카메라와 사람 눈의 차이 (시야각, 해상도 및 세부 정보, 감도 및 동적 범위)

현재 사람이 보고 있는 대상과 카메라가 기록하고 있는 것과는 분명한 차이가 있습니다. 이를 위해서는 카메라가 빛을 어떻게 기록하는지 뿐만 아니라 사람의 눈이 어떻게 그리고 왜 그렇게 작동하는지에 대한 탐구가 필요합니다. 이러한 질문에 대처하면 우리가 일상 생활에서 보다 나은 사진 작가가 될 뿐만 아니라 세상에 대한 놀라운 인식을 알 수 있습니다.

우리의 눈은 장면을 둘러볼 수 있고 환경에 따라 동적으로 조정할 수 있지만 카메라는 단일 정지 이미지를 캡처합니다. 이 특성은 카메라에 비해 우리가 일반적으로 이해하는 많은 이점을 설명합니다. 예를 들어, 우리는 다양한 밝기의 영역에 초점을 맞추고 넓은 시야각을 둘러볼 수 있으며 또는 다양한 거리에서 물체를 번갈아 초점을 맞출 수 있습니다.

그러나 최종 결과는 스틸 카메라가 아닌 마음속의 이미지로부터 관련 스냅 샷을 편집하는 비디오 카메라와 유사합니다.

우리가 실제로 보는 것은 눈에 의해 제공된 입력을 기반으로 한 마음의 재구성입니다. 우리의 눈으로 받은 실제 빛이 아닙니다.

아래의 예는 사람의 마음이 다른 사람의 눈과 다른 것을 보게 속일 수있는 상황을 보여줍니다.

거짓 색상 (False Color) : 마우스를 이미지의 모서리로 이동하고 중앙 십자가를 응시합니다. 누락된 점은 원을 중심으로 회전하지만 잠시 후에는 이미지에 녹색이 실제로 나타나지 않더라도이 점이 녹색으로 표시됩니다.

마흐 밴드 (Mach Band) : 이미지 위에서 마우스를 움직입니다. 각 밴드는 각각 균일하게 회색이지만 위아래 가장자리 근처에서 약간 더 어둡거나 가벼운 것처럼 보입니다.

그러나 이것은 우리의 눈과 카메라를 비교하지 못하게 합니다. 여러 조건에서 공정한 비교가 가능하지만, 우리가 보고있는 것과 우리 마음이 이 정보를 처리하는 방법을 모두 고려할때에만 가능합니다.

차이점 개요

차이점에 대한 비교를 다음과 같은 시각적 범주로 분류해 봅니다.

▲ 시야각

▲ 해상도 및 세부 정보

▲ 감도 및 동적 범위

위의 내용은 종종 우리의 눈과 카메라가 가장 다른 부분으로 이해되며 대개 의견 차이가 가장 큰 부분이기도합니다. 다른 항목에는 피사계 심도, 스테레오 비전, 화이트 밸런싱 및 색상 영역이 포함될 수도 있습니다.

1. 시야각

카메라의 경우, 이는 렌즈의 초점 거리 (카메라의 센서 크기와 함께)에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 망원 렌즈는 표준 포트레이트 (Portrait) 렌즈보다 긴 초점 거리를 가지므로 좁은 화각을 포함합니다.

불행히도 우리의 눈은 똑바로되지 않습니다. 인간의 눈은 약 22mm의 초점 거리를 가지고 있지만, 이것은 (i) 우리의 눈 뒤쪽이 휘어져 있고, (ii) 시야 주변이 센터보다 점차적으로 덜 상세하고, (iii) 우리가 인식하는 장면은 두 눈의 결합된 결과이기 때문에 오해의 소지가 있습니다.

각 눈은 보여지는 것을 얼마나 엄격하게 물체로 인식하는지에 따라 120~200도의 시야각을 가지고 있습니다. 마찬가지로, 양쪽 눈의 오버랩 영역은 약 130도 또는 어안 렌즈와 거의 동일합니다. 그러나 진화론적 이유 때문에 우리의 극한의 주변 시력은 움직임과 큰 물체(예를 들어, 사자가 당신 편에서 뛰는 것과 같은)를 감지할 때만 유용합니다. 또한, 그러한 광각은 카메라에 의해 포착된 경우 매우 왜곡되고 부자연스럽게 보일 것입니다.

