조리개에 대한 미신(조리개 수치가 낮다고 항상 밝은 것은 아니다)

조리개 수치가 낮은 것이 언제나 밝은 것은 아니다

이 글에서는 피사체에서 빛을 더욱더 빠르게 받는다는 의미의 지표인 조리개 수치의 의미에 대해 알아보겠습니다.

 

오해

사진 촬영은 일반적으로 제한된 시간에 소량의 빛을 수집해야 합니다. 예를 들어, 움직이는 피사체를 담기 위해 빠른 셔터스피드를 가져가거나, 아경 촬영에서는 몇 분에서 몇 시간 동안 노출해야 하는 경우가 있을 수 있습니다. 사진 촬영에서 충분한 빛을 포착하는 데 중요한 요소는 무엇일까요?  많은 사람들이 당연하게도 조리개 수치를 꼽을 겁니다.
 
일반적으로 사진가들은 F값이 낮을수록 더 많은 빛을 받을 것이라 생각합니다. 이 글에서는 반드시 그렇지는 않다는 것을 말하고 싶었습니다.
 
 

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그림 1a. 저조도 이미지. 200mm F/4 ISO 3200, 1/200초.

그림 1b. 저조도 이미지. 50mm F2 ISO 3200, 1/200초.

 
그림 1a와 1b의 당나귀와 토끼의 크기는 약 3%의 크기 차이가 있는데, 이는 카메라 Exif 데이터에 기록된 초점 거리가 실제 초점 거리와 약간 다르기 때문이며, 이는 실질적으로 큰 변수가 되지 않습니다.
 
위의 두 이미지(그림 1a와 1b)는 동일한 카메라로 서로 다른 초점 거리의 렌즈와 서로 다른 조리개 수치로 촬영한 것입니다. 두 이미지를 비교하는 목적은 실제 노출과 그에 따른 노이즈 수준을 설명하기 위한 것입니다.
 
디지털카메라 이미지의 노이즈는 광자 노이즈가 주요 요인이고 신호의 제곱근과 같습니다. 다시 말해 실제 노출이 많을수록 신호 대 노이즈 비율(SNR Ratio)이 높아지고 식별 가능한 노이즈는 낮아집니다. 
 
두 이미지의 일반적으로 이미지를 보정 하는 것처럼 밝기 수준과 색상 균형을 보정하기 위해 레벨 조정도구를 사용하여 조정했습니다. 레벨 변화는 곱하기이므로 강도가 곱해지면 노이즈도 곱해집니다. 그말은 신호 대 노이즈 비율(SNR Ratio)은 변하지 않습니다. 두 이미지 모두 크롭 수정본이며 최종 처리된 이미지의 100% 픽셀 수준(1 이미지 픽셀 = 1 디스플레이 픽셀)으로 표시됩니다.
 
두 이미지 모두 선명도와 노이즈 조정을 하지 않았습니다. 따라서 노이즈 수준은 원본 데이터와 동일합니다.
 
위에 있는 두 이미지를 비교하시면서 아래의  다섯 가지 질문에 답변해 보세요 
 
1) 어떤 이미지가 더 나은 저조도 이미지라고 생각하시나요?
2) 어떤 이미지에 노이즈가 더 적은가요?
3) 어느 이미지가 두 스톱 더 노출이 부족했나요?
4) 어떤 이미지가 더 선명하나요?
5) 어떤 이미지가 더 빠른 조리개 수치의 렌즈로 촬영되었나요?
 

중간에 보시다가 너무 어려워서 마음의 병이 오실 것 같은 분은 마지막으로 가셔서 결론만 보셔도 무방합니다. 

 
 
기본적인 개념들을 정리하면서 진행하겠습니다.

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노출

디지털 카메라의 노출은 상대적인 측정값입니다. 각 디지털카메라는 픽셀 크기와 픽셀 효율에 따라 서로 다른 수준의 노출을 갖습니다. 노출은 주어진 최댓값을 기준으로 합니다.
 

센서의 픽셀을 양동이라 생각하고 읽어주세요

이것은 양동이 두 개에 물을 채우는 것과 같습니다. 한 양동이는 1리터, 다른 양동이는 5리터의 용량이라 가정해 보겠습니다.

양동이에 각각 1 리터를 채우게 되면 한 양동이는 가득 차고 다른 양동이는 1/5만 차게 됩니다.

