갤럭시 S20 울트라 이미지 센서 크기 (+ 카메라 이미지 센서 크기 비교)

1억만 화소의 카메라 모듈이 장착되는 휴대폰인 갤럭시 S20 울트라와 갤럭시 노트20 울트라

 

이 휴대폰들의 이미지 센서크기가 DSLR에 들어가는 이미지 센서와 비교했을 때, 어느정도의 차이가 날까요?

 

바로 비교 들어가보겠습니다.

 

Type	1/2.55 인치	1/1.72 인치	1/1.33 인치	1인치	Four Thirds	APS-C (크롭바디)	35mm (풀프레임)
대표기종	대부분의  스마트폰	갤럭시 S20, 갤럭시 S20+	노트 20 울트라, S20 울트라	G9X, RX100	LX100	EOS M 시리즈 A6400	EOS R A7 시리즈
대각선 (mm)	7.06	9.216	12.03	16	21.6	26.7~28.2	43.26
크롭팩터	6.12	4.69	3.59	2.7	2.0	1.5~1.6	1.0

 

 

위 사진을 보면, 1/1.33인치(파란색)에 해당하는 부분이 1억만 화소의 이미지 모듈 센서입니다.

 

크롭 미러리스(APS-C)나 풀프레임 센서에 비하면 울트라 1억만 화소 1/1.33 인치의 크기는 한참 작습니다.

엄청난 체급차이로 인해 안타깝게도 이는 비교대상이 아닙니다... 당연히 해상력 및 화질에 엄청난 차이를 보일겁니다. 사진을 첨부하여 그 차이를 직접 눈으로 소개시켜 드리고 싶으나, 마땅히 장비가 없어서 보여드리진 못하네요.

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그렇다면 울트라 1억만 화소 센서는 어느 카메라와 비빌 수 있을까요?

 

센서 크기를 보면 소형 디카(똑딱이)에 탑재되는 1인치 이미지센서와 1/1.33인치 센서를 비교해봤을 때,

크기가 비슷한것을 볼 수 있습니다.

 

우선, 35mm 풀프레임 센서와 크롭바디 센서의 면적 차이가 2.25~2.56배 입니다. (1.5배 or 1.6배 크롭)

빛이 매우 어두운 환경과 같이 아주 극단적인 상황을 제외하면

채광력이 풍부한 환경에서는 풀프레임과 크롭의 화질 차이를 구분하기 어렵습니다.

 

마찬가지로, 1인치 센서와 1/1.33인치 센서의 면적이 약 1.7배 정도 차이가 나는것으로 볼때, 이 둘의 화질 차이가 그리 크지 않을 것으로 예상해봅니다.

 

다만 이 것은, 어디까지나 렌즈가 동일하다는 가정입니다.

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렌즈의 중요성 (조리개 및 유효구경)

 

1억만화소 센서가 과연 어디까지 비빌 수 있을지 구체적으로 알기위해 이론적인 계산이 필요합니다.

 

그래서 갑분수.. (갑자기 분위기 수학)가 될 것같습니다.

 

아무튼, 화질을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나가 렌즈이기 때문에 렌즈 이야기를 빼놓을 수 없네요.

 

이미지 센서가 아무리 커도 빛을 모아주는 렌즈의 크기가 작다면, 충분한 빛을 받지 못해서 좋은 화질을 기대할 수 없겠죠.

 

F1.4, F2.0, F2.8와 같이 조리개 값은 빛을 받아들이는 양을 뜻합니다.

 

더 많은 빛을 모으기 위해서는 렌즈가 더 커져야 하겠지요? 그래서 조리개가 값이 낮은 렌즈일수록 더 크고 가격이 비쌉니다.

 

그리고 조리개 값은 렌즈의 유효직경과 초점거리에 의해 결정됩니다.

렌즈의 유효직경, 초점거리, 조리개 값은 서로 연관관계가 있는데, 이런 연관관계는 아래와 같은 간단한 공식으로 나타낼 수 있습니다.

유효직경 = 초점거리/조리개

위 공식에 따르면, 아래 사진 처럼 같은 조리개 값이라도 초점거리에 따라서 유효직경이 달라지게 됩니다.

출처: https://www.sony.co.kr/electronics/what-is-aperture-depth-of-field

 

위의 원리를 이용하여 35mm 풀프레임과 포서드의 차이를 예로 들어보겠습니다.

