‘메가픽셀 렌즈’란 무엇이며, 왜 필요한가?

메가픽셀(Megapixel) 카메라에 필요한 렌즈는 기존 아날로그 카메라에 필요한 렌즈와 많이 다르다. 

이런 고해상도 카메라에는 더 높은 품질의 렌즈가 필요하다. 

 

예를 들어, 메가픽셀 카메라에서 렌즈의 초점면 스폿 크기(spot size)는 센서의 픽셀 크기와 비슷하거나 작아야 한다. 

메가픽셀 카메라 렌즈가 더 많은 고정밀 요소를 필요로 하기 때문에 아날로그 렌즈보다 더 비싸다.

 

메가픽셀 카메라를 원하는 사람들은 메가픽셀 렌즈를 사용하기만 하면 된다고 생각할 수 있지만, 그것은 그렇게 간단하지 않다. 

많은 경우에 필요한 렌즈가 제공되는지 확인하기가 매우 어렵다. 

 

전통적으로 아날로그 카메라에서 렌즈 지정은 큰 문제가 되지 않았다. 그래서 많은 설계자들은 메가픽셀 카메라의 경우, ‘렌즈는 다 같은 렌즈가 아니다’라는 사실을 여전히 인식하지 못하고 있는 형편이다.

 

메가픽셀 카메라를 통해 설계와 제조 담당자들은 완전히 새로운 세계에 직면했다. 수백만 픽셀과 1500픽셀 폭의 이미지가 표준이 된 것이다. 

많은 제조업체에서 자사 제품을 ‘메가픽셀렌즈’라고 하지만 실제 ‘메가픽셀’이라는 형용사가 무엇을 의미하는지 모르는 경우도 많다. ‘메가픽셀’ 렌즈가 130만 메가픽셀 카메라 또는 300만 메가픽셀 카메라에 사용되는지 아니면 모든 메가픽셀 카메라에 사용되는지가 불분명하다. 

 

<그림1>과 <그림2>를 보면, 메가픽셀 카메라의 수준에 따라 서로 다른 렌즈가 필요하다는 것을 알 수 있게 된다. 

수준이 높은 메가픽셀 카메라는 더 작은 픽셀로 구성되어 고성능을 제공하기 위해 더 정밀한 요소가 필요하다.

 

 

렌즈 품질의 결정

 

그렇다면 필요한 렌즈의 품질을 결정하는 데 무엇이 도움이 될까? ‘밀리미터당 라인 쌍(이 하 LP/MM, line pair per millimeter)’은 렌즈의 해상도 속성을 제공하며 카메라에 적합한 렌즈를 선택하는 데 사용할 수 있다.

 

 

<그림1> 메가픽셀 렌즈의 스폿 크기는 센서에 초점을 잘 맞추기 위해 훨씬 작다.

 

 

 

 

 

<그림2> 표준 렌즈의 스폿 크기로는 메가픽셀 센서에서의 선명한 초점을 만들지 못한다.

 

 

LP/MM은 렌즈의 해상도를 나타내는 인접 픽셀 쌍의 최소 너비를 결정한다.

 

예를 들어 표준 아날로그 카메라는 약 30LP/MM의 렌즈가 필 요하지만, 메가픽셀 렌즈는 60LP/MM에서 최대 200LP/MM의 사양이 필요하다.

즉, 해상도가 133LP/MM인 1/3인치 1.3MP 카메라의 해상도가 60LP/MM인 렌즈는 카메라의 전체 해상도를 활용하지 않는다.

그 이유는 렌즈가 60LP/MM만 분해하는 반면, 카메라는 전체 메가픽셀 분해능을 위해 133LP/MM이 필요하기 때문이다.

 

위의 예에서 폭이 1픽셀인 기둥과 같은 물체는 더 낮은 렌즈 해상도로 인해 보이지 않는다.

즉 렌즈와 카메라로 폭이 3픽셀 미만인 물체는 보이지 않는다.

그 결과 카메라의 추가 픽셀이 낭비된다. 또한 많은 렌즈는 가장자리가 아닌 렌즈 중앙에 LP/MM을 기반으로 메가픽셀이라고 표시되어 있다.

이 차이는 사용자에게 중요할 수 있다. 메가픽셀 렌즈의 중앙에는 60LP/MM이 있지만 가장자리에는 30LP/MM만 있는 것은 드문 일이 아니다.

이것은 소위 메가픽셀 렌즈의 가장자리에서 해상도가 절반 가격의 표준 아날로그 카메라 렌즈의 해상도보다 좋지 않다는 것을 의미한다.