 
카메라 노출은 이와 같이 절대적인 수치가 아니라 상대적인 수치를 갖게 됩니다.
 
따라서 카메라에 가장 낮은 ISO(100이라고 가정)에서 작동하도록 지시하면 카메라가 흰색 피사체의 빛(물)으로 픽셀(양동이)을 채우도록 지시합니다. ISO를 200으로 올리면 카메라가 픽셀을 절반만 채우도록 노출합니다. 또 한 번 생각해 보면 작은 픽셀에 절반만 채워진 카메라는 큰 픽셀에 절반만 채워진 카메라보다 노출(양동이의 물)이 훨씬 적습니다.
 
결론은 카메라 노출(필름이든 디지털이든)은 절대적인 것이 아니라 상대적인 것 이라는 것입니다. 다양한 크기의 픽셀을 사용하는 디지털카메라 세계는 이전 필름에서 볼 수 없었던 수많은 변수가 존재합니다.
 

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카메라 + 렌즈의 실제 노출을 결정하는 세 가지 요소가 있습니다.

렌즈 입사동공의 예시

첫째 요소는 렌즈 면적, 더 정확하게는 렌즈 입사동공 면적입니다. 이 면적은 렌즈가 센서에 전달하기 위해 수집하는 빛의 양을 결정합니다. 광학 시스템에서 입사동공(入射瞳孔)은 렌즈 시스템의 앞쪽에서 바라봤을 때 보이는 구멍(aperture)의 이미지를 말한다
 
두 번째 요소는 피사체의 각도 영역입니다. 우리는 아래의 이미지를 살펴보면서 너무나 당연한 소리라고 여기면서 고개를 끄덕여봅니다. 
 

에텐듀 위키피디아

 
이 두 값의 곱을 에텐듀 또는 A*Ω(A*오메가) 곱이라고 합니다. (A=렌즈 입사 동공 면적, Ω, 오메가=피사체의 각도 면적).
 
세 번째는 노출 시간으로, 센서가 빛에 노출되는 시간입니다. 다시 말해 셔터스피드 입니다.
 
정리하자면
 

렌즈로부터 빛을 모으고, 렌즈의 초점 거리가 빛을 퍼뜨리며, 센서의 픽셀이 렌즈에 의해 퍼진 빛을 모은다고 생각할 수 있습니다. 픽셀이 클수록 작은 픽셀보다 더 많은 빛을 모으기 때문에 센서가 클수록 더 민감하다는 개념이 생겨났지만(엄밀히 따지면 그렇지 않습니다), 센서의 피사체는 여전히 동일한 각도 크기이므로 픽셀과는 무관합니다(위의 이미지가 자세하게 설명하고 있습니다).

픽셀 크기를 변경하면 공간 해상도(피사체의 픽셀)를 픽셀당 더 많은 빛과 교환할 뿐 피사체에서 나오는 총광량은 동일하게 변하지 않습니다(양동이와 물을 생각해 봅니다). 렌즈가 빛을 모으는 영역을 변경하면 수집되는 총빛의 양만 변경됩니다(또는 동일한 렌즈로 더 가까이 이동하여 역제곱 법칙이 적용됨).

 

보통의 경우 조리개 수치는 빛의 상대적 측정을 통해 위의 작업을 단순화합니다. 

동일한 조리개 수치의 렌즈에서 나오는 빛은 초점면에서 동일한 광밀도(예: 제곱 미크론당 광자 수)를 갖습니다. 이는 센서 중심의 관점이며 실제로 카메라 노출에 대한 많은 응용분야에서 확인 가능합니다. 그러나 저조도 사진에서와 같이 극한의 경우, 조리개 수치만으로는 사진가를 최선의 선택이 아닌 방향으로 이끌거나 실제로 필요하지 않은 더 비싼 렌즈나 카메라를 구매하게 될 수 있습니다.
 

Etendue, 즉 A * Ω(A*오메가) 의 결과물은 이러한 상황을 정확하게 설명합니다.

실제 피사체 노출, EtST ∝ A * Ω(피사체) * T는 피사체 중심의 관점입니다.
 
예를 들어 멀리 있는 토끼를 촬영하고자 할 때 이미지 영역에 최소 100 x 200픽셀이 필요합니다.  50mm f/2 렌즈로 이것을 얻을 수 있습니다. 토끼가 움직이기 때문에 어두운 상황이지만 노출 시간을 1/200초 이하로 유지해야 합니다.
 
