[루머+예측] 2020년에 무시무시한 스마트폰 카메라가 온다...!!

 IT정보를 찾아 여러 커뮤니티를 떠돌아다니는 커뮤 죽돌이인 필자는 흥미로운 얘기를 접하게 되었다. 삼성 관련 지속적으로 신뢰할 만한 정보를 유출(...)해 왔던 고정닉이 색다른 정보를 공유한 것이다.

 내년 갤럭시S11에서의 카메라가 대폭 향상될 것이라는 소식이 있는데요, 센서 판형이 드디어 커질 것입니다

드...드디어!!

 만약 진짜로 그렇다면 내년에 갤럭시S11을 필두로 카메라 성능을 위주로 광고할 것이고, 그만큼의 성능을 보장할 것이다. 왜 그러한가? 카메라 기기 덕후로서 설명을 하도록 하겠다.

카메라 성능 = 센서 판형(CMOS크기 ≒ 픽셀크기) + 센서 기술 + 후처리 기술(JPEG)

 이것으로 다 설명된다. 성능에 미치는 영향은 판형 > 센서 기술 > 후처리 기술 순이다. 화소 수는 1000만 화소가 넘으면 스마트폰 카메라로서는 큰 차이를 느끼기 어렵다. 여기서 사실은 판형이 곧 픽셀크기와 연결된 것이기에 픽셀 크기만 보면 된다. 또한 이 세가지를 크게 2개로 분류한다면, [빛을 받아들이는 기술= 센서 판형 & 센서 종류]과 [원본 사진(RAW)을 JPEG사진으로 처리하는 HW+SW적 기술 = 후처리]가 될 수 있다.

 

•  빛을 받아들이는 센서

 왜 빛을 받아들이는 것이 중요한가? 카메라의 센서(CMOS)가 빛을 받아들여서 빛의 색깔에 따라서 받아들인 화상(장면)을 디지털화(RAW원본 사진 파일로 변환)하기 때문이다. 받아들이는 빛이 많을수록 정확하고 깔끔한 사진을 찍을 수 있으며, 빛이 적을수록 노이즈가 낀 사진을 얻게 된다. 빛의 정보가 부족한데 무리해서(...쉽게 말하자면...) 찍기 때문에 잘못된 정보가 센서에 저장되기 때문이다.

 그렇다면 여기에서 빛을 어떻게 해야 잘 받아들이느냐가 중요하다. 상식적으로 낮에 찍으면 빛이 많아서 깔끔한 사진을 찍을 수 있고, 밤에 찍으면 어두운 사진을 밝게 하기 위하여 ISO 감도를 높일 것이기에 노이즈가 낄 것이라고 쉽게 예상할 수 있다. (ISO 감도를 높인다는 것은 더 작은 빛에도 센서가 반응하게 한다는 것인데, ISO가 높을수록 센서 자체의 미세 전류나 먼지로 인한 빛의 굴절 같은 원하는 장면이 아닌 다른 정보도 센서에 기록되는데, 이것이 노이즈로 나타나게 된다. 같은 판형인데 최신형일수록 노이즈가 줄어드는 것은 이 부분을 최소화하는 노력이 있었기에 가능하다) 참고로 같은 밝기로 찍는다면 ISO100일때 최고의 품질 사진을 얻는 것이 일반적이다.

a7m2에서 iso 감도만 조절 feat. DPpreview

 그렇다면 센서의 ISO 감도를 조절하는 사진 노이즈를 피하고 좋은 사진을 얻는 방법은 무엇이 있는가? 바로 센서 내의 각 화소 픽셀에 더 많은 빛을 받아들이게 된다면 된다. 이를 위한 방법은 크게 2가지가 있다. 픽셀 크기를 늘리던가, 픽셀에 도달하는 빛의 양을 늘리는 것이다.

픽셀 피치별 빛 받아들이는 정도 feat. clarkvision.com/articles/does.pixel.size.matter

 상식적으로 같은 화소라면, 센서가 커야 화소 픽셀의 크기가 커진다. 예를 들면, 학종이를 100등분 한 것보다 15x15cm 색종이를 100등분 한 것이 더 큰것과도 같다. 카메라 센서에서 이 픽셀의 크기를 픽셀 피치(pixel pitch)라고 부르며, 이 크기가 클수록 당연히 빛을 많이 받아들이기에 낮은 ISO 감도에 찍을 수 있으며 - 이는 곧 좋은 품질의 사진과 연결된다. 특히 어두운 밤에는 더욱더 그러하다. 더 많은 광자는 더 정확한 사진을 찍을 수 있도록 한다.

