우리 #반모 할래? 6탄, 알쏭달쏭 이미지센서 숫자의 비밀

모바일, 차량, 보안 시스템 등 각종 전자 기기의 눈 역할을 하는 반도체 제품이 있습니다. 바로 이미지센서인데요. 삼성전자는 올해 1, 2월 혁신적인 이미지센서 제품과 기술을 선보이며, 모바일 사용자들이 완성도 높은 고화질 사진을 촬영할 수 있는 토대를 마련했습니다.

그런데, 이미지센서 신기술 발표 기사에 눈에 띄는 숫자들이 있습니다. 각 숫자들은 무엇을 뜻하는 걸까요? 쉽게 알아보는 반도체 모임, #반모에서 숫자들의 의미에 대해 함께 알아보겠습니다.

해상도를 나타내는 숫자, 메가픽셀(Mp)

먼저, 메가픽셀(Megapixel, Mp)은 100만(10의 6제곱)에 해당하는 ‘메가(Mega)’와 화소를 의미하는 ‘픽셀(pixel)’이 합쳐진 것으로, ‘100만 화소’를 의미합니다. 108Mp는 1억 8백만 화소, 50Mp는 5천만 화소를 뜻하는 셈이죠. 여기서 픽셀(화소)은 이미지를 구성하는 최소 단위로, 화소 수가 많으면 많을수록 정밀하고 상세한 이미지를 얻을 수 있습니다. ‘해상도가 높다’고 표현하는 것은 여기에서 나온 것으로, 고화소일수록 고해상도의 이미지 촬영이 가능합니다.

미세한 픽셀의 크기를 나타낸다? 마이크로미터(µm)

마이크로는 10의 6제곱 분의 1, 즉 100만 분의 1 = 0.000001에 해당하는 수치입니다. 이러한 마이크로 단위는 픽셀의 크기를 표현할 때 주로 사용되는데요. 일례로 삼성전자가 지난 1월 발표한 ‘아이소셀 HM3’ 제품의 픽셀 크기는 0.8 마이크로미터입니다. 0.8마이크로미터는 10만 분의 8 센티미터 또는 1000만 분의 8미터에 해당하며, 눈에 보이지도 않는 엄청나게 작은 크기임을 알 수 있죠. 사람의 머리카락 굵기가 보통 40~70 마이크로미터 정도 된다고 하니, 0.8 마이크로미터 픽셀이 얼마나 작은 지 느껴지시나요?

해상도와 수광면적을 결정 짓는 픽셀의 크기

그럼 이제, 픽셀 크기와 관련된 개념을 이미지센서에 적용해보겠습니다. 같은 크기의 이미지센서라면 픽셀 크기가 작을수록 더 많은 픽셀을 담을 수 있고, 같은 크기의 이미지센서라면 픽셀이 작을수록 더 높은 해상도를 구현할 수 있게 되는데요.

같은 픽셀 숫자를 가진 이미지센서의 경우, 픽셀 크기에 따라 센서 크기가 다양해지는데, 여기서 픽셀이 크다는 것은 빛을 받아들이는 면적(수광 면적)이 넓어짐을 의미합니다. 또한 수광 면적이 커지면 노이즈가 적은 고화질 이미지를 촬영할 수 있죠. 이 때문에, 해상도와 수광 면적을 모두 최적화할 수 있는 픽셀 크기의 결정이 중요합니다.

이미지센서 크기를 가늠할 수 있는 길이, 1/1.XX인치

이미지센서 크기를 언급할 때 보통 1/1.XX와 같이 분수로 표현된 수치를 볼 수 있습니다. 이는 이미지센서의 실제 대각선 길이가 아닌 Optical format이라는 개념에 해당하는데요. 렌즈나 이미지센서의 규격을 언급할 때 자주 등장하는 Optical format를 설명하기 위해서는 카메라 제조 방식에 대한 이해가 필요합니다. 카메라를 만들 때, 이미지센서를 이용해 카메라 모듈을 만들고 거기에 렌즈를 연결하는데, 카메라 외부에 있는 렌즈가 상을 맺히도록 하는 영역의 지름을 Optical format이라고 부르기 때문이죠.

Optical Format이 이미지센서 대각선보다 길어야 하는 이유

왼쪽에서 세 번째에 있는 6.4mmx4.8mm 이미지센서는 대각선 길이가 8mm에 해당함에도, 1/2인치 센서로 불립니다. 실제로 1/2인치는 12.7mm(25.4mm/2)로, 8mm보다 더 큰 숫자인데요. 왜 Optical format은 이미지센서 대각선 길이보다 긴 것일까요?

그 이유는 바로 Vignetting(비네팅) 현상 방지에 있습니다. 렌즈가 이미지센서를 완전히 덮지 않으면, 촬영한 이미지 상에 어두운 모서리가 생기고 주변부가 감광되는 현상이 발생하는 것이죠. 이 현상을 영어로 Vignetting(비네팅)이라고 말합니다. Optical format의 최소 길이를 도출하기 위해서 쓰이는 수식이 있지만, 이 값은 통상 이미지센서 대각선의 길이의 약 1.5배에 해당합니다.

실제로 앞서 봤던 이미지에서 6.4mmx4.8mm 센서가 1/2인치(12.7mm)라고 불리는데, 이는 해당 센서에 맞는 Optical format의 값이 이미지센서 대각선의 약 1.5배인 12mm와 유사한 수치이기 때문입니다.

지금까지 이미지센서와 관련한 숫자들의 의미를 살펴보았는데요. 해당 숫자들의 내용을 기억하여, 이미지센서 관련 뉴스 내용을 더 깊이 파악할 수 있기를 바랍니다. 앞으로 이미지센서 시장에서 선두를 지킬 삼성전자에 많은 관심과 기대 부탁드립니다.