지난번 포스팅에서 2015/11/01 - [Advanced/Equipment for image] - 필터개조(Low pass filter 제거)한 EOS 650D 캐논의 DSLR이 타社에 비해서 천체사진에 유리하지만 Low pass filter 때문에 발광성운에 대해서는 매우 불리하다고 했다. 그러면 LPF를 제거한 DSLR로 사진을 찍으면 색감은 어떻게 바뀔까? 다음은 LPF를 제거하기 전의 순정(?) EOS 650D로 찍은 방 안의 사진이다.

 

EOS 650D로 찍은 사진. 색온도 4900K, 색조 +45일 때 WB가 대충 맞아보인다.

  방 안의 조명이 형광등이라서 플리커(Flicker) 현상을 최소화 하기 위해서 1/60sec.보다 느린 1/50sec.로 찍었다. 대충 눈대중으로 Whitebalance를 맞추었고, 그 값은 색온도가 4900K, 색조가 +45였다. 약간 마젠타 빛이 도는 것 같지만 흰색이라고 치자-_ -;;

  다음은 LPF를 제거한, 즉 LPF removed 650D를 사용해서 찍은 사진이다. 제거 전과 비교해보기 위해서 색온도와 색조값을 각각 4900K, +45로 순정 EOS 650D와 똑같이 하였다. 

      

LPF removed 650D로 찍은 사진. LPF 제거 전인 사진과 같은 색온도와 색조 값은인데도 불구하고 WB가 맞지 않고 붉은기가 아주 강하게 보인다.

   일단 눈으로 보기에도 굉장히 붉은 빛이 돌고 있다. 그리고 우측상단의 히스토그램을 보면 R이 가장 밝고 그다음이 G, 마지막으로 B인데, 이는 R, G, B의 밝기가 거의 같은 EOS 650D의 경우와 대조적이다. 즉, LPF를 제거하면 비개조 대비 R, G, B순으로 감도가 증가한다는 것을 의미한다.B는 거의 증가하지 않는다. 더하여, AUTO WB설정을 해주어도 LPF제거로 인해 바뀐 감도는 적용이 되지 않아 항상 붉은색이 돈다. 그러면 WB를 어떻게 맞추면 될까?

  일반적으로 DSLR의 사진을 custom으로 WB를 잡을 경우, 화이트 카드나 그레이 카드 등을 사용하거나 후보정 프로그램에서 WB 기능을 사용한다. 전자의 경우에는 조명색에 상관없이 화이트나 그레이 카드가 기준이 되니 WB을 잘 잡을 수 있고, 후자의 경우엔 사진안에 원래 흰색인 물체예를 들어 A4용지라던가가 있으면 거의 비슷하게 WB을 잡을 수 있다.

  하지만 천체사진의 경우에는 조금 다르다. 화이트 카드나 그레이 카드를 사용하려면 일단 빛이 충만해야하는데 천체사진은 칠흙같은 암흑속에서 찍기 때문에 쓸수가 없다. 후보정 프로그램으로 WB를 맞추려고 해도 원래 흰색인 피사체를 맞추기가 쉽지가 않다. 뭐 사진 속의 주계열성 중에서 H-R도(Hertzsprung-Russell Diagram)상, A0 분광형을 가진 항성에 WB를 찍으면 얼추 맞긴 하겠네-_ -;

  

H-R도(Hertzsprung-Russell Diagram). 지구과학2를 수능 선택과목으로해서 꽤 익숙한 도표이다. 수능 본 지 12년이 지난건 비밀;

  그렇다면 감으로 때려 잡아야 한다는 말인데, 색온도만 건들면 되는걸까? 아니다. 색온도만으로는 제대로 된 색보정을 할 수 없다. 우리는 고등학교 물리시간이나 대학교 일반물리학 시간에 흑체 복사(Black body Radiation)에 대한 내용을 배운다. 결론만 말하면 전자기파의 파장이 짧을수록 양자에너지가 높다라는 개념인데 더 자세히 알고 싶으면 일반물리학 전자기파 파트와 양자역학을 공부하자-_ -;;, 가시광선에 적용하면 온도가 높을수록 청색, 온도가 낮을수록 적색이 된다.

 

흑체 복사(Black body Radiation) 스펙트럼. 복사체의 절대온도와 그때 발생되는 전자기파의 파장과의 상관관계를 설명해주는 그래프이다.

 

파장에 따른 가시광선의 스펙트럼.

