카메라 영상의 주사선수와 화질관계 : 추가설명

1. 영상화소(Picture Element)와 주사선(Scanning Line)

 오늘날 영상을 film로 촬영하는 시대는 지났다. 지금은 영상 카메라로  촬영하여 TV모니터로 보거나 커퓨터 모니터, 테블렛, 핸드폰 등에서 보게된다.

 그런데 영상 카메라는 렌즈를 통해 들어온 빛을 이미지센서(CCD 또는 CMOS)에 받아들여진 영상을 잘게 나누어 영상화소(映像畵素 : Pixel: Picture Element)로 만들고 그 영상화소의 정보를 화면의 왼쪽에서 시작점에서 시작하여 오른쪽으로 순차적으로 진행하며 보내지고, 한줄이 끝나면 바로 아래로 줄로 내려와 다시 왼쪽에서 오른쪽으로 영상화소를 순차적으로 찾아 보내는 일을 하는데 한 화면이 끝나면 다음 영상화면에서 같은 방법으로 진행된다.         

    < 그림 1> 화면의 수평주사선

 

  그런데 이때 왼쪽 시작에서 오른쪽 끝까지 영상화소가 이루는 것을 연결해보면 하나의 영상화소선이 형성된다. 우리는 이것을 하나의 주사선(Scanning Line)이라한다. 그리고 수평으로 행해질때 수평주사선이라 한다.

 이때 한장의 영상(Frame)은 몇개의 주사선으로 형성되는지 결정하는 것이 필요하다. 이를 영상의 주사선수라고 한다. 그래서 현재 TV방송에서 한장(frame)이 형성하는 주사선수는 750선, 1125선으로 구성된 HDTV가 있고, 2250선인 UHDTV가 있다.

 그런데 화면의 왼쪽에서 시작하여 오른쪽에서 끝나고, 다음 화면의 다음 줄 왼쪽 시작점으로 돌아오는 시간, 그리고 한화면의 맨아래 오른쪽 끝에서 주사가 끝나고 새로운 화면의 첫번째 시작 점으로 돌아오는 기간에는 우리가 영상화소를 볼 수 없게 된다. 

 그럼으로 주사하는 동안 우리가 영상을 볼 수 없는 현상이 일어난다. 다시 말하면 우리가 볼 수 있는 영상화소들이 만들어낸 유효한 수평주사선을 유효수평주산선이라고 한다. 주사는 계속되지만 주사선이 끝나고 다음 주사선을 시작하기 위하여 되돌아 갈때와 한 화면이 끝나고 새로운화면의 첫 번째 주사선으로 시작하기 위해 돌아갈 때 우리가 보지 못하는 수평주사선수가 생긴다. 이런 보지 못사하는 수평주사선은 디지털인 경우 전체의 약 4%가 된다.

 따라서 우리가 볼 수 없는 수평주사선수를 계산하면 750 line인 경우 750 X 4/100 = 30선, 1125인 경우 1125 X 4/100 = 45선이다. 고로 HDTV 유효수평주사선수는 720선, 1080선이 된다. UHDTV인 경우 유효수평주사선수는 같은 이치로 2160선이 된다.

 

2. 영상화질의 결정

  영상화질이란 얼마나 영상화소를 한 화면에서 많이 갖고 있는지에 따라 결정된다. 그런데 영상을 이루는 수평주시선수는 한없이 늘릴 수 없는 한계가 있다. 아날로그 시절에 TV모니터, 또는 TV set가 40인치 이상  만들 수 없었고, 그 크기에서 알맞은 HDTV 유효수평주사선수는 1080이면 충분했기 때문에 더 이상 필요로하지 않았다.

 그러나 디지털 영상시대가 되면서 TV모니터나 TV수상기도 120인치 이상으로 커지면서HDTV시대로는 부족함을 느껴 UHDTV시대를 필요로하고 있다. 그러나 가정의 TV수상기가 65인치보다 크게보는 가정은 많지 않아 아무래도 HDTV시대가 오래 갈것 같다.

 그러면 영상의 해상도(解像度)에 대해 생각해 보자! 가정의 영상모니터를 과거 40인치 기준으로 했다면 그보다 훨씬 큰 모니터나 수상기는 영상화소를 나르는 주사선이 거칠어지게 형성되어 영상 해상도는 그렇게 좋지 않게 보일 것이고, 반대로  TV영상화면이 40인치보다 작아지면 주사선이 촘촘해져 화면해상도가 높아져 뚜렸하게 볼 수 있다.  

 

3. 영상화질의 해상도를 높이기 위한 방법

 영상화질은  카메라에서 만들어진 영상화소를 손실없이 전송하고 받아보는 것이다. 그러나 원래 카메라의 이미지 센서가 영상화소를 적게 형성한다면 거기에서 검출되는 주사선의 영상화소가  없는 경우도 발생할 수 있다. 따라서 제일먼저 이미지센서의 성능이 좋아야 한다.

 우선 영상의 화질은 카메라 이미지센서의 성능에 달려 있다. 카메라 이미지센서의 크기가 크면서 완전한 영상화소를 만들어 낸 후 필요한 주사선만큼 완전한 화소를 검출해 사용할 수 있있다면 좋은 영상을 형성할 수 있다.

 그럼으로 카메라 이미지센서의 질을 높이고. 그 센서에 만들어진 영상화소를 많이 와벽하게 추출해 내어 수평주사선수으로 전송할 수 있어야 한다.

 다시 말해 4K, 6K, 8K 등등 높은 해상도를 만들어낼 수 있는 영상카메라의 이미지센서에서 만들어진 영상화소를 TV영상규격에 알맞는 수평주사선으로  완벽하게 영상화소를 검출해 사용한다면 해상도가 높아질 수 있다.

 물론 Memory Card 의 용량관계 등으로 제약을 받을 수 있지만 높은  해상도를 촬영할 수 있는  카메라를 갖고 있다면 최고의 고화질로 촬영하여 우리가 정해진 HDTV나 UHDTV 규격에 맞도록 변환(Converting)시켜 사용할 때 해상도가 높은 영상을 얻어낼 수 있다.

 다시말해 HD와 UHD(4K)를 촬영할 수 있는 카메라라면 최고의 영상품질인 4K로 촬영하여 편집시 HD영상으로 변환해 사용한다면 좋은 품질의 영상을 얻을 수 있다.

 좋은 예로 과거 주사선이 무한대였던 film영상을 TV영상으로 변환시켜 영상화소를 검출해 사용할 때 영상카메라를 사용할 때보다 매우 좋은 TV영상으로 느낄 수 있었다. 지금도 일반 영상을 보다가 CF를 보면 매우 화질이 좋게 느껴질 것이다. 물론 여러가지 정성껏 환경을 만들어 촬영도 하지만 이 CF는 높은 화질의 카메라(4K, 6K, 8K 등)를 사용해 촬영하고 편집하여 HDTV영상으로 변환시킨 영상들이 많다. 따라서 HDTV 영상으로 번환할 때 유효수평주사선인 1080 line을 빼놓지 않고 충분히 검출해 낼 수 있기 때문이다.