기타 지식

카린이가 안써줘서 쓰는 카메라 이야기. 2 렌즈에서 생기는 왜곡 -1 기초원리.

안녕 개붕이들

 

지난번에 기초적인 렌즈의 화각, 밝기 심도에 대해서 글을 썻던 개붕이야

 

지난번 글에서도 밝혔지만 이전에 다른 개붕이가 글 연재하다 탈퇴해버려서...

 

적어줬으면 좋겠다고 생각한부분을 내맘대로 적어보고있는 중이야

 

 

예전에 다른 개붕이가 써줬던 글은

 

서론

https://www.dogdrip.net/249697233

 

1탄 - 카메라 바디의 종류1

https://www.dogdrip.net/249775372

 

2탄 - 카메라 바디의 종류 2

https://www.dogdrip.net/251498131

 

 

요기 있고, 

 

내가 전에 쓴 글은

 

 

https://www.dogdrip.net/375706197

 

이거야. 렌즈의 밝기, 화각, 심도의 원리에 대해서 좀 적어봤었어.

 

지난글에서 화각에 따른 원근감, 길이 왜곡, 일반렌즈와 어안렌즈의 왜곡 차이, 어안렌즈의 종류에 따른 기능특성 같은걸 써보려고 한다고.. 했는데

 

글을 준비하다보니 생각보다 너무 적어야할게 많더라

 

그래서 이번글에선 화각에 따라 생기는 왜곡에 대해서만 적어볼게 

 

순서는 초점거리에 따른 화각변화에 대한 복습부터 시작해서, 

 

전경과 후경에 따라 어떻게 사진이 바뀌는지 적어보려고해

 

 

그럼 시작해보자

 

1. 화각과 초점거리

 

이전 글에서 화각은 렌즈와 센서사이의 거리가 가장 중요하게 작용하며

 

대부분의 촬영에선 초점거리와 렌즈-센서간 거리가 거의 비슷하기 때문에 초점거리에 따라 화각이 바뀐다고 해도 큰 문제가 없다고 했었어

 

그래서 대부분 초점거리가 화각을 결정한다 라고들 표현하고, 이에 대해 검색하면 사진이 어떻게 찍히는지가 보통 아래같은 그림이 나와

 

그림1.jpg

 

출처:https://blog.henrys.com/lens-compression-and-perspective-exaggeration/

 

 

그림2.jpg

출처: https://www.nikonusa.com/en/learn-and-explore/a/tips-and-techniques/understanding-focal-length.html#

 

그림3.jpg

출처: http://www.thedigitalprocess.com/learn-about-camera-lenses-a-guide/

 

 

 

 

위의 그림들 모두 삼각대를 설치해두고, 렌즈를 바꾸어가며 찍었을때 상황을 기준으로 예시를 보여준거야.

 

즉, 같은위치에서 같은 대상을 볼때 화각을 바꾸는 효과를 설명한거지, 그림으로 나타내면 아래와 같이 나타내 볼 수 있어.

 

그림4.png

 

 

이렇게 초점 거리에 따라서 대상이 작아졌다가 커졌다 하는거로 이해할수 있지. 기본적으로 이게 화각을 바꾼다 혹은 줌을 한다 할때 나타나는 효과야.

 

이걸 잘 알고 있는것도 중요하지만, 렌즈에 따라 사진에 부여할수 있는 속성을 설명하기에는 좀 부족해.

 

 

위 그림대로면 초점거리가 아주 짧은 광각 렌즈만 가지고 중앙부만 크롭하면 똑같은 결과를 얻을수 있어보이고 실제로 이론적으로는 그렇기는 하지만,

 

렌즈의 물리적인 구경부터 시작해서, 렌즈의 선명도나 카메라 센서의 화소를 무한정 높일수 있는게 아니기 때문에 우린 항상 프레임에 특정 영역이 일정 크기 이상 크기로 찍히도록 사진을 찍게 되거든. 이 때문에 보통 초점거리에 따라 대체로 완전히 달라보이는 사진을 연출하게되는거지.  흔히들 말하는 광각 왜곡 때문에 말야. 그럼 한번 왜곡에 대한 기초 원리를 같이 알아보자. 

