1. 카메라 플레쉬의 광량 조절 및 고속 동조
카메라 플레쉬가 전자식으로 바뀐 이후, 아주 예전에 사용하던 전구를 이용하던 때와는 다른 방법으로 광량을 조절하게 됩니다.
카메라 플레쉬가 사용하는 가장 일반적인 방법은 스트로보가 연속적으로 터지는 시간을 길게 하는 것입니다. 즉 센서가 열려있는 동안 플레쉬의 스트로보가 사람 눈으로는 확인되지 않을 정도의 속도로 연속적으로 발광을 하는데, 이 발광의 횟수로 발광량을 조절하는 방법입니다.
그 예로서 아래 게시글에 보면 셔터 속도를 1/8000초로 놓은 상태에서 플레쉬의 발광량을 서로 다르게 지정했을 때, 지속 시간을 보여주고 있습니다.
http://www.flickr.com/groups/strobist/discuss/72157604724354633/
위 사진에서 보는 바와 같이, 광량 조절을 하게되면 실제 빛의 강도가 조절되는 것이 아니라, 플레쉬에서 연속발광하는 지속시간이 길어짐을 볼 수 있습니다.
그러니까, 우리가 사용하는 카메라 플레쉬의 내부 회로는 대단히 빠르게 ON/OFF를 수행하면서, 아주 빠른 속도로 스트로보를 연속적으로 발광하는 구조를 가지고 있습니다.
예를 들어 위 이미지의 1/1의 풀발광 상태의 경우, 카메라는 셔터 속도는 1/8000초로 지정되었기 때문에, 아주 작은 셔터 선막과 후막의 슬릿이 센서 위를 지나가며 노출이 되지만, 이 시간동안 플레쉬의 스트로보는 매우 빠르게 발광을 하기 때문에 지속광 같은 형태로 보입니다.
이것이 카메라 플레쉬의 고속 동조 원리입니다.
2. NX 카메라에 적용해 본다면…
NX카메라 시스템의 경우 1/180초라는 최고 동조 속도가 있습니다. 즉 이 속도 이상의 셔터속도에선 전체 센서면이 동시에 완전히 노출되는 것이 아니라, 셔터 선막과 후막이 서로 다른 시간의 차이를 이용해 슬릿을 만들고 이 시간차를 이용해 1/4000 초 또는 1/8000초의 셔터 속도를 구현 하는 것입니다.
다만, 이 최고 동조속도, 즉 1/180초보다 짧은 셔터 속도에선 카메라 바디에서 아예 플레쉬 발광 신호를 보내는 것을 방지하고 있습니다. 그래서 외부 플레쉬를 발광시킬 수가 없습니다. 그도 그럴 것이 “고속동조“라는 기능이 없으면, 정상적인 이미지를 얻을 수 없기 때문입니다
아래 이미지는 셔터속도에 따른 선막과 후막의 관계를 보여줍니다. 셔터속도 1/180이 이미지 센서가 동시에 노출되는 가장 빠른 셔터 속도 입니다.
이 속도 이상에선 이미지 센서 전체가 노출되지 않고, 오로지 슬릿의 형태로만 노출이 이뤄집니다.
그렇다면 셔터 속도에 관계 없이 플레쉬 노출이 정상적으로 이뤄지게 하려면 어찌 해야 할까요?
가장 단순한 방법은 셔터 선막의 노출이 시작된 후부터 셔터 후막이 완전히 닫히게 되기 까지 플레쉬를 빠른 속도로 지속적으로 발광을 시켜주는 것입니다.
위의 그림에도 나타나 있듯이, 셔터 속도 1/180보다 빠른 셔터 속도에서는, 공통적으로 이미지 전체 노출에 걸리는 시간은 똑같이 1/180입니다. 다만 단위 면적당 노출 시간만 줄어들 뿐입니다.
즉, 플레쉬의 고속동조모드에선 셔터속도와는 관계없이 최대 동조속도 동안 플레쉬를 계속 발광시켜 줘야 합니다.
3. 참고: 고속동조 모드에서 플레쉬 발광시 셔터속도와 노출과의 관계
일반적으로 알고 계시는 것이겠지만, 플레쉬를 발광 할 경우, 셔터속도와는 관계 없이 조리개에 의해서만 노출이 조정된다는 것으로 알고 계실 겁니다.
