이미지 센서(카메라센서) 크기 비교 및 노이즈 관계

카메라 센서 크기를 한눈에 비교해 보았다.

일반적인 카메라 센서의 크기 비교

FF : 풀프레임 카메라
1.3 : 1:3 크롭 카메라 
          일명 APS-H 혹은 변태크롭
1.85 : APS-C 크롭 카메라
4:3 : 마이크로포서드 타입 카메라
1 inch : 1인치 규격의 센서를 갖는 카메라

대략의 구분은 이와 같다.  

​괄호안의 숫자는 풀프레임 대비 면적 비율이다. 
1.3크롭은 풀프레임의 60%의 면적을 갖고, 1.5 크롭은 풀프레임의 43%의 면적이며, 1인치 카메라의 경우는 풀프레임의 13.9%의 면적을 갖는다.  
대략적으로  1인치 카메라의 센서 면적은 풀프레임의 약 1/7의 면적을 갖는다고 할 수 있다. 

참고적으로 센서 분류 및 용도에 따른 카메라의 구분은 캐논을 예로 다음과 같다.  

캐논 카메라의 대략적 구분

니콘 카메라의 대략적 구분

동등 기술의 적용에 대하여 풀프레임 센서의 노이즈가 가장 적고 센서가 작을 수록 노이즈가 많다.  
작은 센서의 경우 풀프레임 센서에 비해  노이즈가  많이 발생하는 것은 다음과 같이 설명할 수 있다.

예로 풀프레임과 1인치 센서 카메라가 똑같이 2000만 화소라고 할때 2000만 화소를 표현해주는 소자의 수는 2000만개로 같은데 1인치 센서의 면적은 풀프레임의 1/7이다.
그렇다면 1인치 센서의 경우 전기소자가 풀프레임 카메라의 센서에 비해 7배 정도 조밀하게 배치되어야 한다는 의미이다.

아래의 그림에서 큰 센서와 작은 센서의 비교하였다.  
왼쪽이 큰 센서이고 오른쪽이 작은 센서로 센서가 클 수록 픽셀당 면적이 큰 것을 알 수 있다.
사진을 찍게 되면 각 픽셀에 해당하는 전기 소자에 전기 신호가 가해지게 된다.  

큰 센서(왼쪽)과 작은 센서(오른쪽)

우선 빛이 충분히 공급되는 환경에서의 촬영을 예로 들면 다음과 같다.

붉은 색 원을 촬영 시 전기 신호에 의하여 영향을 주는 범위라고 할 때 빛이 충분하게 공급되는 경우는 전기신호를 크게 증폭시킬 필요가 없고 전기장이 작게 발생하기 때문에 아래의 그림처럼 픽셀간 서로 영향을 거의 주지 않는다. 

센서에 신호가 가해지면 그에 따른 전기장이 발생

이때는 발생하는 전기장의 간섭이 없기 때문에 센서가 큰 카메라나 센서가 작은 카메라나 노이즈 발생 면으로 볼 때 큰 차이가 나지 않는다. 

다음은 광량이 부족한 환경에서 촬영할 경우이다.
광량이 부족한 경우에 센서에 도달하는 광량이 작으므로 게인을 높여서 광량을 확보하여야 하므로 센서에 흐르는 전류가 높아지게 된다.  
센서에 흐르는 전류가 높아짐에 따라 전기 신호가 영향을 주는 영역인 붉은 원이 커졌다.   
이때 큰 센서의 경우 픽셀간에 영향이 작은데 반해 작은 센서의 경우 붉은 영역이 겹치며 픽셀간 영향을 주고 있는 것을 볼 수 있다.  
이런 이유로 광량이 적은 경우에 풀프레임센서와 작은 센서간의 노이즈 차이가 발생하게 된다.

신호가 커질 수록 전기장의 범위는 넓어진다.

즉, 빛이 적은 환경에서 사진을 찍기위해서 빛을 확보하기 위해 전기신호가 증폭되며, 그때 전기소자간의 거리가 가까운 만큼 전기소자 각각의 신호가 서로 간섭을 더 일으켜 노이즈를 증가시키게 된다.

이때는 센서가 큰 카메라에 비해서 센서가 작은 카메라는 노이즈가 필연적으로 증가하게 된다. 

사람이 꽉 찬 출근길 열차안을 생각하면 이해가 더 빠를수도 있을 것 같다.  출근길 열차안은 사람으로 가득해서 조금만 움직여도 서로 닿아버리고 때로는 서로간에 다툼이 일어나가도 한다.  이런 다툼이나 부딧침이 모두 노이즈라고 생각하면 될 것 같다. 

하지만 노이즈 때문에 반드시 풀프레임 카메라만 써야 하는 것은 아니다.  

예를 들어 광량이 풍부한 낮 시간에는 감도를 올리지 않아도 되어서 위의 그림에서 붉은 부위의 범위가 커지지 않아도 된다.  따라서 빛이 풍부한 환경에서는 1인치 카메라라도 잘 사용하면 멋진 작품을 담는데 부족함이 없을 것이다.  

밝은 야외 사진의 경우는 풀프레임 카메라로 담은 사진이나 1인치 센서를 갖는 카메라로 담은 사진이나 심도를 제외하면 화질에서는 크게 차이가 나지 않는다. (물론 차이는 있다.) 

그런데 어두운 저녁이라던가 흐린날, 야경사진 등 빛이 희박한 상황에서는 풀프레임 센서의 진가가 나오기 때문에 열악한 상황에서 촬영이 많을 경우는 풀프레임 카메라 사용이 사진의 품질 면에서 매우 유리하다고 할 수 있다.   

​풀프레임 카메라는 비용 및 부피면에서 1인치 센서 카메라에 비해 매우 불리하므로 용도에 맞는 카메라 선택이 중요하다. 

 

참고 : 스마트폰의 이미지센서 크기

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