핀홀 카메라라면 원형일테고, 조리개날이 5개인 렌즈라면 5각형 모양일 것이다.

      - 이런 현상을 이용해서 아래 사진 처럼 카메라렌즈 앞부분에 하트나 별 모양의 종이를 대고 촬영하는 경우도 있다.

           사진 출처는  보케(namaster_)님의 블로그 이다.  http://blog.naver.com/namaster_?Redirect=Log&logNo=150002316287 

 

 

이론적으로 렌즈의 초점은 하나의 평면에만 존재한다 즉 한번에 하나의 거리에만 초점을 맞출 수 있을 것이다. 이 평면을

임계초점면 (The Plane of Critical Focus)라 한다.  이 임계초점면을 앞 뒤로 착란원은 커지게 된다.

그러나, 인간의 눈, 필름, CCD등은 이 착란원의 크기가 충분히 작으면 점으로 인식하게 된다.

다시 말해 CCD상의 한 픽셀보다 작은 착란원들은 모두 하나의 점으로 표현되기 때문에 그 부분은 초점이 맞은 것으로

간주 할 수 있다.  다음 도식을 보면 이해가 쉬울 것이다.

 

즉, 착란원의 크기가 CCD(필름)이 감지할 수 있는 것 보다 작은 범위 안에서는 모두 초점이 맞는다고 볼 수 있다.

피사계의 위치에 따른 피사계 심도와 초점 위치에 따른 초점 심도가 있으나 원리적으로는 모두 같은 내용이다.

정리하자면 피사계 심도(Depth of Field)란 사진에서 초점이 맞았다고(선명하다고) 간주할 수 있는 영역이다.

다음으로 심도를 조절하는 방법에 대해서 알아보겠다.

심도는 크게 3가지로 조절 할 수 있다.

       1. 조리개 값 : 조리개가 작아질수록 피사계 심도는 깊어진다.

                 - 가장 쉽게 쓰는 방법으로 심도조절을 목적으로 대부분의 유저들이 조리개 우선 모드를 사용한다.

       2. 렌즈의 초점길이 : 초점거리가 짧은 렌즈일 수록 피사계 심도는 깊어진다.

       3. 피사체까지의 거리 : 피사체까지의 거리가 멀어질수록 피사계 심도는 깊어진다.

 

출처 : 사진학강의 7판 (바바라 런던외) 

그럼 하나씩 자세히 알아보도록 합시다.

1. 조리개 값에 따른 피사계 심도

    들어가기 앞서 조리개 값이란 무엇일까? 간단히 렌즈의 초점거리를 조리개 구경으로 나눈 값이 조리개값이다.

    왜 이렇게 정했을 까요? 같은 조리개값을 같는 다양한 렌즈 (초점거리와 구경에 관계 없이)에서 결국 필름면에 도달하는

    빛의 양을 동일하게하는 절대적인 기준값으로 정했기 때문이다.

    광원으로 부터 일정거리에 떨어져있는 기준면에 도달하는 빛의 양은 거리의 제곱에 반비례하고

    또한 면적은 구경의 제곱에 비례하여 늘어나므로 두개를 나누어 주면 거리(초점거리)와 구경에 관계없는 무차원수를

    얻을 수 있기 때문이다.

    조리개값이 왜 그렇게 외우기도 어려운 값으로 복잡하게 되어있는지는 다음에 좀더 자세히 알아보도록 하겠다.

    그렇다면 왜 조리개 값을 조이면 심도는 늘어나는 것일 까?

    조리개값을 조이면 렌즈를 통해서 들어오는 빛의 꺽임이 열었을 때보다 작아져 초점 심도가 깊어지기 때문이다.

    이 것을 확인하기 위해서 약간의 뻘짓을 해봤다. 대학물리학 책과 고등학교 물리2 책을 뒤적거리며 회사에서 눈치를 보며

    실제 크기로 작도를 해봤다.

    붉은색 원반에 초점을 마췄을때 그로부터 약간 떨어져있는 파란색 원반을 투영하여 착란원의 크기를 재봤다.