그러나, 이것은 어디까지나, 플레쉬를 카메라의 최고 동조속도 이하에서 적용되는 것이지, 최고 동조 속도 이상, 고속 동조 모드에선, 셔터 속도에 따라서도 노출이 변합니다.
이는, 플레쉬가 고속 동조모드에서 순간광이 아닌 지속광으로서 작용하기 때문입니다.
위에서 인용한 플리커의 게시물에는 아래와 같은 테스트 이미지가 있습니다.
<http://www.flickr.com/groups/strobist/discuss/72157604724354633/ 에서 인용>
보시는 바와 같이 조리개는 같아도, 셔속이 빨라짐에 따라 노출도 줄어드는 경향을 보입니다.
4. NX카메라의 셔터 신호 분석 및 과제
이미 몇번 참고한 셔터 동작시 NX카메라와 렌즈간 신호 교환 흐름도 입니다.
즉 전체적인 데이터 흐름은
(1) 촬영 시작
(2) 조리개값 지정
(3) 조리개 지정 값으로 이동
(4) 노출
(5) 조리개 원래 위치(완전개방)로 이동
(6) 촬영 종료
아래 이미지는 실제 NX10과 NX 30팬케익 렌즈간 통상적인 데이터를 캡쳐한 이미지 입니다. (셔속 1/60)
위의 이미지를 보면 실제 센서의 노출은 조리개를 촬영 위치로, 그리고 원위치로 이동시키는 약 0.4초 사이에 이뤄지는 것으로 알 수 있습니다.
실제 노출이 이뤄지는 정확한 순간은 카메라 바디와 렌즈 사이의 통신으로는 알 수 없습니다. 이 노출 타이밍 자료는 바디와 렌즈사이에 데이터를 주고 받아야할 이유가 없기 때문입니다.
그러한 문제로 인해 실제 촬영이 이뤄지는 정확한 시점을 알 수 없다는 문제가 발생합니다. 그렇다고 0.4초 동안 내내 플레쉬를 터트릴 수도 없습니다. 플레쉬가 실제 그렇게 오랫동안 발광을 지속할 수도 없거니와, 실제 그렇게 발광시킨다면, 플레쉬 램프가 금방 망가질 겁니다.
그리고 한가지 문제는 더 있습니다.
아래 데이터 통신은 렌즈의 조리개가 그 렌즈의 최대 조리개 값으로 설정된 경우 입니다. 이 경우엔 조리개 조작과 관련된 일체의 데이터 통신이 생략되어 있습니다. 이 경우 정확한 센서의 노출 타이밍을 정하는 것이 더욱 어렵습니다.
5. 문제점 해결 방안
현재 NX시스템 플레쉬 고속 동조기에 사용할 펌웨어는 40% 정도 진척이 이뤄진 상태입니다.
바디와 렌즈간의 통신을 가로체 분석하는 펌웨어의 구현은 이미 끝냈고, 촬영 개시와 종료 순간을 캡쳐는 기능도 구현해놓은 상태입니다.
이 펌웨어 개발을 위해 기존 NX용 AF어댑터 개발 때 사용하던 환경도 완전히 갈아 엎어 새로 개발을 했습니다. 더욱 간단하고 가볍게 멀티 테스킹을 구현할 수 있는 환경입니다.
마이크로 컨트롤러측의 회로를 보호하기 위해, 마이크로 컨트롤러 회로와 플레쉬 트리거 단자와의 회로 분리 부품을 주문해놓았는데, 그 부품이 도착하면, 여러가지 경우를 테스트 해보며, 테이터를 쌓아, 대략적인 이미지 노출 순간을 포착하고, 그 순간으로 부터 무조건 1/180초 쯤동안 플레시를 지속 발광시킬 예정입니다.
만일, 예상대로 된다면, NX10, NX100에서 1/180 최고 동조속도 이상에서도 플레쉬 발광이 이뤄지며, 플레쉬 능력이 뒷받침 되는 한, 수동 플레쉬라도 지속 발광시켜 고속 동조를 구현될 수 있지 않을까 예상합니다.
부품이 제시간에 도착하고, 일이 순조롭게 진행이 되면, 주말 경에는 어떤 형태로든 고속동조 샘플샷 촬영이 가능 할 것으로 봅니다.