 

 

 

2. 왜곡이 나타나는 원리와 양상

2.1 왜곡이 나타나는 이유, 전경과 배경

 

가장 차이나는점이 광각으로 갈수록 사진에서 주변부에서 입체적인 왜곡이 두드러지게 나타나 평면적으론 왜곡이 일어나지 않지만, 입체적으론 반드시 일어나도록 설계되어 있어. 보통 Zero distorion lens라고 해서 무왜곡 렌즈라고 하면 평면적인 왜곡이 거의 없다는걸 이야기해 (이렇게 만들기도 기술적으로 난이도가 높은편이거든... 요즘은 사실 이미지 프로세싱으로 보정하는게 어렵지 않아서 이거야 뭐 크게 중요하진 않음)

 

이게 일어나는 근본적인 이유는 우리가 가지는 시야는 곡면 영상을 보고 곡면에 기록되는걸 우리가 보는데, 카메라 센서는 평면으로 만들어지고, 평면을 평면으로 옮기는, 다시말해 직선을 직선으로 표현하는 렌즈이기 때문이야. 

 

원리적으론 θ와 tan θ 의 괴리가 얼마나 일어나는지로 부터 기인하는데, 이 현상이 원근감을 느낄수 있는거리와 원근감을 느낄수 없는 거리에서 각각 다르게 나타나기 때문에 이에 맞춰 설명해볼게

 

 

지금부터 원근감이 느껴질만큼 가까운 곳에 있는것들을 전경(Fore ground), 원근감이 느껴지지 않을만큼 멀리있는걸 배경(Back ground) 이라고 부를꺼야 이건 사진에서 원래 쓰는말은 아니고, 회화에서 주로 사용하는 단어야

 

아래 그림을 보면 이해가 바로 올거임.

 

 

 

그림8.jpg

출처: https://tipsmake.com/differences-between-background-and-foreground

그림9.jpg

출처: https://my-ecoach.com/project.php?id=17946&project_step=85718

 

 

위의 그림처럼 중경 (middle ground)과 전경)foreground)을 나누기도 하지만 나는 전경으로 퉁치겠음.

 

 

그럼 이제 전경부터 설명을 시작해볼게

 

 

 

2.2 전경에서의 왜곡

 

전경과 배경을 가르는 특징들 중에 일단 눈에 보이는걸 꼽아보다면 전경은 기하학적인 원근감이 존재함

 

색체나, 배치에 의한 거리감 말고 순수 도형의 기하학적인 변행에 의한 원근감이 찍혀나와

 

그림을 조금 배운 개붕이들에게 친숙한만, 소실점을 사용한 원근감이 사진이 찍힌다고 보면됨.

 

원근감이 어떻게 나타나는지를 한번 정리해보면 아래의 4가지로 정리해볼수 있어.

 

 

 

그림5.png

 

 

우선 원근감이 전혀 없는 경우는 사진에선 존재하기 쉽지 않아. 아주 장망원의 렌즈를 쓰거나, 원근감이 표현되지 않는 텔레센트릭 (Telecentric) 렌즈를 써야만 가능해. 회화에서도 사물의 특지을 암기해 보고 알아낸것을 머릿속에서 그림으로 변환해서 묘사하는 동양화에서는 많이 나타나지만, 사물을 본 그대로 묘사하는 서양화에서는 찾아보기 어렵지.

 

일반적으론 회화에서의 표현과 마찬가지로 사진의 전경의 경우에도 1점투시, 2점투시, 3점투시중 하나로 나타남. 각각의 원근감은 카메라와 대상이 이루는 각도에 따라 달라지고, 물리적으로 대상의 면과 평행으로 렌즈축이 정렬되면 그 물체의 소실점은 무조건 화면 중앙으로 꽂히게 되어 있어.