만약 이 경우라면 50mm f/2 렌즈와 200mm f/4 렌즈 두 가지의 선택이 주어진다면 어떤 렌즈로 촬영하시겠습니까?

50mm f/2는 ISO 3200에 비해 200mm f/4 렌즈는 1/200초로 유지하려면 2 스톱 정도 노출이 낮아지게 됩니다.

 
어떤 렌즈를 선택하시겠습니까? 그림 1a와 1b의 두 이미지는 50mm f/2 및 200mm f/4 렌즈로 촬영한 것입니다.
 

그림 1a, 1b 질문에 대한 답변

1) 어느 것이 더 나은 저조도 이미지인가요?    답변: 200mm f/4 렌즈를 사용한 그림 1a(노이즈가 적고 더 선명합니다).
2) 그림 1a와 1b 중 어떤 이미지가 노이즈가 더 적은가요?   답변: 200mm f/4 렌즈를 사용한 그림 1a.
3) 어느 이미지가 두 스톱 노출 부족했나요?   답변: 200mm f/4 렌즈를 사용한 그림 1a.
4) 어느 이미지가 더 선명합니까?   답변: 200mm f/4 렌즈로 촬영한 그림 1a.
5) 어떤 이미지가 더 빠른 조리개 수치의 렌즈로 촬영되었나요?    답변: 그림 1b 50mm f/2 렌즈를 사용한 그림 1b.
 
그림 1a의 이미지가 그림 1b의 이미지보다 노이즈가 적습니다. 그림 1a의 이미지는 200mm f/4 렌즈로 촬영한 것입니다.
 
무슨이유로 200mm f/4 렌즈가 더 나은 저조도 이미지를 만들었을까요? 
 

50mm f/2 렌즈의 렌즈 직경은 50/2 = 25mm입니다. 200mm f/4 렌즈의 직경은 200/4 =50mm입니다.

직경의 비율은 2이므로 면적 비율은 4, 즉 2 스톱입니다. 200mm 렌즈는 50mm 렌즈보다 이미지의 토끼로부터 4배의 빛을 더 받았습니다.

 

200mm 초점 거리 렌즈는 50mm 렌즈보다 빛을 4배 더 많이 퍼뜨렸습니다. 그림 1a는 4x4 픽셀을 결합하여 50mm 이미지와 동일한 크기의 피사체를 만들었습니다. 그러나 4x4 픽셀을 추가하면 신호가 16배 증가하므로 200mm f/4 렌즈는 50mm f/2 렌즈보다 4배 더 많은 신호를 제공하면서도 피사체에 동일한 픽셀을 제공합니다. 더 높은 신호는 렌즈의 넓은 면적(4배 영역) 때문입니다. 4x4 픽셀을 추가하면 노이즈가 제곱근 4*4, 즉 4배로 증가합니다. 따라서 결과 이미지의 신호 대 노이즈 비율이 4배 더 좋아집니다.

 
결론은 렌즈의 직경이 클수록  더 많은 빛을 수집한다는 것입니다. 픽셀을 결합하면 각도 픽셀 영역이 작은 렌즈와 동일해집니다. 즉, 각도 면적을 동일하게 만들면 픽셀이 아닌 피사체에 초점을 맞출 수 있습니다.
 
A*오메가 방정식에서 그림 1a와 그림 1b의 이미지 간에 오메가를 동일하게 유지했습니다(1a에서 결합된 픽셀의 각도 크기는 1b 픽셀의 각도 크기와 동일합니다). 이를 다른 방식으로 표현하면 피사체의 한 점의 각도 크기가 두 이미지에서 동일하고 픽셀 단위의 점 크기도 동일하다는 것입니다(그림 1a와 1b 모두에서 오메가는 동일합니다). 그러나 그림 1A의 이미지에서 렌즈 면적 A(200mm 렌즈)가 4배 더 크므로 A*오메가는 실제 노출을 4배 더 많이 제공합니다.
 
 
하지만 4x4 픽셀을 더하면(또는 평균화하면) 16메가 픽셀 카메라는 1메가 픽셀 카메라에 불과해집니다. 물론 이러한 큰 감소가 모든 이미지에 적용되는 것은 아닙니다. 하지만 200mm 렌즈에서 나오는 신호가 너무 많기 때문에 실제로는 그렇게 많은 픽셀을 결합할 필요가 없습니다. 그리고 50mm 렌즈로 촬영한 이미지도 동일한 1메가 픽셀로 크롭해야 했습니다. 더 짧은 초점 거리에서 이미지를 자르는 것보다 픽셀을 평균/합산하는 것이 더 낫습니다. 또한 더하기/합산하면 픽셀 수준에서 이미지가 더 선명해집니다(그림 1a의 토끼는 그림 1b의 토끼보다 디테일이 더 선명합니다).
 