  하지만 물리학에서 말하는 파장에 따른 가시광선의 스펙트럼과 조명학에서 말하는 색온도는 조금 차이가 있다. 물리학에서 말하는 색은 가시광선의 파장에 따라 색이 정의되지만 사진을 포함한 영상기기들 색온도는 사람이 실제로 빛의 색깔을 구분하는 점, 즉, 인간의 색채 인지라는 요소까지 포함되어 있다. 따라서 물리학적인 색과는 다른, 인간의 눈에 맞춰진 색에 대한 정의가 필요하였고, 따라서 인간의 색채 인지에 대한 연구를 기반으로하여 수학적으로 정의된 색공간인  CIE 1931 XYZ 색공간이 탄생하게 되었다CIE 1931 색공간이라고도 하며, CIE는 Commission Internationale de l'Eclairage로 국제조명위원회이다.

   

CIE 1931 XYZ 색 공간(혹은 CIE 1931 색 공간). 인간의 색채 인지에 대한 연구를 바탕으로 수학적으로 정의된 최초의 색 공간 가운데 하나이다. 국제조명위원회(CIE)가 1931년 제정하였다.

  CIE 1931 XYZ 색공간을 보면, 둘레는 물리학에서 쓰이는 가시광선의 파장(nm)에 따른 색이 나타나있고, 가운데에는 조명학에서 말하는 색온도(절대온도)에 따른 색이 나타나있다.

 

일반적으로 알려져 있는 색온도. 주광의 색온도는 약 5200K로 알려져 있다.

  인간은 태양 아래에서 살고 있다. 따라서 인간은 태양이라는 조명아래에서 보이는 물체의 색을 왜곡이 없는 그 물체의 고유의 색이라고 인식한다. 그래서 조명학에서는 정오시간의 태양빛보통 광이라 한다.물리학, 분광학적으로는 노란색에 가깝지만백색광으로 정의했고, 이때의 색온도는 5200K 정도가 된다.

  이쯤에서 가시광선의 파장에 따른 색, 즉, 물리학에서 말하는 색온도와 조명학에서 말하는 색온도에서 가장 큰 차이점이 무엇일까? 그것은 바로 조명학에서의 색온도에는 G, green 성분이 빠져있다는 점이다. 이 말을 하려고 위에 저렇게 장황하게 썼다. 이는 색온도 만으로는 상대적으로 시그널이 강해진 R과 원래는 순정(?)과 같지만 상대적으로 시그널이 약해진 B간의 색의 균형만을 잡을 수 있을 뿐 시그널이 강해진 G의 균형을 잡기에는 한계가 있다는 것을 의미한다. 따라서 WB을 맞추기 위해서는 G의 균형을 잡아야하고, 이는 Magenta(심홍색)와 G간의 균형을 맞춤으로서 가능한데 ACR에서는 Tint로 조정가능하다.

   

LPF removed 650D로 찍어서 WB를 맞춘 사진. 색온도를 낮춰서 B를 더했고 Tint를 -로 낮춰서 G을 뺐다.

  위 사진은 LPF 제거한 650D의 WB를 맞춘 것인데, Temperature 3500, Tint -8이다. 이는 순정 650D에서 Temperature 4900, Tint +45와 거의 같다. 따라서 LPF를 제거해서 붉게 된 사진의 WB를 맞추는 방법은 색온도를 낮춰서 B를 더하고 Tint를 상대적으로 더 - 쪽으로 이동시켜서 G을 없애면 된다.

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필터개조(Low pass filter 제거)한 EOS 650D

Posted by 천랑성_Sirius Previous/Equipment for image : 2015. 11. 1. 23:25

 

  DSLR로 천체사진 찍는 사람들의 대부분은 캐논, 니콘, 펜탁스 중에서 캐논을 선호한다. 캐논 DSLR은 타사보다 노이즈 억제력을 포함해서 천체사진에 적합하다는게 정설이다. 단순 고감도 노이즈 억제력만을 보면 요즘엔 세 회사보다 오히려 소니가 더 나은 것 같다. 정말 미쳤다 싶을 정도로-_ -;; 물론 고감도에서의 노이즈 억제력만을 놓고 적합성을 판단하기엔 부족함이 있다. 하지만 캐논의 DSLR엔 치명적(?)인 약점이 있으니 그것은 바로 Low pass filter의 존재이다.

 

캐논 650D의 촬상소자 모식도실제 Low pass filter의 모습

  우리가 흔히 LPF로 부르는 부분은 위의 왼쪽 그림에서 Infrared-absoption glass이다. 우선 이 LPF의 역할을 알아보자. 일반적으로 LPF는 모아레 현상(Moire effect)를 줄여주고 CMOS에 먼지, 충격, IR 등을 차단해주는 역할을 한다고 알려져 있다. 먼지나 충격은 다른걸로도 대체가 가능할 것이니 아마도 모아레 현상과 IR 차단이 가장 큰 역할이 아닌가 싶다. 하지만 이 IR을 차단하는 역할이 천체사진에서는 아주 치명적이다. 위의 오른쪽 그림을 보면 LPF의 색이 약간 푸른빛을 띄고 있다. 그 말은 가시광선 영역에서 붉은색 쪽의 투과도가 푸른색 쪽의 투과도보다 낮다는 뜻이다. 즉, LPF는 IR을 흡수차단하면서 붉은색의 가시광선도 일부 흡수하여 차단한다는 것이다.