 

카메라 각도에 따른 변화는 아래 그림을 참고해주길 바래

 

그림6.png

 

 

여기서 한가지 오해를 할만한게 있는데, 1점 투시도 화면 중앙에서 다른곳으로 움직일수 있는데? 라고 생각하겠지만 그건 물리적으론 2점투시나 3점투시 형태가 된거지만 다른쪽 소실점이 프레임 내부에 표현이 되지 않을뿐임. 고등학교 기하백터 수준으로 소실점 위치 같은것도 다 계산할수 있으니까 납득이 안간다 싶으면 한번 계산해보는거도 재밌을꺼야

 

아무튼, 여기서 내가 말하고 싶은건 전경에 있는 물체들은 모두 투시원근법을 사용한 그림과 같이 소실점을 가지게 된다는거야

 

그리고 이 소실점은 렌즈와 거리에 따라서 다르게 나타나. 아래 그림처럼 말이지. 화면에 비슷한 크기로 사물을 찍는다로 한다면 자동으로 거리가 바뀔태니 이 또한 바뀌는거고.

그림7.png

 

같은 크기로 찍는다고 하면 이 그림처럼 대상이 가까워질수록 원근감의 왜곡이 심하게 나타나게되 멀리갈수록 점점 이론적인 평행투사에 가까워지게 되고 이를 좀더 사진 프레임에 들어가는 방식으로 나타내보면 아래와 같이 나타내볼수 있어

 

 

그림10.png

 

얘네는 전부 정육면체를 찍는다고 가정했을때를 그린거야 화면에 보면 초점거리가 짧을수록  앞뒤거리가 길어진것처럼 나오지? 여기서 길어져서 모양이 변형되는건 렌즈와 평행하지 않은 면들이야. 왜 이런 결과가 나타나는지 한번 광선을 추적한 모식도를 그려보면 아래와 같아

 

그림11.png

 

 

왼쪽은 초점거리가 짧은 렌즈, 중간은 초점거리가 약간 길어진 렌즈, 그리고 오른쪽은 초점거리가 약간 길어진 렌즈로 찍을때 초점거리가 짧은 렌즈로 찍은 효과를 내려면 필요한 피사체의 길이를 나타낸거야. 나름... ppt로 정성스럽게 그렸음.... 보면 느껴지겠지만 초점거리에 따라 중간에 초록선으로 표현된 부분의 거리가 무진장 길어지는걸 볼수 있어 회전된 물체에서 어떻게 나타나는지를 보면 아래와 같아

 

 

 

그림12.png

 

돌아가기 전 상태에서 돌렸을떄를 보면, 초점거리가 짧을수록 더 기괴하게? 틀어지는걸 볼수 있어.

 

여기서 보여준 예시에서 나타난 현상을 정리하면 아래와 같아

 

1. 렌즈면과 평행한 면은 크기가 바뀔지언정 왜곡되어 나타나지 않는다.

2. 피사체가 가까울수록, 프레임의 주변부로 갈수록 찍히는 대상이 많이 왜곡되어 보인다.

 

 

그리고 둘로부터 나오게 되는 결론인데, 초점거리가 짧은 렌즈일수록 보이는 각도가 더 커지다보니, 한가지 더 유의사항이 나타나

 

3. 초점거리가 짧은 렌즈를 사용한 사진일수록 조금만 촬영 틀어져도 왜곡이 심하게 나타난다.

 

이때문에 초점거리가 짧은 초광각 렌즈로 사진을 예쁘게 찍는건 어느정도 연습이 많이 필요해. 화면안에 소실점을 옮겨가면서 피사체와의 관계를 생각하며 바디를 잘 움직여서 맞춰야지..

 

그리고 3번 특성떄문에 방안을 찍으면 방이 길어져 보이는 효과가 나서 방 내놓는 사람들이 이렇게 많이 찍는데....

 

사실 광각 렌즈중에서도 거리 변형이 안되는 렌즈도 있기는 있다. 근데 이건 방이 현실적으로 좁아보이니 안쓸듯.. 이건 다음 기회에 더 자세히 이야기해볼게.