포토샵의 경우 이미지 크기 조정에서 비슷한 개념을 찾을 수 있습니다. 어도비 홈페이지

여기서 4X4를 더한다는 의미는 이미지를 보간 한다는 뜻입니다. 포토샵의 리샘플링을 한다 생각하시면 좀 더 편하실 겁니다. 화질 저하를 최소화하면서 리사이징을 한다는 개념입니다.

 
 
 
200mm f/4 렌즈는 50mm f/2 렌즈보다 4배 더 많은 빛을 전달하므로 피사체의 해상도를 두 배로 높이고 픽셀당 신호 대 노이즈 비율은 50mm f/2 렌즈의 이미지와 동일하게 유지할 수 있습니다. 따라서 200mm 렌즈의 2x2 픽셀을 결합하면 그림 2의 이미지를 얻을 수 있습니다.
 

그림 2. 저조도 이미지. ISO 3200, 1/200초, 조도계 상으로 2스톱노출 부족이었습니다. 200mm f/4 렌즈로 촬영한 이미지로, 2x2 픽셀을 합친 이미지입니다. 이 이미지를 50mm f/2 렌즈로 촬영한 그림 1b의 이미지와 비교해 보세요. 픽셀당 신호 대 노이즈는 동일합니다.

 

그림 1b. 저조도 이미지. 50mm F2 ISO 3200, 1/200초.

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다양한 센서 크기

소형 카메라는 저조도 성능이 좋지 않은 것으로 알려져 있지만, 풀프레임 35mm 센서를 장착한 카메라는 저조도 성능이 뛰어난 것으로 정평이 나 있습니다. 그림 3은 소형 센서와 대형 센서의 이러한 특성을 보여줍니다.
 

조리개 수치가 동일한 실제 노출을 제공한다면 그림 3의 두 이미지에서 노이즈는 동일할 것입니다. 하지만 센서가 더 작은 S70 카메라의 노이즈가 더 높은 것은 분명합니다.

 
그림 3의 예시 이미지는 두 카메라에서 장면의 시야를 거의 동일하게 만들고 피사체의 픽셀을 일치시키기 위해 초점 거리를 달리하여 만든 것입니다(센서의 종횡비가 약간 다르고 S70의 까다로운 전자 줌으로 가능한 한 가깝게 만들 수 있음).
 
A*오메가 결과에서 픽셀의 오메가는 두 카메라에서 거의 동일합니다.
그러나 렌즈 직경은 S70의 경우 1.6mm, 1DII 카메라의 경우 4.2mm입니다.
 
따라서 렌즈 영역의 비율은 다음과 같습니다: (4.2*4.2)/(1.6*1.6) = 6.9배 더 큽니다.
 
S70 이미지가 약간 더 크다는 점에 유의하세요. 피사체의 픽셀을 정확히 일치시켰다면 비율은 12.7mm가 되고 S70의 초점 거리는 8.4mm가 되었을 것입니다(전동 줌 기능으로 인해 정확한 렌즈 초점 거리를 얻기가 어려웠습니다). 피사체의 픽셀이 정확히 일치했다면 S70의 노이즈가 더 심하게 나타났을 것입니다!
 
이 예시의 결론은 A*오메가 방정식에서 픽셀 각도 영역을 밀접하게 일치시켰기 때문에 노이즈를 제어하는 것은 렌즈라는 것입니다. 조리개 수치는 노이즈 차이를 설명하지 못했습니다. 더 작은 S70 렌즈가 받아들이는 적은 광량이 말해줍니다.
 
 

그림 3. 두 카메라에서 동일한 노출, 동일한 f/비율, 동일한 ISO로 촬영한 야경의 전체 크기 크롭(1 이미지 픽셀 = 1 디스플레이 픽셀) 비교. 후처리 수정 없이 카메라 기본값으로 촬영한 이미지입니다. S70의 렌즈는 초점 거리가 11.4mm, 1D Mark II 카메라의 렌즈는 초점 거리가 30mm였습니다. 렌즈 직경은 (S70) 1.6mm, (1DII) 4.2mm였습니다.

