디지털 카메라의 ISO, 감도, 노이즈, 듀얼 ISO, ETTR, ISO 불변성

ISO 설정은 디지털 사진 촬영에 중요한 역할을 하지만, 이와 관련된 오해들이 많이 존재합니다. 이 글에서는 ISO에 대해 올바르게 이해하고, 흔히 갖게 되는 오해들을 해소하며, 최상의 결과물을 갖기 위한 ISO 설정값에 대해 알아보겠습니다. 

1. 디지털카메라에서의 ISO란?

과거 필름 시대에서의 ISO는 필름 스톡의 감도를 나타내는 지표였습니다. 낮은 ISO 값은 필름이 덜 민감하며, 더 많은 빛을 받아야 밝은 이미지를 얻을 수 있었습니다. 반면 높은 ISO 값은 필름이 더 민감하여 적은 빛으로도 밝은 이미지를 얻을 수 있었습니다. 따라서 낮은 ISO 값을 사용하면 더 세밀한 조절이 필요하고, 높은 ISO 값을 사용하면 밝은 이미지를 얻기는 쉬웠지만 그만큼 화질이 저하되는 단점이 있었습니다.

이와 마찬가지로 디지털카메라 시대에서의 ISO는 이미지 센서의 민감도를 나타내는 값이고 높은 ISO는 어두운 환경에서 센서가 받아들이는 빛의 민감도를 높여서 더 많은 빛 정보를 담을 수 있다 정의됩니다.

 " 결론부터 말씀드리자면 이것은 잘못된 이해라고 할 수 있습니다. "

디지털 시대의 ISO는 광원으로부터 센서가 빛(광자)을 받고 전자로 변환한 값을 ISO 증폭기가 ISO 설정값에 따라 인위적으로 증폭한 것입니다. 

디지털 시대의 ISO는 보다 깊고 폭넓은 이해가 필요함에도(사실 모든 과정을 이해할 필요는 없습니다.) 불구하고 많은 분들이 ISO를 단순히 감도라 믿고 또 널리 오해되고 있는 디지털카메라 세계의 대표적인 미신 중 하나입니다. 

그림 a를 통해 카메라 ISO설정값이 개입하는 순서는 센서가 데이터를 처리한 과정 이후라는 것을 알 수 있습니다. 

그림 a. RAW 데이터 생성과정의 ISO 증폭

2. ISO는 감도를 변경하지 않는다

흔히 믿는 것과 달리, ISO는 카메라의 감도를 변경하지 않습니다. 최신 디지털 카메라의 대부분의 경우 ISO는 일정한 수준의 증폭값을 가집니다(이것을 그림 c에서 다시 살펴보겠습니다.). 

이것은 대부분의 ISO 설정값에서 동일한 노이즈 수준을 갖게 되는 것을 의미합니다. 그림 b를 통해 확인하세요. F/2.8, 0.5초 설정값에 ISO만 다르게 촬영한 이미지들입니다. 모든 이미지가 완벽하게 동일한 품질을 가지는 것은 아니지만 ISO 12800 설정값에서도 큰 불편함을 느끼지 못합니다.  

그림 b, ISO 설정값에 따른 이미지 변화

3. ISO가 노출을 변경한다?

ISO가 노출을 변경한다는 것도 부분적으로 사실이지만, 이는 일부 자동 모드에서만 해당됩니다. 노출에 영향을 미치는 주요 요소는 조리개와 셔터 스피드 두 가지 입니다. 자동(반자동) 모드에서는 ISO 설정에 따라 히스토그램을 기준으로 밝은 영역이 휘발되지 않게 카메라의 개입이 발생하고 결과값에 영향을 줍니다. 

만일 F/2.8,ISO 100에서 1/500의 셔터스피드가 설정값이라면 ISO를 200으로 증가시키면 셔터스피드는 1/1000초가 됩니다. 이는 셔터스피드가 절반이 줄어서 센서가 데이터를 절반만 담게 합니다.

4. ISO 불변 카메라 이해하기

현재 생산되고 있는 대부분의 디지털 카메라는 ISO가 변경되지 않고 특정 ISO 값을 기준으로 일정한 수준의 증폭값을 가지게 됩니다. 종종 이런 특성을 이해하지 못하고 ISO값이 높을수록 노이즈가 증가한다는 이야기를 하게 되는데 이것은 3단락의 이야기로 대신 설명할 수 있습니다. 이와 관련한 자세한 설명은 다음의 링크에서 확인하세요. 

