구면 파노라마 촬영시 카메라 심도(Depth of Field)

사진/360 파노라마 2009.10.06 18:07 Posted by 푸른하늘 푸른하늘이

제가 요즘 구면 파노라마에 빠져 있습니다. 구면 파노라마(Spherical Panorama), 일명 360*180 파노라마 사진란 전후좌우를 빠짐없이 촬영하여 합성한 사진을 말합니다.

구면 파노라마가 이러한 특성을 가지고 있기 때문에 대부분 풍경사진을 촬영하게 되고, 그러다보니, 구면 파노라마는 근경이든 원경이든 모든 지점이 선명한 사진이 되어야 바람직합니다.

즉, 인물사진에서 흔히 보는 것처럼, 인물만을 강조하고 배경은 흐리게 처리하는 아웃포커싱(Out Focusing) 기법은 구면파노라마와는 거리가 멀다고 할 수 있습니다.

그러면, 구면 파노라마(Spherical Panorama)를 촬영할 때 카메라를 어떻게 설정해야 가능한 한 모든 지점을 선명하게 촬영할 수 있을까요? 결론적으로 말씀드리면, 가능한한 F 값을 크게 하고(적어도 8 이상), 거리는 수동 상태로 무한대로 두고 촬영한다는 것입니다.

일단, 사진을 선명하게 촬영하려면 여러가지 변수가 있지만, 가장 중요한 것은 카메라의 심도(Depth of Field)입니다. 카메라로 일정 거리에 초점을 두고 촬영하면 그 이전 어디쯤부터 이후 어디까지는 선명하게 촬영되고, 그 범위를 벗어날수록 흐려지게 되는데, 이 두 지점간의 거리를 카메라의 심도라고 합니다. (아래는 머스타드님의 글을 참고하여 제가 필요한 부분만 간단히 정리한 것입니다.)

아래 그림은 10미터만큼 떨어진 물체에 초점을 맞추고 촬영할 경우를 나타낸 것인데, 8.99m 부터  11.3m 까지 선명하게 촬영되므로, 이 카메라의 이 상황에서의 심도는 11.3 - 8.99 = 2.28이 됩니다.

사용자 삽입 이미지

그런데, 카메라의 특성상 일정 지점에 초점을 맞추면 그 지점을 넘어 무한대까지 모든 곳이 선명하게 촬영되는 범위가 존재하게 됩니다. 이 지점을 과초점 거리(Hyperfocal Distance)라고 합니다.

아래 그림은 88.4m 또는 그 이상의 지점에 초점을 맞추게 되면 그 이후로는 모두 선명하게 촬영되는 경우를 나타낸 그림입니다. 이 경우, 88.4m 가 과초점거리가 되며, 이 경우 과초점거리의 반(44.2m)부터 무한대까지는 선명하게 촬영됩니다. 참고로, 거리를 무한대로 설정을 하면, 과초점거리부터 선명하게 촬영이 됩니다.

사용자 삽입 이미지

이러한 두가지 개념 중에서 구면파노라마에서는 과초점거리(Hyperfocal Depth)가 더 중요합니다. 이 거리를 정확히 알면 그 지점 이상은 모두 선명하게 촬영이 될테니까요.

구면파노라마 사진을 촬영할 때 사용하는 어안렌즈는 과초첨거리가 아주 짧습니다. 과초점거리는 다음과 같은 공식으로 결정됩니다.
  • HL = (L*L) / (C * F) + L
    • HL : 과초점거리
    • L : 렌즈 초점거리
    • C : 착란원(circle of confusion) 직경
    • F : F값 (F-number)
여기에서 착란원이란, 필름면에서 한점이라고 볼 수 있는 원의 직경을 말합니다. 35mm 필름의 경우 0.03mm 이고, 제 카메라(니콘 D200)과 같은 크롭바디(Crop Body)의 경우엔 0.03 / 1.5 = 0.02 정도라고 합니다. 이를 기준으로하여 제 어안렌즈 (10.5mm)의 제원을 입력해서 과초점거리를 계산해 보면 아래와 같습니다.

 F 값
HL
HL/2
 1.4 3.9
2.0
 1.7  3.2  1.6
 2  2.7  1.3
 2.8  2.0  1.0
 4  1.4  0.7
 5.6  1.0  0.5
 8  0.7  0.4
 11  0.5  0.3
 16  0.36  0.2

즉, 크롭바디인 니콘 D200에 10.5mm 어안렌즈를 장착하여 촬영할 때, F 값을 5.6으로 설정하고 초점거리를 1.0 으로 설정하면 0.5m 보다 먼 모든 물체가 선명하게 촬영된다는 뜻입니다. 참고로 Online Depth of Field Calculator에 들어가보시면 설정을 바꿔가면서 심도를 테스트 해보실 수 있습니다.

