디지털 카메라의 혁명!
선촬영, 후보정이 가능한 라이트 필드 카메라

고대건 퀄컴 마케팅 선임부장

셔터만 누르면 ‘작품이 펑펑’ 쏟아지는 카메라가 있다면…. 요즘 새로운 소통의 마당으로 웬만하면 누구나 하는 SNS. 이곳에서 사진은 단순 이미지가 아니라 하나의 중요한 메시지가 된다. 그래서 자신이 원하는 장면을 제대로 찍는 작업에 사람들은 공을 들인다. 문제는 사진작가 수준의 멋진 컷을 찍기 어렵다는 것.
이런 어려움을 가장 쉬운 작업으로 바꿔주는 혁신적인 카메라가 있다. 바로 라이트 필드 카메라이다. 리트로(Lytro)라는 미국 벤처기업에서 출시한 제품이다. 매우 생소한 이름이어서 어떤 기술을 어떻게 사용했고, 어떤 효과가 있는지 연상하기 쉽지 않다.
이 카메라에 들어있는 기술적인 내용, 그리고 왜 관심을 받고 있는지 그 속을 들여다본다. 이 글에서는 특히 새롭게 주목받기 시작한 라이트 필드 기술을 사용한 카메라의 기술적인 내용과 장단점 등에 대해 살펴보고, 사용 방법도 알아보기로 하겠다.

100년 전 기술에서 출발

라이트 필드 기술이 처음 소개된 것은 무려 100여 년 전인 1908년. 이후 2006년 미국 스탠퍼드 대학원 전산과 박사 과정에 있던 렌 응(Ren Ng)의 박사논문을 통해 제품화 단계로 진전을 보였다.
논문의 초입 부분에서 렌응 박사는 기존의 카메라가 가지고 있던 초점 문제를 해결하는 데 방향을 맞췄다. 논문에 따르면 기존의 카메라는 렌즈가 초점을 맞춘 제한된 범위 내에서만 빛을 포착할 수 있었다. 게다가 색이나 빛의 강도는 잡아냈지만, 빛이 흘러들어오는 방향 등은 전부 무시됐었다. 즉, 많은 양의 정보가 없어지는 것이다. 하지만 라이트 필드 카메라는 방향에 상관없이 피사체에서 반사된 모든 빛을 포착할 수 있게 해주는 기술이다(그림 1 참조).



이 기술이 재미있는 이유는 여러 가지 용도로 활용될 가능성을 지녔기 때문이다. 일반적인 소비자에게는 물론이거니와 손쉽게 초점을 맞춰 사진을 찍을 수 있도록 지원해 기업 차원에서도 요긴하게 쓰일 수 있기 때문이다.
기존 카메라에는 ‘초점면’이 있다. 렌즈를 통해 입사하는 빛이 한 점으로 모이는 평면을 말한다. 여기에 흘러드는 빛의 양이나 다른 요인들에 의해 ‘피사계 심도’가 결정된다. 피사계 심도란, 렌즈로 어떤 거리의 피사체에 초점을 맞출 때, 적어도 우리 눈에 보이는 범위 내에서 그 앞쪽과 뒤쪽의 일정한 거리 내에 초점이 맞는 범위를 말한다. 이 범위를 벗어나게 되면 어떤 물체라도 흐릿하게 보이게 된다.
라이트 필드 카메라는 “카메라 메인 렌즈의 초점면에 여러 개의 마이크로렌즈를 사용한다. 이미지 센서는 마이크로렌즈 보다 약간 뒤쪽에 있다. 이들 렌즈가 포착한 이미지들을 사용 해 초점이 맞지 않은 부분들을 분석하고 심도에 대한 정보를 얻을 수 있다.”
즉, 라이트 필드 카메라는 수많은 작은 이미지들을 분석한 후 그것들을 조작하고 배합할 수 있는 소프트웨어를 사용해 하나의 이미지로 만들어 매우 깊이 있는 심도를 표현할 수 있다. 이 말은, 라이트 필드 카메라로 잡아낸 이미지는 초점면이나 심도를 변화시켜 다른 느낌이 드는 사진으로 변형시킬 수 있다는 이야기다. 따라서 초점 보정 작업이 사진을 찍은 이후에 가능하다.
사용자는 라이트 필드 이미지를 사용해 전경에 초점을 맞출 수도, 아니면 중간이나 뒤쪽에 있는 물체에 초점을 맞출 수도 있다. 또한 3D로 구현 가능한 스테레오스코픽 3D(S3D, Stereoscopic 3D) 영상도 표현할 수 있다.
이렇듯 사진을 찍은 후에 초점을 임의로 설정할 수 있는 기능은 곧 그냥 되는대로 막 찍고 찍은 후에 후처리하면 되는 카메라가 나올 수 있는 가능성을 의미하기도 한다. 초점을 맞출 필요도, 조리개를 조정할 필요도 없이, 그냥 말 그대로 카메라를 갖다 대고 찍기만 하면 되는 카메라인 것이다.
리트로는 최근 실제 상용 라이트 필드 카메라를 출시했다 (그림 2). 여러 언론에서 이 기술과 제품에 대해 많은 사용기를 올리며 극찬을 아끼지 않고 있다. 사진을 찍고 나서 후처리를 위한 소프트웨어는 현재 매킨토시 OS용이 출시가 되었고, 추후 다른 OS용 소프트웨어도 잇달아 출시될 전망이다.