 

밤하늘 사진

또 하나의 예를 통해 조리개수치가 실제 노출을 설명하지 못하는 이유를 설명해 보겠습니다. 언제 f/2.8이 f/2.8과 같지 않을까요? 위에서 센서 크기를 변경하면 초점 거리가 달라지고, 동일한 조리개 수치를 사용했을 때 렌즈 직경과 노이즈 레벨이 달라지는 것을 보았습니다.
 
이 예제에서는 센서를 일정하게 유지하고 렌즈를 변경해 보겠습니다.
 
그림 4는 동일한 카메라로 동일한 노출 시간, 동일한 ISO, 동일한 조리개 수치로 촬영한 두 이미지를 보여줍니다. 분명히 조리개 수치로는 50mm 렌즈가 훨씬 더 좋은 결과를 내는 이유를 설명할 수 없습니다. 이 경우 A*오메가 결과에서 픽셀의 A와 오메가를 모두 변경했습니다.
50mm 렌즈의 입사동공 면적(A)은 20mm 렌즈보다 훨씬 큽니다. 하지만 20mm 렌즈의 각도 면적인 오메가는 더 큽니다.
 
두 가지가 균형을 이룰까요?
(다음 계산 방법은 아래를 참조하세요. mr=밀리라디안).
 

50mm f/2.8: A(렌즈 입사동공 면적)= 250 제곱 mm, 오메가(픽셀)= 픽셀당 0.013 제곱 mr, EtP = A*오메가(픽셀) = 3.25 제곱 mm * 제곱 mr.
20mm f/2.8: A(렌즈 입사동공 면적)= 40 제곱 mm, 오메가(픽셀)= 픽셀당 0.0812 제곱 mr, EtP = A*오메가(픽셀) = 3.25 제곱 mm * 제곱 mr.

 
픽셀당 A*오메가(픽셀) 결과는 동일한 카메라 노출을 제공하지만 50mm 렌즈는 더 많은 빛과 더 많은 별을 가진 이미지를 생성합니다. 왜 그럴까요? 어떤 사람들은 별이 점광원이라고 말합니다. 하늘에서는 맞지만 카메라에서는 그렇지 않습니다. 카메라의 별은 에어리 디스크에 렌즈 수차를 더한 것입니다. 하지만 이는 크게 상관없습니다. 피사체는 픽셀이나 렌즈 수차가 아니라 별입니다.
 

별의 각도 크기는 변하지 않으므로 오메가 요소(피사체의 각도 영역)는 두 렌즈에서 동일하며
결과에는 렌즈의 입사동공 면적에만 영향을 미칩니다. 

 

실제 피사체 노출 = EtST ∝ A * Ω(피사체의 각도 영역).

 
별의 Ω(피사체의 각도 영역)가 모든 렌즈에서 동일하므로 이 방정식은 렌즈 면적인 EtST ∝ A로 줄어듭니다. 따라서 렌즈 면적이 결과를 설명합니다. 밤하늘 이미지에는 보다 더 큰 렌즈가 좋습니다. 
 

그림 4.

 

그림 4는 동일한 카메라, 동일한 ISO, 동일한 노출 시간, 동일한 f/비율로 촬영했지만 초점 거리가 다른 두 개의 밤하늘 이미지입니다.

ISO 1600, 30초 노출 조건에서

50mm f/2.8 렌즈로 촬영한 이미지가 20mm f/2.8로 촬영한 이미지보다 더 많은 별과 희미한 별을 선명하게 보여줍니다.
그 이유는 50mm 렌즈의 조리개 영역F/2.8에서 렌즈 입사동공 면적이 이 훨씬 더 넓기 때문입니다.

 
빛이 충분하지 않아 노이즈가 흔히 발생하는 밤하늘의 저조도 이미지에서 두 개의 f/2.8 렌즈의 결과를 비교해 보겠습니다.
 
그림 5a와 5b는 동일한 노출 시간, ISO 및 센서를 사용하여 15mm f/2.8 및 35mm f/2.8로 촬영한 이미지를 보여줍니다.
 