그러나 이것은 이론적인 수치입니다. 어떤 모든 렌즈가 마찬가지이긴 하지만, 특히 어안렌즈의 경우에는 렌즈 중심부에서 바깥으로 나갈수록 선명도가 떨어지기 때문에 (착란원의 크기가 커지기 때문에) 이 설정만 그대로 믿고 촬영하기는 무리입니다.

참고로, 어떤 렌즈가 렌즈 중심으로부터 바깥으로 나가면서 선명도와 콘트라스트가 어떻게 달라지는지를 나타낸 그래프를 MTF(Modulation Transter Funcion) 챠트라고 합니다.  MTF 챠트에 관한 자세한 내용은 이 글이 글을 참고하시고요, 아무튼 대략 0.8 이상이 되어야 선명도와 콘트라스트가 좋다고 한답니다.

아래는 제가 구면파노라마 사진 촬영에 사용하는 Nikkor 10.5mm F2.8G 렌즈의 MTF 차트인데요, 9mm 를 넘어서면 급격히 성능이 떨어지는 것을 보실 수 있습니다.

또 한가지 고려할 사항은... 아래 MTF 곡선은 아마도 조리개를 최대한 조아서(F 값이 크게) 촬영했을 때라고 생각되는데, 조리개를 열수록 선명도가 떨어질 수밖에 없다는 점도 기억해야 할 것입니다.


아무튼... 이런 저런 현상을 모두 고려를 했을 때, 구면파노라마를 촬영해오신 선배님들은 적어도 F값을 8 이상으로 설정하여 거리를 무한대로 두고 촬영하면 무난하다고들 합니다. 거리를 무한대로 두면 과초점거리 이상에 있는 물체들이 선명하게 촬영되므로 0.7미터 이상 떨어져 있는 물체는 선명도에 문제가 없네요.

이러한 점을 고려할 때, 구면파노라마 촬영시 거리도 수동으로 설정하는 것이 좋습니다. 오토포커스(Auto Focus)모드로 촬영을 하다보면 초점을 측정하다가 문제가 발생할 수 있기 때문입니다. 아래는 제가 예전에 미국 캘리포니아 나파밸리(Napa Valley)에 가서 촬영한 파노라마 사진 중 BV 와이너리 사진인데, 좌측으로 약간 돌려보면 와인병이 흐릿하게 보이실 겁니다. 이게 초점거리를 카메라에 맞긴 결과입니다. ㅠㅠ


Beaulieu Vineyard Winery, Napa Valley, California in USA

다만... 초점거리를 수동으로 설정해 두면, 렌즈를 약간만 잘못 만져도 다른 지점으로 세팅이 달라지는 경우가 발생합니다. 살짝 만져도 잘 돌아가거든요. 그래서... 아직은 그냥 두고 있지만, 테이프로 발라버릴까... 하고 생각하는 중입니다.

민, 푸른하늘
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  1. Favicon of http://www.cubicpan.com BlogIcon 박성수  수정/삭제  댓글쓰기

    푸른하늘님.....
    공부하시는 심도가 그야말로 깊으시네요....ㅎ....ㅎ..

    추석을 잘 보내셨는지요..
    인사도 못드려 죄송합니다...

    피사계심도...
    파노라마에 있어서 가장 중요하다고 할 수 있는 부분인데요..

    최대조리개 : 렌즈의 최대밝기인 수치입니다...피사계심도가 가장 낮습니다.
    최소조리개 : 렌즈의 최소밝기의 수치입니다...파사계심도가 가장 깊습니다.

    파사계 심도로만 따지면 사용하는 렌즈의 제일 큰 수치인 조리개 값을 사용하면 피사계 심도는 가장 좋와 집니다.

    하지만 최소조리개는 해상도와 콘트라스트가 오히여 떨어지는 현상이 발생을 합니다.
    최소조리개는 빛이 들어오는 구멍이 너무 작아서 빛의 회절현상이 발생합니다.
    이 회절현상때문에 이미지가 전체적으로 해상도와 콘트라스트가 떨어지게 됩니다.

    그래서 피사계 심도를 어느정도 확보하고 해상도와 콘트라스트가 가장좋은 조리개 값을 설정하게 되는데요..
    이 조리개 값을 최적조리개라고 합니다.
    최적조리개는 제조사 또는 렌즈마다 특성이 있어서 조리개 수치가 다른데요..
    대략적으로 F8~F11 근처입니다.

    푸른 하늘님께서 소유하고 계신 니콘 10.5mm의 최적 조리개는 F8로 알고 있습니다.
    테스트 한번 해 보세요..
    아주 맑은날 태양을 등지고 주차장에 여러대의 차량을 촬영하시는데요..
    번호판을 중심으로 조리개를 바꾸어 가면서(셔터스피드로 노출을 같게 설정을 하구요..^^;;) 촬영을 해 보세요..
    그리고 포토샵에서 이미지를 100%로 설정하고 번호판을 비교해 보시면 확실히 차이를 느끼실 수 있으실 겁니다.