문제는 낮은 해상도

라이트 필드 카메라가 갖고 있는 문제점은 없을까? 이러한 카메라의 단점은 최종 결과물의 해상도가 낮다는 점이다. 하나의 마이크로렌즈가 빛이 향하는 하나의 방향만을 잡아내므로 이미지 픽셀의 수가 많아질수록 마이크로렌즈의 수도 마찬가지로 증가하게 된다.
따라서 피사계 심도는 마이크로렌즈의 수에, 그리고 해상도는 마이크로렌즈당 픽셀의 수에 의해 결정되게 된다. 따라서 주어진 센서에 마이크로렌즈의 수를 늘리면 해상도는 떨어지지만, 심도는 증가한다. 다시 말해, 센서는 정해져 있는 반면, 해상도와 심도는 서로 반비례 관계가 되는 것이다.
그러면 혹자들은 이런 의문을 던질 수 있을 것이다. 이렇게 혁신적인 기술을 개발했는데 왜 여러 가지 위험 부담을 감당 하면서까지 직접 벤처기업을 만들고 제조와 마케팅, 세일즈에 뛰어든 것일까? 왜일까?
여러 가지 추측이 가능하겠지만 이러한 생각을 해 볼 수 있을 것 같다. 만약 이 혁신적인 기술을 기존의 카메라 제조사에게 넘긴다 하더라도, 이들 제조 업체가 현재의 기득권을 포기하면서(여기서 기득권이라고 한다면 지난 수년간 많은 돈을 투자해서 개발한 오토-포커스 기술, 소프트웨어 기술, 가격이 굉장히 비싼 교환 가능한 렌즈 등을 일컫는다) 라이트 필드 카메라 개발에 활발히 나설 수 있겠느냐는 우려가 작용 했기 때문으로 보인다.
여러분이 카메라 회사 회장이라면 어떤 결정을 내릴까? 렌 응 박사와 개발 관계자들도 충분히 심사숙고하지 않았을까 상상이 되는 부분이다.
아무튼, 이 기술은 1900년도 초에 제안되었지만 이제야 상용 제품으로 세상에 첫발을 내디뎠다고 볼 수 있다. 첫 제품에 물론 충분한 만족은 할 수 없겠지만, 많은 사람으로부터 관심을 받기에는 충분하다고 필자는 생각한다.
이제 라이트 필드 카메라 기술이 조만간 스마트폰이나 태블릿PC 등 모바일 시장에서도 그 모습을 나타낼 것으로 전망한다. 현재 펠리컨 이미지사에서 VGA 센서를 5x5로 만들어 프로토타입 카메라를 만들었다(그림 3).



여기서 어레이 센서를 만드는 정밀 기술이 더 개발되고 센서의 높이도 충분히 낮아져서 스마트폰으로 마음껏 사진을 찍고 내 맘대로 초점을 맞출 수 있는 날이 머지않아 올 것이라고 기대한다.