 

포서드의 크롭팩터는 약 2이며, 면적 차이는 4배 입니다. 

(면적 차이가 4배라는 의미는 단순히 빛을 4배 덜 받는다 라고 생각하면 됩니다. [조리개 2스탑])

 

그리고 50mm F4.0 단렌즈가 있다고 가정하고, 이 렌즈로 각각 풀프레임와 포서드에 장착시킨 후

초점을 특정 배경 정중앙에 맞춰서 찍으면 어떻게될까요?

 

(비교하기 쉽게, 이미지 센서를 정사각형으로 그렸습니다. 파란색이 풀프레임 크기면 초록색은 포서드입니다.)

 

포서드 이미지 센서가 더 작기때문에 그 차이만큼 잘리게 됩니다. 이걸 크롭이라 표현하죠. 그리고 얼만큼 크롭이 됐는지 판단하는 그 척도를 크롭팩터라고 합니다.

 

포서드는 앞서 말씀드렸다 싶이, 크롭팩터가 2입니다. (대각선 길이 비율) 그래서 2배 확대된것처럼 보입니다.

 

즉, 풀프레임 기준으로는 초점거리 50mm 렌즈이지만, 포서드 기준으로는 50mm * 2(크롭팩터) 계산을 통해, 환산화각 100mm 렌즈가 됩니다.

 

이런식으로 풀프레임 렌즈가 아닌 렌즈들은 크롭팩터로 환산화각을 계산합니다.  그러면 포서드로 환산화각 50mm로 만들려면 어떻게 할까요?

 

25mm 렌즈를 끼면됩니다.

 

그렇다면 이제 두번째 예시입니다.

 

풀프레임에는 F4.0 50mm, 포서드는 F4.0 25mm를 장착해서 찍으면, 둘 다 동일한 화각의 결과물을 얻을 것입니다.

(단순히 화각만 같습니다.)

 

과연 화질은 어떨까요?? 여기서 위의 공식을 적용해서 렌즈의 유효 직경을 계산해보겠습니다.

 

F4.0 50mm 렌즈의 유효직경은 12.5mm

F4.0 25mm 렌즈의 유효직경은 6.25m

 

F4.0 25mm 렌즈가 훨씬 직경이 짧다는것을 알 수 있습니다. 위의 스펙으로 실제 렌즈가 만들어진다면 렌즈 크기가 훨씬 작을겁니다.

 

결국 화각은 같더라도 결국 이미지 센서 면적 차이가 4배이기 때문에 빛을 4배만큼 덜 받게 되고, 화질에 영향을 주게됩니다.

 

그럼 포서드가 풀프레임에 비빌려면 어떻게 해야하느냐?? 이미지 센서가 작으면, 밝은 렌즈를 끼면 됩니다. 4배 작으니, 4배 밝은 렌즈를 끼는겁니다.

 

[조리개값 1스탑은 제곱근이며, 면적으론 2배 밝아집니다. 자세한 설명은 검색을 통해..]

 

즉 F4.0보다 4배 밝은 조리개 값은 F2.0 입니다. 포서드에 25mm F2.0 렌즈를 낀다면 풀프레임 50mm F4.0과 비빌 수 있을것입니다. (F2.0 25mm 렌즈의 유효직경은 12.5mm 입니다. F4.0 50mm 렌즈의 유효직경과 같다는 것을 알수있습니다.)

 

자, 예시는 끝났습니다. 이제 같은 원리를 이용하여, 갤럭시 S20 울트라와 1인치 똑딱이 G9X Mark2를 이론적으로 비교해보겠습니다.

 

울트라 1억만 화소 센서에 장착되는 렌즈는 환산화각 25mm의 고정 조리개 F1.8 렌즈로, 굉장히 밝은 렌즈입니다.

반면 캐논의 1인치 카메라 G9X Mark2에 장착되는 렌즈는 환산화각 28-84mm, 가변조리개 F2.0~F4.9 입니다.

 

보기쉽게 계산 결과를 표로 나타내면,

 

	갤럭시 S20 울트라	G9X Mark2
환산화각	25mm	28 ~ 84mm
실제 초점거리	6.9mm	10.2 ~ 30.6 mm
렌즈 유효 직경	3.8mm	5.1mm (F2.0 기준) 6.2mm (F4.9 기준)
조리개	F1.8	F2.0 ~ F 4.9
크롭팩터	3.59	2.74

 

차이가 느껴지시나요?