    피사계 심도만을 염두에 두고 F16 혹은 F22로 설정하고 촬영하시는 분들은 제 주변에 없습니다.

    피사계 심도는 3가지의 요소에 의해 결정이 되어 지는데요..

    1. 렌즈의 초점거리 : 광각일수록 같은 조리개 이더라도 심도가 깊습니다.
    2. 촬영피사체의 거리 : 촬영하고자 하는 피사체의 거리가 어느정도 떨어져 있느냐에 따라서 심도의깊이도 달라집니다.
    3. 마지막으로 조리개 값입니다. 조리개를 많이 닫아주면 피사계 심도가 깊어집니다.

    파노라마를 촬영할때 대부분 광각 또는 어안렌즈를 많이 사용하기 때문에 일단 1번 항목이 적용이 됩니다.
    그리고 촬영할때 조리개 값을 약 F8로 설정을 하기 때문에 3번 항목도 적용이 된다고 할 수 있습니다.

    문제는 2번째 놈입니다.
    야외 촬영에서는 바닥을 제외 하면 피사체의 거리가 대부분 5M 이상 넘어 가기 때문에 피사계 심도를 이용하여...
    초점을 맞추지 않고도 모두 선명한 사진을 촬영할 수 있는데요..
    실내촬영으로 들어오면 상황은 많이 달라집니다.

    바닥을 제외 하고서라도...
    제일 가까운 피사체는 50Cm에 위치해 있을 수도 있고..
    제일 멀리있는 피사체는 10M 혹은 20M를 넘어갈수도 있습니다.
    이정도 거리차이라면 피사계 심도 보다는 초점을 맞추어 가면서 촬영하는 것이 초점이 또렸한 사진을 얻을 수 있습니다.

    그래서 저는 촬영하는 장수 마다 화면에 담기는 피사체의 중간지점에 초점을 맞추어 가면서 촬영을 합니다.
    야외든 실내든 이 방법으로 촬영을 합니다.
    야외에서도 가까운 물체들이 많이 있기 때문에 촬영장수 마다 초점을 어디에 맞추어야 할것인지를 판단해서 촬영을 합니다.

    아주 미세한 차이지만 촬영을 하다보면 파사계 심도만을 이용하기 보다는 피사계 심도는 확보해 놓고...
    상황에 따라서 촬영하는 장수마다 초점을 맞추는 것이 더 선명한 사진을 얻을 수 있습니다.
    선명도가 확실히 다릅니다.

    "초점링을 고정 시키는 것은 그리 좋은 방법이 아니라 생각됩니다."
    이 말씀을 드릴려고 또 글이 길어 졌네요...

    이번달에는 꼭....기필코...시간 내겠습니다....^^;;

    2009.10.08 00:07
  2. Favicon of https://www.internetmap.kr BlogIcon 푸른하늘 푸른하늘이  수정/삭제  댓글쓰기

    말씀대로 조리개에 따른 심도는 따로 테스트를 해보겠습니다. 재미있을 것 같네요.
    그런데... 일단 제 생각엔 보다 정확한, 그리고 다양한 정보를 담고 있는 MTF 챠트를 구해서 살펴봐야 할것 같습니다. 위에 제가 넣어둔 MTF는 정보가 일부뿐이 없어서요. 그것과 함께 테스트한 결과를 나중에 글로 남기도록 하겠습니다.

    흠... 한장한장 촬영할 때마다 초점을 맞춰서 촬영하시는군요... 원칙적으로 그렇게 하는 게 맞겠죠. 선명도도 올라갈 것 같고. 근데 저는 지금 초점을 한번 고정시키는 것도 까먹습니다. ㅠㅠ 빨리 촬영하고 다음 지점으로 넘어갈 욕심이 커서 그럴 수도 있지만... 아직 익숙하지 않은 점도 많구요.

    매번 도움의 말씀 주셔서 감사합니다~~

    2009.10.09 13:59 신고

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제 관심사는 계속 바뀝니다. 이 블로그를 유지하는 동안에도 벌써 여러번 주제가 빠뀐 것 같습니다. 돌고 돌아 이제 고향으로 돌아왔습니다. 공간정보입니다. 세계를 측정하고, 그 기준을 세우고, 데이터를 효율적으로 공유하는 것이 공간정보에서 다루는 내용입니다. 4차산업혁명이 데이터 기반이라고들 합니다. 데이터는 그냥 모아둔다고 정보가 되지 않습니다. 표준에 따른 공통 스키마를 기반으로 만들어져야 합니다. 누구나 언제든지, 쉽고 투명하게 데이터를 가져다 쓸
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