    차이를 확실히 보여주기위해 피사체의 거리는 상당히 가까운 영역으로 했다. 실제 촬영하는 수준인 피사체와의 거리가

    1m이상이 되면 그림도 커지고 그 차이도 한눈에 들어오지 않아서 갖고있는 매크로 렌즈인

     Canon EFs 60mm macro f/2.8을 모델로 작도 해봤다.

 

그림에서 알 수 있듯이 조리개를 열면 렌즈 최 외각부를 통과한 빛이 급격히 꺽이면서 (주황색 실선을 보자)

실제 초점이 맞는 영역(주황색선이 교차하는 곳)에서 서로 다른 경로를 따라 온 빛의 각도가 커져 필름면과의 거리가 조금만

있어도 착란원의 크기가 엄청나게 커지는 것을 알 수 있다. (약 7mm 정도)

     - 실제 최대 조리개에서 빛이 급격히 꺽이고 서로다른 경로를 통과한 빛의 이동 거리 차이가 커서 주변부 광량 저하라든지

         선예도 저하등일 일어나다. 동일한 이유로 광각렌즈의 경우도 빛의 급격한 꺽임으로 주변부 광량저하등의 문제가 나타난다.

다음으로 동일 렌즈에 f/2.8을 보자 (f/1.4 대비 2step-빛의 양 1/4)

 

빛의 꺽임이 많이 줄어들면서 착란원의 크기가 3.5mm까지 줄어든것을 알 수 있다.

다음으로 f/11일때를 보자

 

조리개 구경이 많이 줄어들면서 빛의 꺽임이 거의 없어져 착란원의 크기가 1mm 보다 작아져 심도가 깊어짐을 알 수 있다.

위의 그림을 검증해보기 위해 실제 그림과 같이 세팅하고 촬영을 해봤다.

 

후지 리얼라 필름의 십자표시와 필름 케이스크기를 짐작해 보면 그림의 착란원크기인 3.5mm와 0.9mm가 크게 틀린 값같지는 않다.

원래 픽셀값을 세어서 CCD 크기로 환산하려했으나, 귀챠니즘의 압밥으로 누가 상주는 것도 아닌데...^^

2. 렌즈의 초점거리별 피사계 심도

    그럼 왜 동일한 조리개 값이라도 초점 거리가 짧으면 심도가 깊어질까.

    간단히 설명하면 동일한 조리개 값이라도 초점거리가 짧은렌즈보다 긴렌즈의 경우 절대적인 조리개 구경이 크기 때문이다.

    따라서 빛이 더 많이 꺽이게 되고 심도는 위에서 알아본것과 마찬가지이유로 얕아지게 되는 것이다.

            단, 이경우는 조리개 조절과는 다르게 구도가 변한다는 것을 유의하자...

    도식 그림과 실제 촬영 그림으로 설명을 마치겠다. 촬영은 Sigma 18-50mm f/2.8 렌즈로 하였다.

착란원의 크기가 0.2mm 수준으로 매우 높은 심도를 예측할 수 있다.

 

착란원 크기가 2.5mm 수준으로 심도가 낮음을 알 수 있다.

 

실제 촬영 이미지 십자가 표시가 거의 보이지 않으므로 검증은 패스~~~~

여기서 우리는 왜 컴팩트 디지털 카메라의 심도가 깊은지 알 수 있다. 일반적으로 컴팩트 디카의 초점거리는 7mm부근에서 시작하는

짧은 초점 거리를 갖는다 따라서 조리개 값이 의미 없을 정도로 깊은 심도를 갖는다.

실제 조리개가 2단뿐이거나 ND 필터로 조리개를대신하는 소형 컴팩트 디카가 있다.

3. 피사체까지 거리에 따른 피사계 심도

    역시 같은 이유로 피사체까지 거리가 멀면 멀수록 심도는 깊어 지게 된다.