15mm 렌즈의 조리개는 f/2.8에서 5.36mm이고 35mm 렌즈의 조리개는 12.5mm입니다. 따라서 35mm 렌즈는 동일한 노출에서 피사체로부터 (12.5/5.36) 2 = 5.4배의 빛을 수집합니다. 여기서 피사체는 별, 별 구름 또는 하늘 배경이 될 수 있습니다. 35mm 이미지에 얼마나 많은 희미한 별이 더 많이 보이는지 주목하세요. 이는 조리개 입사동공 직경이 더 크기 때문입니다.
 

 

 동일한 크기로 조정한 것을 제외하고는 무보정 이미지들입니다. 왼쪽은 15mm f/2.8 렌즈로 촬영한 이미지이고, 오른쪽은 35mm 렌즈 f/2.8로 촬영한 이미지입니다. 두 이미지 사이의 노이즈 차이를 쉽게 알 수 있습니다.

 

그림 5b.

 

그림 5b. 동일한 센서로 f/2.8 렌즈, ISO 1600, 30초 노출로 촬영한 그림 5a의 두 이미지의 후보정 결과물을 비교해봅니다.

35mm f/2.8 렌즈는 15mm f/2.8 렌즈보다 피사체에서 5.4배의 빛을 수집합니다. 15mm 이미지의 노이즈가 심한 이유는 센서의 고정 패턴 노이즈의 원인인 낮은 광량 때문입니다.

두 이미지 모두 풀프레임에서 크롭하여 축소한 것입니다. 노이즈의 비율은 원본 이미지에서 동일합니다.

35mm 이미지의 경우 대기조건이 안개가 약간 더 나빴고 빛 공해가 더 심했지만, 조리개 직경이 더 큰 렌즈가 더 나쁜 조건에서도 더 나은 이미지를 만들어 냈습니다. (대기 중의 연무로 인해 밝은 별이 다소 확대되어 있습니다.)

 
 

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에텐듀라는 개념으로 모든 것을 이해하셨다면 이 부분은 그냥 참고로 보고 흘러가세요

 

피사체의 한 지점에 대한 A*오메가 에텐듀 계수 계산, EtS

 
피사체의 한 지점에 대한 에텐듀 계수, EtS에는 세 가지 매개 변수가 필요합니다:
1) 렌즈 직경, 2) 렌즈 초점 거리, 3) 스폿 각도 크기입니다.
일관된 단위를 사용해야 합니다. 예를 들어 렌즈 직경과 렌즈 초점 거리에는 mm를 사용합니다.
 
렌즈 면적 A = pi * D2 /4, 여기서 D = 렌즈 직경 = 초점 거리 / f/비율, pi = 3.14 159입니다.
 
디지털카메라의 가장 작은 해상도 요소인 픽셀을 사용한다면 픽셀의 각도 크기를 계산해야 합니다.
 
픽셀의 각도 크기, 오메가 = (픽셀 크기 / 렌즈 초점 거리)의 제곱.
1mm에는 1000미크론이 있으므로 5.7미크론 픽셀을 가진 카메라는 0.0057mm입니다. 픽셀 크기와 초점 거리 비율의 이 결과는 라디안(57.29도) 단위이므로 매우 작은 숫자가 되므로 밀리라디안을 사용합니다:
오메가 = (1000 * 픽셀 크기(mm)/렌즈 초점 거리(mm) 2. 아크-초를 사용할 수도 있습니다. 1 라디안에는 206265호 초가 있으므로 오메가 = (206265 * 픽셀 크기(mm)/렌즈 초점 거리(mm) 2, 즉 아크초를 제곱하면 됩니다.
 

예시.

그림 1a에서 렌즈는 5.7미크론(0.0057mm) 픽셀을 가진 1D Mark IV 카메라의 200mm f/4 렌즈였습니다. 하지만 4x4 픽셀을 결합했기 때문에 피사체에 대한 스폿의 추가 픽셀 크기는 5.7*4 = 22.8미크론이 되었습니다.
D = 200mm /4 = 50mm. A = 파이 * 50 * 50 /4 = 1963 평방 밀리미터.
오메가 = (1000 * 0.0228 / 200) 2 = 0.013 밀리라디안 제곱 EtS = A*오메가 = 1963 * 0.013 = 25.5.
 
그림 1b에서 렌즈는 5.7미크론(0.0057mm) 픽셀의 1D Mark IV 카메라에 50mm f/2였습니다.
D = 50mm /4 = 25mm. A = 파이 * 25 * 25 /4 = 491 평방 밀리미터.
오메가 = (1000 * 0.0057 / 50) 2 = 0.013
EtS = A*오메가 = 491 * 0.013 = 6.38.
 