 

가시광선의 스펙트럼. 일반적으로 400nm~700nm정도를 가시광선 영역이라고 한다. 

가시광선에서 CMOS에서 RGB로 인식되는 파장영역.

  우리는 전자기파중에서 400nm~700nm의 파장대를 일반적으로 가시광선이라고 하고 400nm보다 짧으면 자외선, 700nm보다 길면 적외선이라고 한다. CMOS에서는 일반적으로 400nm~500nm를 B(blue, 청색), 500nm~600nm를 G(green, 녹색), 600nm~700nm를 R(red, 적색)으로 인식하며, RGB의 조합으로 색을 만들어낸다.

  한편, 지난번에도 포스팅 한 적이 있는데 2015/10/20 - [ Photo Miscellany/천체] - 장미 성운과 마차부자리의 deep sky들 우주에는 다른 원소에 비해 수소가 비교적 많이 존재한다. 그래서 성간물질이 대부분 수소이며, 성운을 구성하는 물질도 대부분이 수소이다.  이러한 수소가 모여서 핵융합을 시작하면 비로소 스스로 빛나는 항성이 된다. 이러한 수소가 근처의 항성으로부터 (전자기파 형태의)에너지를 받으면 들뜬 상태가 되는데 이들이 다시 바닥 상태로 돌아올 때, 들뜬 상태와 바닥 상태의 에너지 차이만큼의 에너지를 전자기파 형태로 내어 놓는다. 수소가 내어 놓는 전자기파는 들뜬 상태와 바닥 상태의 에너지 준위에 따라 라이먼 계열, 발머 계열, 파셴 계열...등 여러가지 계열로 존재하는데, 특히 발머 계열에서 n3→n2로 떨어질 때 발생되는 Hα 선의 파장은 656.3nm로 가시광선영역에서 붉은색에 속하며, 많은 발광성운이 이 Hα 선을 방출(즉, 발광)한다고 알려져있다.

 

H-alpha line의 파장. 약 656.3nm이며 적색영역에 속한다.

   한편, 앞에서 말했다시피 캐논의 경우에는 CMOS앞에 LPF가 존재하며 IR을 흡수 차단하는데 이녀석이 IR 뿐만 아니라 550nm이후의 가시광선을 흡수하며, 파장이 길어질수록 흡수의 정도가 점점 심해진다. 특히 Hα 선의 경우에는 27%만이 투과를 하며 나머지는 LPF에 흡수되어버린다. 이 LPF를 제거한다면 Hα 선을 방출하는 발광성운에 대한 감도가 약 3.5배 이상 증가 할 것이다. 이는 LPF를 제거해서 잃어버리는 것에 비해서 얻는 것이 더 많다. 따라서 많은 천체사진가들은 이 LPF를 제거하기 시작했고 필자도 마찬가지로  LPF 제거의 필요성을 느꼈다.

 

가시광선 영역에서 LFP가 흡수하는 영역. IR뿐만 아니라 550nm 이후의 가시광선을 흡수하기 시작하며 파장이 길어질수록 흡수정도가 증가한다.

  많은 캐논 DSLR 중에서 필자가 선택한 DSLR은 EOS 650D이다. Digic5 이미지 프로세스에 현재 EOS 750D까지 나와있는 상황이라 중고값으로 가격이 상당히 내려갔기 때문이다. 사실 같은 이미지 프로세스인 EOS 100D를 놓고 고민을 했었다. 결정적으로 EOS 650D를 선택하게 된 것은 배터리 용량과 Tilt LCD의 지원이었다. 배터리는 말할 것도 없고, Tilt LCD는 천체가 천정을 향했을 때 얼마나 큰 위력을 발휘하는지 EOS 60D를 써봐서 알고 있었기 때문이었다.

 

EOS 650D의 전면.

 

EOS 650D의 후면.

  푸른색을 띄고 있는 LPF를 제거하고 하니 CMOS의 색이 바뀌었다. 원래의 CMOS가 좀 더 컬러풀함을 알 수 있다.

 

LPF 제거 전의 EOS 650D의 CMOS.LPF 제거 후의 EOS 650D의 CMOS.

 

  다만, LPF를 제거했기 때문에 Hα 선 뿐만 아니라 550nm보다 긴 파장의 가시광선에 대한 감도가 증가한다. 따라서 사진이 전반적으로 붉게 나올것이며 Auto로 보정을 해도 LPF가 있는 상태가 기준이기 때문에 여전히 붉은 기운이 남아있을 것이다. 사진 내에 흰색의 피사체가 없다면 Whitebalance를 맞추는게 쉽지는 않을 것같다. 앞으로는 색감보정에도 많은 신경을 써야하겠다.

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