    지금 올릴려고 보시 도시 그림이 잘못되어 있어 촬영 이미지만 올리는 것으로 설명을 대체 합니다. (뒤로 갈 수록 무성의 해지는...)

4. 번외로 렌즈의 피사계 심도 눈금에 대해 알아보자

     요즘 출시되는 대부분의 AF 렌즈의 경우 거리계창만 있고 피사계 심도 눈금이 없는경우가 대부분이다 특히 캐논의 경우

     있는 녀석이 거의 없다. 렌즈에 숫자가 많이 써있으면 조금 뽀대면에서 좋을 텐데... ^^

     있다 한들 거의 사용하지 않을 뿐더러 피사계 심도 미리보기 버튼이 있기 때문에 존재의 이유가 없기는 하다.

     그러나 간혹 MF 렌즈를 사용하는 유저도 있고 (특히 펜탁스 유저)해서 여기에 대해 조금만 집고 넘어가보자.

 

통상적인 MF 렌즈의 모습이다. 사진은 Pentax-A 50mm F:1.4 렌즈의 모습이다. 맨위에 m와 ft로 거리 눈금이 있고

맨아래 조리개를 조절할수 있는 조리개링과 조리개 수치를 볼 수 있다. 그리고 가온데 있는 것이 심도 눈금이다.

그럼 이 심도 눈금은 무엇인가?

위의 사진을 보면 조래개는 8에 맞춰져 있고 초점은 대략 2.2m 부근에 맞은 것을 알 수 있다.

심도눈금에서 현재 조리개값인 8에 해당하는 눈금을 찾아보면 1쌍이 있는 것을 알 수 있다. 가까운쪽 눈금이

약 1.8m 부근을 먼쪽의 눈금이 2.9m에 해당하는 거리 눈금을 지침하는 것을 알 수 있다. 이는 초점은 2.2m에 맞았지만

조리개 8에서는 대략 1.8~2.9m 까지 심도를 확보할수 있다는 뜻이다.

간단히 조리개 8에서 붉은색영역에 해당하는 거리는 초점이 맞는 다는 이야기이다.

위의 방법을 응용한 촬영방법으로 존포커싱(Zone Focusing) 이란 것이 있는데 말은 그럴듯하지만 알고보면

통상 스냅촬영이나 캔디드 촬영시 렌즈의 피사계 눈금을 이용하여 피사체가 심도 눈금안에 있다면 초점을 맞추지 않고

그냥 샷을 날린다는 촬영방법이다.

또 다른 방법으로 과초점 거리 (Hyperfocal Distance) 라는 것이 있다.

일반적으로 풍경사진과 같이 상당히 먼거리의 피사체 촬영을 할 때 대부분 아래의 첫번째 그림처럼 초점을 무한대(∞)에 맞춘다.

이경우 피사계 심도는 대략 7m~무한대라는 것을 심도 눈금을 통해 알 수 있다. (조리개는 16이라 가정)

머 크게 틀린 촬영방법은 아니다.

그러나 풍경이 근거리부터 원거리까지 펼져져 있고 찍사는 그 모든것이 선명하게 나오는 것을 원할 때는 위의 촬영방법으로

그 렌즈의 최대 심도를 얻을 수 없다. 이런 경우 사용하는 것이 과초점 거리라는 것이다.

아래의 두번째 그림이 그것을 나타낸다. 조리개값 16에 해당하는 심도 눈금중 원거리에 해당하는 눈금을 거리 눈금 무한대에

맞추면 되는 것이다. 그러면 심도는 약 2.6m~무한대라는 것을 심도 눈금을 통해 알 수 있다.

첫번째 촬영방법보다 근거리 심도가 확보된 것을 알 수 있다.

무한대에 초점을 맞췄을 때 심도

과초점 거리 : 근거리에서 원거리까지 렌즈의 최대 심도를 표현할 수 있다.

이상으로 심도에 대한 심도 낮은 이야기를 마친다...

출처 피사계 심도 (Depth of Field) 에 대한 심도 낮은 이야기....|작성자 부욜탱