 

G9X Mark2 카메라가 이미지 센서도 조금 더 크고, 렌즈도 더 좋습니다. 렌즈 유효직경이 약 1.4~1.5배 정도 차이가 있네요.

 

결국 스마트폰에 장착되는 이미지 센서가 더 좋아지고 커져도, 카메라를 이기려면 센서에 장착되는 렌즈도 좋아야합니다. 물론 렌즈 또한 옛날 스마트폰에 비해 유효직경이 더 커지고 좋아지긴 했지만,  1인치 똑딱이 카메라보다도 못한게 현실입니다. 

 

결국 스마트폰이 똑딱이라도 따라 잡으려면 더 큰 센서와 렌즈를 장착시켜야 할겁니다. 아래 라이츠 폰 처럼요..

 

출처 https://www.dpreview.com/news/7121498839/leica-s-first-smartphone-the-leitz-phone-1-hits-the-japanese-market

라이츠 폰은 1인치 이미지 센서가 장착되었고, 19mm(환산화각 52mm) 의 F1.9 밝기 렌즈가 장착되어있습니다.

 

이정도 스펙이면, 그냥 똑딱이 카메라가 스마트폰에 내장되었다고 생각하면 될것같네요.

 

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그 외 다른 사항들

 

단순히 이미지 센서 크기와 렌즈를 떠나서 카메라만이 가지고 있는 기능들이 있습니다.

 

1. (줌렌즈의 경우) 다양한 화각

물론 울트라도 줌 렌즈 지원은 되지만, 이는 1억만 화소 센서가 아닌 1200만화소 1/3.6인치 센서의 F3.0 조리개를 가진 망원 카메라 입니다. 퀄리티는 당연히 매우 떨어지겠죠.

 

2. 반셔터

그리고 카메라에 있어서 반셔터의 역할은 매우 큰데요. 반셔터를 통해 초점과 구도를 쉽게 조절할 수 있고,

역광사진을 찍기 위해 노출(광량)을 고정하는 등 멋진 사진을 편하게 찍는 역할을 합니다.

 

3. AF 

캐논, 소니 등 카메라 전문 기업들은 각자 자신만의 영상처리 엔진 기술로 빠르고 정확한 AF를 제공합니다. 더 비싼 모델이나 최신의 경우 AF 추적까지 하는 기능이 있죠. 반면 스마트폰의 AF는 썩 만족스럽지 않습니다. 포커스가 안맞을때가 자주 있습니다.

 

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결론

 

갤럭시 S20 울트라와 G9X Mark2 의 결과를 직접 비교해보고 싶지만, 우선 이론적으로 봤을 때 어느정도 차이가 날것으로 예상됩니다.  게다가 카메라로 찍었을 때, 더 멋있고 다양한 사진을 찍을 수 있습니다.

 

반대로 울트라는 별도의 카메라를 사지 않아도 혹은 들고다니지 않아도 기존 스마트폰 보다 더 뛰어난 해상력의 사진을 찍을 수 있다는 점이 가장 큰 장점이겠죠. (물론 해상력이 높다고해서 멋있는 사진이 나오는건 아닙니다.)

 

갤럭시 울트라로 찍었을 때 딱히 만족할 만한 사진이 안나온다면 디지털카메라를 사는게 맞고,

"아니다, 이걸로면 충분하고도 남는다" 라는 생각이 든다면 디지털카메라는 필요하지 않을겁니다.

 

모바일용 이미지 센서가 발달하면서 마치 "1억만 화소의 스마트폰 카메라가 디지털 카메라를 위협하고 있다." 라는 주제의 기사를 많이 보게됩니다. 

 

이런 기사가 널리 퍼질 수록 카메라에 대해 잘 모르는 사람이  "1억만 화소" 라는 단어에서 오는 느낌은 마치 2000~3000만 화소 밖에 안되는 풀프레임 카메라보다 훨씬 더 뛰어나다는 착각을 하게 만듭니다.

 

스마트폰에 적용되는 카메라와 센서가 아무리 발전해도 동시대에 출시되는 풀프레임 카메라는 절대 비교 불가입니다.

당연히 10~20년 전의 풀프레임 카메라 보단 더 낫겠으나, 제 기준에선 "이제는 스마트폰으로도 충분히 멋진 사진을 찍을 수 있다." 가 될 것 같습니다.

 

이 글을 읽는 여러분들의 생각은 어떠한지요?