새로운 디지털 시네마 제작용 35mm CMOS

오늘날 이미지 센서의 대부분은 베이어(bayer) 배열의 컬러필터를 기준으로 전 세계 영화제작의 촬영부문에 대형단일 센서(Large-format single-sensor)인 디지털 시네카메라가 등장하기 시작했다.

이런  디지털 시네카메라에 사용되는 알고리즘이 크게 발전하면서 촬영 후 편집과정에서 요구되는 이미지 처리 및 색 보정을 할 수 있게 RGB 비디오 컴포넌트로 변화하는 과정이 지속적으로 향상되고있다.

최초의 대형단일 센서 디지털 카메라는 필름영화제작을 대체하기 위해 특별히 개발된 디지털카메라로 2003년 처음 등장했다. 그 후 10여 년 동안 카메라 제조사들이 이러한 목적을 지닌 다양한 카메라와 캠코더를 내놓다.

영화촬영 기사들에게 이러한 디지털 시스템의 가장 큰 매력은 기존에 사용하던 35mm 영화용 렌즈를 사용할 수 있다는 장점이다. 동시에, 모든 주요 렌즈 제조사에서 새로운 렌즈(특히 줌 렌즈)를 개발하고 있다. 특히 주목할 점은, 영화 분야의 경쟁이 확실히 격해지고 있고, 그러한 카메라의 가격, 이미지성능, 조작기능 등 각면에서 급속도로 발전 되었다는 점이다.

이런 대형단일 센서 카메라에는 CCD와 CMOS 이미지가 모두 사용됐다. 대부분의 대형단일 센서 카메라에는 일반적인 베이어 패턴에 따른 컬러필터배열(CFA)이 적용되지만, RGB 스트라이프 필터 방식을 채용하는 방식도 있다.

새로운 CMOS 이미지 센서를 설계할 때 가장 먼저 결정한 사항은 이미지 사이즈를 이미 잘 알려진, 표준화된 35mm 영화형식의 이미지 크기에 따르자는 것이다. 이는 전 세계적으로 많이 남아있는 관련 영화용 렌즈들을 사용할 수 있는 가능성을 염두에 두고 결정이었다.

CCD나 CMOS는 이미지 센서의 특징은 영화 필름과는 상당히 다를 수 있다. 여기에서 전자잡음(electronic noise)을 영화에서는 그레인(grain)이라 했고, 비디오의 다이내믹 레인지(dynamic range)란 용어는 영화에서 노출관용도(exposure latitude)라는 말과 같다. 비디오의 콘트라스트(contrast)는 영화에서 톤 재현(ton reproduction)으로 이미지 샤프니스(picture sharpness) 대신 해상도(resolution)라 말한다.

CMOS 센서 배열 자체는 영상 이미지의 휘도에 민감하다.

첫 번째는 충분한 포화전하량을 축적할 수 있는 포토다이오드를 설계하는 것이었고,

두 번째는 축적된 전하를 고속으로 전송해, 출력 전압으로 판독하는 능력이다.

이는 이미지 센서의 포토 수가 많고, 60 프레임의 순차방식으로 판독할 필요가 있는 경우 문제가 있다. 이를 극복한 새로운 이미지 센서의 개발이 관건이다.

 

카메라 종류		해상도	sample bit	sampling (Y:r-y:b-y)	bit rate
PMW-ex3	VHD	1440x1080	8 bit	4 : 2 ; 0	25 Mb/s
	HD	1920x1080			35 Mb/s
PMW-200, PMW-300	HD	1920x1080	8 bit	4 : 2 ; 2	50 Mb/s
FDR-AX100	HD	1920x1080	8 bit	4 ; 2 ; 0	50 Mb/s
	UHD	3840x1080			60 Mb/s
FDR-AX1	HD	1920x1080	8 bit	4 : 2 ; 0	50 Mb/s
	UHD	3840x1080			150 Mb/s
PXW-Z100	HD	1920x1080	10 bit	4 : 2 ; 2	223 Mb/s
	UHD	4096x2160			600 Mb/s
PXW-FS7II DMC-GH4 DMC-GH5	HD	1920x1080	10 bit	4 : 2 : 2	200 Mb/s
	UHD	4096x2160			500 Mb/s

                     <그림> CFA에 의한 R, G, B 신호 샘플링

 

이 이미지 센서는 초당 최대 60 프레임의 내부 이미지 캡쳐(image capture) 속도로 순차주사를 스캔하는 표준 1920(H) x 1080(V)의 고화질 4 : 4 : 4인 RGB 비디오 컴포넌트 출력 세트를 제작하기 위해 설계된다.

SMPTE 274M HDTV 제작표준에 따라 R, G, B 각 비디오 컴포넌트의 재현하기 위한 1920(H) x 1080(V)로 한다. CMOS 이미지 센서의 장점은 판독 시에도 개별 픽셀에 접근할 수 있다는 점이다.

새로운 이미지 센서의 중요한 장점은 동일한 대역폭의 R, G, B, 즉 각각 프로그레시브로 판독되어, 각각의 디지털 샘플이 1920(H) x 1080(V)의 R : G : B = 4 : 4 : 4로 하여 만들어낸다.

Green은 두 개의 별도 1920 X 1080 신호를 만들어 PRE-PROCESSING하여 전송되고 최종적으로 Y, r-y, b-y가 디지털신호의 샘플링으로 사용된다.

<그림> COMS 이미지 센서의 컴포넌트 신호 출력과정