40-60도 정도의 우리의 중앙 시야각은 우리의 지각에 가장 큰 영향을 미칩니다. 주관적으로, 이것은 눈을 움직이지 않고 물체를 볼 수 있는 각도와 일치합니다. 부수적으로 이것은 풀 프레임 카메라 (정확히 43mm)의 50mm "보통"초점 거리 렌즈 또는 1.6X 자르기 인자(Crop Factor)가 있는 카메라의 27mm 초점 거리에 가깝습니다. 이것이 우리가 볼 수 있는 전체적인 화각을 재현하지는 않지만, 우리는 서로 다른 종류의 왜곡들 사이에서 최상의 트레이드 오프를 갖는 것으로 인식합니다 :

너무 넓은 시야각과 물체의 상대적인 크기는 과장된 반면, 너무 좁은 시야각은 물체가 거의 같은 상대적인 크기를 의미하고 깊이 감각을 상실함을 의미합니다. 또한 매우 넓은 각도는 프레임의 가장자리 근처에 있는 물체가 늘어나는 것처럼 보입니다.

비교해 보면, 비록 우리의 눈이 왜곡된 광각 이미지를 포착하더라도, 우리는 이것을 재구성하여 겉으로 왜곡이 없는 3D 마음속의 이미지를 형성합니다.

2. 해상도 및 세부 정보

현재의 대부분의 디지털 카메라는 5-20 메가 픽셀을 가지고 있으며, 이는 종종 사람 눈의 시각 시스템에 훨씬 못 미치지 못합니다. 이것은 20/20 비전에서 인간의 눈이 52 메가 픽셀 카메라 (60도의 시야각을 가정할때)와 같은 것을 해결할 수 있다는 사실에 근거합니다.

그러나 그러한 계산은 오해의 소지가 있습니다. 우리의 중심 시야는 20/20이므로, 우리는 한 눈에 그 많은 세부 사항을 실제로 결코 해결하지 못합니다. 중심에서 멀리 떨어지면 우리의 시각 능력은 극적으로 감소합니다. 즉, 중심에서 20도 떨어져서 우리의 눈은 단지1/10의 세부 사항만을 해결합니다. 주변부에서, 우리는 단지 큰 콘트라스트와 최소한의 컬러만을 검출합니다.

위의 내용을 고려할때, 한 눈에는 5-15 메가 픽셀 카메라 (시력에 따라)에 필적하는 디테일만 인식할 수 있습니다. 그러나 우리의 생각은 이미지를 픽셀 단위로 실제로 기억하지 않습니다. 대신에 이미지 단위로 기억할 수 있는 질감, 색 및 대비를 기록합니다.

상세한 마음속 이미지를 모으기 위해서, 우리의 눈은 관심있는 여러 영역에 빠르게 연속적으로 초점을 맞춥니 다. 이것은 효과적으로 우리의 지각을 그립니다.

최종 결과는 관심사에 따라 세부 사항이 효과적으로 우선 순위에 따른 마음속 이미지입니다. 이것은 중요하지만 종종 사진 작가들에게 간과되는 암묵적인 의미를 가지고 있습니다.사진이 카메라 세부 묘사의 기술적 한계에 다다랐다고 하더라도, 그 세부 묘사 자체가 기억에 남지 않으면 그 세부 사항은 궁극적으로 중요하지 않습니다.

우리의 눈으로 세부 사항을 해결하는 방법과 다른 중요한 차이점은 다음과 같습니다.

비대칭 : 각 눈은 위에서 보는 것보다 우리의 시선 아래에서 세부적인 것을 더 잘 인지 할 수 있으며 주변 시야는 코쪽으로부터 멀어지는 방향으로 훨씬 더 민감합니다. 카메라는 이미지를 거의 완벽하게 대칭적으로 기록합니다.

저조도보기 : 달빛이나 별빛과 같이 극히 낮은 빛에서는, 우리의 눈은 실제로 단색으로 보입니다. 이러한 상황에서 우리의 중심 비전은 단순한 중심이 아닌 세부 사항을 묘사하기 시작합니다. 많은 천문 사진가들은 이것을 알고 있으며, 희미한 별빛 주변을 바라 보면서 유리한 잇점으로 사용합니다.