 

 

전경에서 왜곡 원리를 설명했으니 이제 배경으로 옮겨가보자

 

 

2.3 배경에서의 왜곡

 

배경은 원근감이 없는데 무슨 왜곡이 일어나? 라고 말할수도 있지만 배경의 왜곡도 광각으로 갈수록 꽤 많이 일어나는 편이야

 

우선 배경이 가지는 기하학적 특성부터 말해볼게, 별 좋아하는 개붕이들은 천구(Celestial sphere)가 뭔지 알지?

 

하늘을 관찰하면 거대한 구면에 별들이 박혀있는것처럼 보인다해서 만들어낸 개념이야 보통 아래와 같이 표현하지

 

그림13.jpg

출처:https://www.sciencephoto.com/media/947179/view/celestial-sphere-illustration

 

 

이렇게 배경을 실제로 구면으로 보이기 떄문에 이를 평면으로 옮기면 구면->평면으로 옮기는 과정에서 왜곡이 발생해

 

지난번에 업로드한 그림을 살짝 수정해서 이걸 표현해봤어

 

그림14.png

 

 

 

이쯤 그리면 많은 개붕이들에게 익숙한 그림이 하나 떠오를꺼야

 

그림15.jpg

출처:http://www.jirilim.com/zbxe/m4_5/10031

 

바로 이것.. 이거슨.. 바로 메카토르 도법이라는거시다...

 

메카토르도법은 지구를 원통해 투사해서 그 형태를 그린거로 세계 지도를 그린건데

 

투영상을 그리다보니 고위도 지방일수록 땅이 넓어져 보이는 문제가 생겨

 

그래서 아래과 같은 짤이 돌아다니지

 

 

그림16.png

 

 

 

 

우리가 사진을 찍을때 사용하는 직선렌즈의 투영법은 지도 투영벙으로 치면 왜곡이 훨씬 심한 '심사도법(gnomonic projection)' 에 속해

 

아래 그림과 같은 개념이야, 구의 중앙에서 빛을 뿌리고 그것이 투영된 상을 그리는거지

 

그림17.png

출처: https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A7%80%EB%8F%84_%ED%88%AC%EC%98%81%EB%B2%95

 

이 방법으로 북극을 기준으로 세계지도가 그려지는대까지 그리면 아래와 같아

 

그림18.png

출처:https://desktop.arcgis.com/en/arcmap/latest/map/projections/gnomonic.htm

 

 

그림에 나타나지만 아프리카와 멕시코 인도등이 매우 거대하게 나타나고 그 아래는 그려지지도 않는다.

 

이게 사진에서는 하늘이 중앙으로 빨려들어간느 느낌으로 나타나

 

그래서 구름같은거 찍을때 초광각으로 찍으면 확 빨려들어가는 느낌이 남

 

삼양 10mm xp 상품정보 들어가면 너무 좋은 예시가 많길래.. 따로 첨부는 안하곘음. 바치 화면속으로 빨려 들어가는 그런 사진...

 

 

 

이게 연출적인 목적으론 굉장히 좋을수도 있는데,

 

별을 좋아하는 개붕이들에겐 안좋을수도 있다.

 

내가 찍은 사진 예시만 하나 보여줄게

 

아래는 평사도법 방법으로 제작된 어안렌즈로 찍은 사진을 심사도법으로 변환한 사진이야

 

평사도법도 왜곡이 좀 있긴한데, 심사도법만큼은 아니지

 

모두가 알만한 별자리 기준으로 설명한다면 위에 사진은 북두칠성을 중간에 몰아넣고 찍은거고

 

아래 사진은 북두칠성을 주변부에 넣고 찍은건데 심사도법 영상에선 별자리의 모양이 찌그러져버린걸 볼수 있어 심하게 말이지

 

화면에 빨려들어가는 느낌은 있지만, 하늘을 정확하게 묘사하기엔 부적절한편이지

 

그림19.png

 

 

 

 

 

 

 

이번에 준비한 내용은 여기까지야 재밌게 읽었는지 모르겠네

 

다음번에는 이번글의 연장선에서 풍경사진에서 렌즈에 따른 왜곡과 표현변화, 인물사진에서 렌즈에 따른 왜곡과 표현변화를 써볼게

 

다음글은 자료 수집이좀더 필요해서... 조금 연재 시기가 늦을수도 있고.. 둘중에 하나만 쓸수도 있고.. 