ISO 불변에 대한 설명을 돕는 블로그

" 어떤 전문가들은 미래에는 카메라 ISO 설정이 없어질지도 모른다는 이야기를 합니다 "

 

5. ISO 변경과 불변 기종에 대한 비교

그림 c. ISO 불변카메라와 듀얼 베이스 ISO카메라 비교

그림 c는 ISO 설정값에 따른이미지의 어두운 영역 개선에 관한 비교도표입니다. 가로축은 ISO 설정값, 세로축은 개선에 관한 객관적인 측정치를 나타냅니다. 참고로 이 도표는 'Photons to Photos'라는 사이트에서 확인 가능합니다. 

여기서 Sony의 A7m4,A7m3 두 기종은 특정 ISO세팅값을 기준으로 일정구간 동안 동일한 수준의 측정치를 보여줍니다. 이는 ISO 증폭값이 해당 구간에서 동일하다는 것을 의미합니다. 그리고 그 값은 특정 ISO 설정값을 기준으로 서로 다른 수준을 가지고 있습니다. 

반면에 녹색 그래프인 Canon EOS 60D의 경우 ISO 설정값에 따라서 서로 상이한 구간을 가지게 되는데 이는 각 ISO 설정값에 따라서 ISO 증폭값도 변화하기 때문입니다.

소니카메라의 경우 ISO 400과 800 설정값을 기준으로 다른 수준의 측정치를 갖게 되는데 이를 듀얼 베이스 ISO (Dual Base ISO)라고 합니다. 그리고 이 개념은 비디오와 사진이 각기 다른 프로세스를 통해서 결과물이 나오기 때문에 개별적인 이해가 필요한 사안입니다. 

그림 d. ISO 불변 카메라 기종

6. 베이스 ISO와 듀얼 베이스 ISO는 무엇인가?

그림 e. 듀얼 베이스 ISO 설명. 낮은 ISO에서는 큰 (이미지)우물로 보다 많은 빛을 받게 되고, 높은 ISO에서는 작은 우물을 사용해 적은 빛을 빠르게 채운다는 의미입니다. 출처-sonycine.com

간단하게 말씀드리자면  '베이스 ISO'는 제조사가 권장하는 ISO 설정값 입니다. 이 값은 주로 노이즈와 다이내믹 레인지를 최적화하기 위해 제조사가 결정한 최적의 ISO 설정값을 나타냅니다. 보통 비디오 촬영 영역에서 중요하게 다뤄지는 개념이지만 사진촬영에 관해서는 크게 관련이 없는 개념입니다.

듀얼 베이스 ISO는 그림 e 와 같이 한 센서를 두 개의 다른 (High, low) ISO 수준에서 이미지 데이터를 각기 다른 수준으로 받아들이게 하는 작동 방식입니다. 이것은 앞서 보여드린 그림 c 를 통해 확인한 바 있습니다. 

이러한 베이스 ISO가 사진과 비디오에서 다른 개념을 가져야 하는 것은 DSLR 카메라가 JPG 와 RAW 이미지 촬영에서 서로 다른 프로세스를 거친다는 것으로 이해를 대신하겠습니다.

요약하자면 사진과 비디오 모드 간에는 ISO 값이 같지만 다를 수 있음을 이해해야 합니다. 이를 통해 우리는 최적의 결과를 얻을 수 있습니다. 또한 비디오 촬영 시, 베이스 ISO를 변경하는 대신 내장 ND 필터를 사용하여 적절한 노출을 조절하는 것도 유용한 방법 중 하나입니다. 

7. ETTR(Exposing to the right)

그림 f. ETTR과 적정노출의 비교

저조도 환경에서 좋은 품질의 결과물을 얻기 위해서 ETTR 활용해보세요. 앞서 말씀드린 바와 같이 데이터를 많이 담기 위해서는 우리가 활용할 수 있는 조건은 조리개 수치와 셔터스피드 두가지입니다. 히스토그램의 데이터를 우측으로 다수 분포하게 촬영한 결과물은 하이라이트와 중간 톤의 노이즈를 줄일 수 있습니다. 그리고 카메라가 촬영한 데이터는 대부분의 경우 중간톤 이상의 것들로 담게 됩니다. 다시 말해 어두운 영역의 데이터는 카메라가 싫어합니다.

결론

ISO의 이해는 좋은 품질의 사진을 얻기 위해서 필수입니다. 오해를 해소하고 카메라 기종에 따라 ISO 설정을 최적화하면 저조도 환경에서 더 나은 이미지를 얻을 수 있습니다.