미묘한 그라데이션 : 해결할 수 있는 가장 세밀한 세부 사항에 너무 많은 주의를 기울이게 되지만 미묘한 색조 변화 또한 중요합니다. 눈과 카메라가 가장 다른 부분이 중요합니다.카메라를 사용하면 확대된 디테일을 항상 쉽게 해결할 수 있습니다. 그러나 반직관적으로 확대된 디테일은 실제로 눈에 잘 보이지 않을 수 있습니다. 아래 예제에서 두 이미지는 같은 양의 대비를 가진 텍스처를 포함하지만 텍스처가 확대되었기 때문에 오른쪽 이미지에는 보이지 않습니다.

3. 감도 및 동적 범위

동적 범위는 눈이 종종 큰 이점을 갖는 부분입니다. 우리가 다른 밝기 영역에 대해 열리고 닫히는 상황을 고려한다면, 우리의 눈은 하나의 카메라 이미지의 능력을 훨씬 능가하게됩니다 (그리고 24 f-stop를 초과하는 범위를 가질 수 있습니다). 그러나 이러한 상황에서 우리의 눈은 비디오 카메라처럼 동적으로 조정되므로 틀림없이 공정한 비교는 아닙니다.

차라리 우리의 눈의 순간 동적 범위를 고려한다면, 카메라는 훨씬 더 편리합니다. 이것은 장면내의 한 영역을 보고, 눈을 조정하고 다른 곳을 보지 않는 것과 유사합니다. 이 경우, 우리의 눈은 대부분의 컴팩트 카메라 (5-7 stop)를 능가하는 동적 범위의 10-14 f-stop에서 볼 수 있지만, 놀랍게도 디지털 SLR 카메라 (8-11 stop)와 유사합니다.

반면에 우리의 눈의 동적 범위는 밝기와 피사체의 대비에 따라 다르므로 위의 것은 일반적인 주간 상황에만 적용됩니다. 어두운 별을 볼때, 우리의 눈은 더 높은 순간 동적 범위에 접근할 수 있습니다.

동적 범위 정량화 : 사진에서 동적 범위를 측정하는데 가장 일반적으로 사용되는 단위는 f-stop입니다. 이 값은 장면의 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분사이의 비율을 2의 제곱으로 나타냅니다. 따라서 동적 범위가 3 f-stop인 장면은 검정색보다 8배 더 밝은 흰색을 갖습니다 (2의 3제공 = 2x2x2 = 8이므로).

감도 : 이것은 또 다른 중요한 시각적 특성이며 매우 희미하거나 빠르게 움직이는 피사체를 해결하는 능력을 설명합니다. 밝은 빛이 나오는 동안, 현대의 카메라는 빠르게 움직이는 피사체를 인지하는 데 더 뛰어납니다. 예를 들어, 보기 드문 고속 사진 촬영이 그 예입니다. 이것은 종종 3200을 초과하는 카메라 ISO 속도로 가능합니다. 인간의 눈에 동등한 주간 ISO는 심지어 1만큼 낮을 것으로 생각됩니다.

그러나 조명이 약한 환경에서는 우리의 눈이 훨씬 더 민감해 집니다 (30분 이상 조정해야 한다고 가정). 천체 사진 작가는 이것을 ISO 500-1000에 가까운 것으로 추정합니다. 여전히 디지털 카메라만큼 높지는 않습니다. 반면에 카메라는 약한 물체를 가져오기 위해 더 긴 노출을 취할 수 있는 이점이 있지만 눈은 약 10-15초 이상을 쳐다본 후에는 추가 세부 정보를 보지 못합니다.

결론

카메라가 인간의 눈을 이길 수 있는지 여부는 중요하지 않습니다. 왜냐하면 카메라에는 다른 표준이 필요하기 때문이다. 현실감있는 인쇄물을 만들어야 하기 때문입니다. 인쇄된 사진은 눈이 어느 영역에 집중할 것인지를 알지 못하므로 장면의 모든 부분에 최대한의 세부 사항을 포함시켜야 합니다. 이것은 크거나 밀접하게 보이는 인쇄물에 특히 해당됩니다.

전반적으로 우리의 시각 시스템의 장점은 우리의 마음이 우리의 눈에서 정보를 지능적으로 해석할 수 있다는 사실에서 비롯되는 반면, 카메라의 경우 모두가 원시 이미지라는 사실에 기인합니다. 그렇더라도 현재의 디지털 카메라는 놀라울 정도로 잘 작동하며 여러 가지 시각적 기능을 위해 우리 눈을 능가합니다. 진정으로 승자는 여러 카메라 이미지를 지능적으로 조합할 수있는 사진 작가입니다.