[CIS 이미지 센서] 초록색(Green)을 잘 다스리자.

아시다시피 요즘 DSLR 카메라와 휴대폰 카메라에는 CMOS Image Sensor (CIS)가 장착되고 있습니다.
반도체 연구원으로서 언젠가는 CIS에 대해 쉽게 이야기를 한번 풀어 보려고 진작에 마음을 먹고 있었는데, 복잡한 반도체 세계를 일반인들이 이해할 수 있도록 글로 표현하는 것이 한계가 있었습니다.

 

CIS 공부를 하다가 보면, 제일 먼저 나오는 내용이 색깔에 대한 이야기입니다. 오늘은 그 색깔 이야기를 해보려고 합니다.

제가 이야기 하는 색깔은 CIS 반도체를 만드는 과학/공학에서 바라다 보는 색깔이기 때문에 예술가 입장에서 바라다 보는 색깔과는 차이가 있음을 미리 말씀드립니다.

 

 

 

A. 3원색의 탄생

 

CIS반도체 공부를 하다가 보면 원색이 어떻게 탄생했는지 그런 이야기도 나옵니다.
아시다시피 3원색은 Red, Green, Blue (RGB)라고 합니다.
그럼 RGB가 어떻게 3원색으로 채택되었을까요?

 

대답은 어이없게도...

사람들한테 어느색이 가장 원색처럼 보이느냐고 투표를 했더니, 빨강/초록/파랑 이 3가지가 가장 원색처럼 보인다고 결과가 나왔답니다. 투표결과 3원색으로 RGB가 채택되었다고 합니다.

심오한 과학적인 분석에 의해서가 아니라, 인간의 경험에 의해 RGB가 3원색으로 채택되었다고 합니다.

 

색깔에 관한 한 과학적인 분석보다는 여러 사람들의 투표 결과에 의해 결정된다고 합니다. 경험에 의한 결정입니다.

화려한 조명, 컴퓨터 사용 등으로 앞으로 수백년 후에는 인간의 눈 구조도 달라질 수 있기 때문에 그때 가서는 3원색이 달라질수도 있습니다.

 

 

 

B. 색깔 중에서 사람 눈에 가장 민감한 색은 무슨색일까요?

 

여러분 눈에는 어느 색이 가장 민감하게 작용하는지요?
저는? 제 눈에는 빨강색 같기도 하고, 노랑색 같기도 합니다.

아래 그래프를 하나 보시죠 (그림은 제가 그렸습니다.)

 

 

 

위 그림의 x-축은 사람의 눈에 보이는 가시광선의 빛의 파장 (또는 색깔)입니다.
y-축은 사람들의 눈에 가장 민감하다고 생각되는 색깔이 무엇이냐고 질문했을 때 투표 결과입니다.

 

투표결과를 보면, 빨주노초파남보 중에서 중간에 위치하는 초록색(Green)이 가장 민감하다고 답한 사람이 가장 많습니다. 빨간색도 아니고 노란색도 아닙니다.

 

 

 

C. CIS반도체에서는 초록색을 어떻게 다스리는가?

 

 

사람 눈에 초록색이 가장 민감하다는 통계에 근거하여, CIS 반도체를 만드는 사람들은 초록색을 특별 대우합니다.
아래 그림을 보시죠 (그림은 구글 학술자료에서 가져와서 한글은 제가 추가했습니다).

 

 

 

 

위 그림에서 윗부분에 나타낸 바와 같이 자연광이 CIS반도체에 도달하면, CIS반도체는 투표 결과 사람 눈에 원색처럼 보인다는 RGB 3원색만 골라냅니다. 자연광으로부터 어떤 픽셀은 R만 골라내고, 어떤 픽셀은 G만 골라내고, 또 어떤 놈은 B만 골라 냅니다.

위 그림에서 아랫 부분에 나타낸 네모격자는 소위 말하는 "베이어 패턴(Bayer Pattern)" 입니다.

Bayer Pattern이란 각 화소(Pixel)가 담당하는 색깔을 표시한 도면이라고 생각하면 됩니다.

화소마다 담당하는 색깔이 있습니다.

 

Bayer Pattern의 네모 1칸이 우리가 말하는 1 Pixel 입니다.
5D Mark III 제 카메라는 2,230만 화소니까 제 카메라의 CIS에는 저런 네모가 22,300,000 개가 들어 있습니다.

Bayer Pattern에서 R, G, B 분포를 보면 다음과 같습니다.
자세히 들여다 보시면, Bayer Pattern 6X6=36개 픽셀 중에서 Green 18개 (50%), Red 9개 (25%), Blue 9개(25%)로 구성되어 있습니다. 제 카메라의 CIS반도체에는 Green을 담당하는 화소가 약 11,150,000 가 들어 있겠습니다.

 

통계적으로 Green이 사람 눈에 가장 민감하게 작용하기 때문에 우리 카메라 속 CIS반도체 픽셀의 50%는 Green 색을 잘 표현하는데 할당되고 있습니다.

 

 

두서없이 써내려 왔는데, 의미가 잘 전달되었는지 모르겠습니다.

이 글에서 우리 사진가들이 배워야 할 부분은 초록색(Green)을 잘 다스리라는 것입니다.
포토샵에서 사진을 후보정할 때, 특히 Green을 자연스럽게 잘 표현하도록 노력해 보아야겠습니다.

 

포토샵 후보정에서 초록색을 잘 다스리면 사진을 감상하는 관람객에게 50%는 점수 따고 들어가는 것입니다.

통계적인 경험에서 사람 눈은 그린색에 가장 민감하다고 하니까요.