 

다음엔 더 잘 정리해서 찾아오도록할게

 

 

재밌으셨으면 추천좀 푸짐히... 굽신굽신....

16개의 댓글

2022.01.17

왜곡 줄이려면 센서 큰 카메라 쓰면 해결

0
2022.01.17
@김이더

155mm 정도면 가능?

0
2022.01.17

정성추

0
2022.01.17

자료수준 무엇? +.+

0

개추 머겅

0
2022.01.18

삼양 10mm쓰는데 너무 광각이라 사용하기가 빡시더라.

왜곡을 근본적으로 하결할 수 있는건 곡면 센서라던데 과연 나올런지…

0
2022.01.18
@번째드립인지

곡면센서야 만들수는 있는데

 

초점거리가 센서곡률에 고정퇼수밖에 없다는점과

 

곡면 디스플레이역시 필요하다는점때문에 상용화되지못함

 

화면을 초점거리* tan(각도)로 기록할지 초점거리* 각도로 표시할지가 문젠데 사실 평면센서용으로는 후자가 이미 개발된진 오래됐어 그래서 곡면센서보단 디스플레이가 더.... 개발 필요성이 높아

 

디스플레이도 단순 곡면이 아니라 거리감구현도되야해서 사실상 홀로그램 디스플레이 일반화전까진 좀 어렵다봄

 

초점거리 * 각도로 점이 찍히는 렌즈는 니콘이랑 벨라루스의 펠랑이 일한 카메라용으로 출시했는데 그렇게 인기는 없고

 

산업용 레이저 스캐닝렌즈론 아주인기가 좋음

0
2022.01.18
@날조와선동

그럼 렌즈 소형화를 위해 어쨌든 필요한 작업일듯

0
2022.01.18
@번째드립인지

10mm 나도 충동 구매했다가 방출했는데

 

난이도도 높고

 

풍경사진이 일기랑 시간과 장소 세가지가 다 잘맞아야 더 좋은사진이 나오다보니

 

내입장에서 활용도가 넘 떨어지더라....

 

조금만움직여도 모든게 찌그러져서 아주빡셈

 

작품사진예보면 딱 정제된 소실점을가지게 아주 잘 한거거가 보이는데 이렇게 찍기 쉽지않지

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2022.01.18
@날조와선동

찌그러지는 문제보단 화각을 잡는 문제가 가장 크더라. 사진이 찌그러지는거야 어차피 그걸 이용해서 극적인 장면을 뽑아내면 되는거고, 디지털 보정도 어느정돈 들어가도 되니 상관이 없는데 화각이 너무 넓다보니 원치 않는 내용도 담기가 쉬움… 근데 여행가서 멋진 사진 한 두장 나올 땐 돈이 안 아깝더라

0
2022.01.18
@번째드립인지

맞어 그렇게 찍으러갈 기회가 생겨야하는데... 코로나터지고 제습함행되버려서.....

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2022.01.18
@날조와선동

아니 근데 삼양 10mm가 그렇게 왜곡이 심했나??

그정도까진 아니란 느낌이었는데

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2022.01.18

광학은 어쨌거나 크기가 깡패임.

물론 커질수록 정밀하게 만드는 난이도가 어마어마하게 높아지는게 문제.

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2022.01.19

셀카 vs 실물

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2022.01.22

카메라 와드!!!

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2022.01.25

이만한 내용을 정리하시기 힘드셨을탠데 대단해요!

항상 잘 읽고있습니다 ㅎㅎ

0
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