픽셀의 크기는 메가픽셀 카메라에 따라 다르므로 특정 카메라에 어떤 렌즈가 가장 적합한지 영향을 미친다.

LP/MM ‘필수’ 해상도는 카메라 픽셀 크기를 기반으로 카메라에 대해 계산할 수도 있다.카메라 픽셀의 물리적 너비는 이미지 센서 크기와 이미저에 맞는 픽셀 수에 따라 달라진다.

다시 말해 동일한 총 픽셀 수를 가진 두 개의 다른 크기 센서를 가질 수 있지만 렌즈에 필요한 해상도는 다르다.

 

이것은 LP/MM이 센서의 픽셀 크기에만 상대적임을 의미한다. 120LP/MM이 있는 렌즈는 1/2인치 이미저를 사용하는 130만 화소 카메라에 적합하지만 1/3인치 이미저를 사용하는 200만 화소 카메라에는 픽셀 크기가 훨씬 작기 때문에 그다지 좋지 않다.

이상적으로는 렌즈 해상도가 카메라 해상도보다 커야 한다.넓은 영역 커버두말할 것 없이 일반 매장을 감시하는 일반 아날로그 카메라 렌즈와 쇼핑몰 주차장을 감시하는 130만 화소, 교도소에서 감시하는 300만 화소 렌즈는 큰 차이가 있다.

 

번호판 인식, 얼굴 인식 및 식별과 같은 애플리케이션은 메가픽셀 카메라에 매우 일반적으로 사용되지만 필요한 이미지 해상도와 세부 사항 측면에서 매우 까다롭다.

넓은 영역을 커버하는 것도 메가픽셀 카메라의 주요 용도이다.

메가픽셀 카메라는 동일한 해상도에서 여러 대의 카메라를 대신할 수 있어서 카메라, 녹화 장비, 설치 및 유지 관리 비용을 절약할 수 있다.

이러한 애플리케이션에서 메가픽셀 카메라는 가장자리를 포함하여 이미지의 모든 부분에서 이미지 확대를 활성화해야 한다.

직선 렌즈와 같이 어안 왜곡이 없는 초광각 렌즈를 사용하면 배럴 왜곡이 있는 렌즈보다 이미지 가장자리에서 더 나은 해상도를 제공한다.

또한 이미지의 세부 사항도 시야에 따라 결정된다는 점을 기억해야 한다.

카메라로 볼 수 있는 물체의 너비와 물체의 세부사항 사이에서 절충을 해야 한다. 보다 더 넓은 시야는 카메라의 픽셀을 더 큰 각도로 퍼뜨리므로 개체의 피트당 픽셀이 영향을 받는다.

 

예를 들어 90도 시야에 걸쳐 1280픽셀의 센서가 있는 1.3MP 카메라는 50피트 떨어진 물체 거리에서 피트당 약 13픽셀을 갖는다.그러나 시야의 절반에서는 개체 해상도가 두 배, 즉 피트당 약 26픽셀이 된다.

 

 

LP/MM 계산

주어진 카메라에 필요한 LP/MM을 계산하려면, 센서의 너비 또는 높이(픽셀)를 센서의 물리적 너비 또는 높이(밀리미터)로 나눈 다음 이 숫자를 2로 나눈다.

LP/MM는 2개의 인접한 픽셀(라인 쌍)에 대해 정의하므로 2로 나누는 것이 필요하다.

 

센서의 너비 (픽셀 수) / 센서의 너비 (mm) / 2 = LP/MM

 

과거에는 LP/MM 렌즈 등급이 일반적으로 렌즈 제조업체에서 제공되지 않았지만 메가픽셀 기술이 채택되면서 점점 더 일반화되고 있으며 오늘날 렌즈를 지정하는 데 유용할 수 있다.

그러나 많은 제조업체는 메가픽셀 사양(예: 1.3 또는 3MP) 및 표준 센서 크기(예: 1/2 또는 1/3인치)에 대해 단순화된 렌즈 등급을 사용한다.

아날로그 카메라를 구입할 때 어둠, 눈부심, 비 및 기타 요인에 대해 걱정했지만 렌즈에 대해서는 거의 생각해 본 적이 없다.

오늘날의 고해상도에서 메가픽셀 카메라 렌즈는 각 메가픽셀 카메라에 지정해야 하는 가장 중요한 액세서리일 수 있다. 결국 렌즈가 카메라의 해상도를 뒷받침해주지 못한다면, 카메라에 대한 투자를 낭비한 것이나 마찬가지이다. 

 

 

출처 : Theia(www.theiatech.com)