따라서 A*오메가 계수의 비율은 예상한 대로 25.5/6.38 = 4.0이며, 200mm f/4 렌즈는 피사체의 한 지점에서 더 많은 빛을 전달합니다.
 
그림 2에서는 2x2 픽셀을 200mm 렌즈의 이미지와 결합하여 5.7*2 = 11.4미크론 픽셀을 만들었습니다.
D = 200mm /4 = 50mm. A = 파이 * 50 * 50 /4 = 1963 평방 밀리미터.
오메가 = (1000 * 0.0114 / 200) 2 = 0.00325
EtS = A*오메가 = 1963 * 0.00325 = 6.3.
 
따라서 200mm f/4 렌즈와 2x2 픽셀을 결합하여 만든 그림 2 이미지의 픽셀당 신호 대 노이즈 비율은 그림 1b의 50mm f/2 이미지와 동일하지만 그림 2 이미지의 해상도는 두 배 더 높습니다. 저는 이 이미지를 세 이미지 중 가장 좋은 이미지로 평가합니다(그림 1a, 1b, 2).
 

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결론

지금까지 조리개 수치가 이미지의 실제 빛의 양을 담아내지 못하는 세 가지 예시를 살펴봤습니다.
 
실제 노출은 에텐듀, A*오메가 결과 또는 EtS로 더 잘 설명할 수 있습니다. 이것은 모든 사진 촬영에 해당됩니다.
 
하지만 EtS 계산을 할 필요는 없습니다. 그리고 대부분의 일반인들은 저를 포함해서 현장에서 할 수도 없습니다.
 

피사체를 촬영하기 위한 선택권이 주어진다면

가장 빠른(낮은) 조리개 수치가 아닌 조리개 입사동공 직경이 가장 큰 렌즈를 사용하면 됩니다.
물론 이것은 장면과 화각이라는 요소를 고려했을 때의 이야기입니다.

 
크롭 센서 DSLR을 사용하고 있어서 노이즈로 고통받고 계신다면 더 큰 직경의 렌즈를 사용하면 저조도 사진에서 노이즈 수준을 개선할 수 있습니다. 센서 크기를 변경(예: 풀프레임으로 전환) 해도 더 큰 렌즈를 구하지 않는 한 저조도 촬영에 도움이 되지 않습니다.
 

20mm f/2.8 30초 ISO 1600 동일한 렌즈에 기종만 변경한 샘플 이미지

 
위의 이미지는  풀프레임으로 1.3배 크롭한 이미지와 1.6배 크롭 바디에 동일한 렌즈를 사용한 위의 이미지를을 참조하세요. 1.6배 크롭 바디(Canon 7D)는 저조도 촬영에 취약하다는 평판이 있음에도 불구하고 더 많은 별을 더 희미하게 기록합니다. 저조도 카메라로 정평이 나 있음에도 불구하고 별을 더 많이 기록하지 못한 Canon 5D Mark II 풀 프레임 카메라와 비교해 보십시오.
 

중요한 것은  "조리개 수치가 아니라 조리개의 입사 동공 면적입니다"

 
센서의 감도를 이야기하는 카메라 구매 리뷰는 피하시는 것이 좋습니다. 보통 렌즈를 교체하는 경우가 많으므로 에텐듀(A*오메가) 결괏값이 변하게 됩니다. ISO 는 절대 감도를 올려주지 않는다는 것에 확신을 가지셔야 합니다. 
 
앞서 말씀드렸다시피  대부분의 최신 디지털카메라는 감도가 거의 동일합니다.
 
2023.06.30 - [사진 알아가기/사진공부] - ISO와 화해하기 / ISO 불변 / ISO 와 노이즈

ISO와 화해하기 / ISO 불변 / ISO 와 노이즈

 

렌즈는 넓은 구멍으로 빛을 모으는 것이 핵심입니다.

머리가 크다고 밥을 한입에 많이 먹는 것이 아니라 입이 커야 밥을 한입에 많이 먹을 수 있습니다. 

사실 이런 저런 이야기 보다 정말 단순히해서 설명드리고 또 이해를 구하는 것이 좋은거 같습니다 .

https://octobersky1010.blogspot.com/2023/07/depth-of-field-f-stop.html

피사계 심도(Depth of Field)와 조리개(F-stop)의 이해와 오해