픽셀 피치 크기에 따른 사진 feat. clarkvision.com/articles/does.pixel.size.matter

 위의 사진은 픽셀피치가 8.2㎛인 1D Mark II의 사진 품질이 2.3㎛인 S70보다 월등이 좋은 것을 보여준다. 어두운 환경일수록 이 픽셀피치는 절대적인 요소가 된다. 다만 낮이라는 환경에서는 최근의 스마트폰 센서에서는 매우 큰 차이를 보기는 힘들 것이다.

RX100M2와 a3000의 비교 feat. DPpreview

 2013년 8월에 출시된 RX100M2는 1인치 센서이며 a3000은 APS-C로 센서 크기만 다르고 화질(?)은 2010만 화소로 같다. 즉, 픽셀 사이즈 비교에 매우 적합하다는 것이다. 여기에서 ISO감도 3200에서 픽셀 사이즈에 따른 노이즈를 확인할 수 있다.

Sensor Size feat. wikipedia

 그렇다면 같은 센서 크기, 같은 화소에서 빛을 받아들이는 양을 어떻게 늘릴 것인가? 바로 픽셀 배치를 조절하는 것이다. 만약 기존 구조가 빛을 받아들이는데 불리한 구조였다면, 구조를 변경하는 것만으로 센서의 크기를 키우지 않고도 광량을 확보할 수 있을 것이다. 다시 말하지만 더 많은 광량은 더 좋은 사진을 보장해 준다.

Sony a7m3 상품 설명 중에서 발췌

Samsung ISOCELL Plus 홍보자료에서 발췌 (삼성 뉴스룸)

 기존의 픽셀 배치는 전면조사센서(FSI; Front-Illuminated sensor)라고 하여 빛이 회로를 지나 센서의 포토다이오드에 광자가 닿았기에 빛의 손실이 있었다. 하지만 최근 BSI의 경우 회로를 하단에 내리고, 포토다이오드를 위로 올려 빛의 수광량을 늘렸다. 이는 충분한 효과가 있었다.

FSI(a7m2)와 BSI(a7m3)의 사진 비교 feat.DPpreview

 여기서 더 나아가 다이오드 간의 빛 간섭을 최소화 한 것이 삼성의 ISOCELL Plus라고 할 수 있다. 이는 빛의 양을 늘린 것보다는, 사물 자체의 색을 정확하게 기록하는데 노력한 것이라고 볼 수 있다. 즉, 정물에서 더욱 뚜렷한 색을 확인할 수 있게 된다. (해당 센서의 삼성 플래그십이 아직 없기에 확신을 되지 않는다. 필자는 현재 Sony의 BSI센서는 삼성의 ISOCELL과 비슷한 기술이라고 보고 있으며, ISOCELL Plus는 여기에서 한발 더 나아간 것이라고 본다. 이렇게 칭찬하는데 삼성 홍보대사 같은 거 안 시켜주나.... NX1를 끝으로 카메라를 접은 삼성은 대오각성하라...!) 필자의 뇌피셜인데, 카메라의 빅센서(1인치 이상)는 Sony 기술력이 가장 좋으며, 스마트폰 카메라의 스몰센서(1인치 이하)는 삼성의 기술력이 가장 좋다.

아마 이런 느낌(?)으로 색감이 정확할 것이다 (삼성 뉴스룸)

 

• RAW원본 사진의 후처리

 갤럭시 S5와 S6 / S7과 S8 / S9와 S10의 메인 카메라 센서는 같은(거의 동급의) 센서를 사용한 것으로 알려져 있다. 하지만 사진 품질은 다른 것 같다. 물론 렌즈의 조리개는 조금씩 변화가 있긴 하다. 그 중에서 조리개도 같은 갤럭시 S7와 S8의 야간 사진을 보자.

bbs.ruliweb.com/news/board/1004/read/2117462

 센서나 렌즈 조리개 변화 없이 오직 후처리 개선만으로 노이즈가 줄어들고, 글자와 물체의 선이 선명해 진 것을 확인할 수 있다. 하지만 센서 자체의 변화보다는 극적이지 않다는 것을 알 수 있다. 참고로 후처리의 제왕은 Canon이라고 알려져 있다.

 

Q 내년 갤럭시의 메인 카메라 성능은??

 삼성 시스템 LSI 사업부에서 제품 발표하고 삼성 스마트폰에 아직 탑재하지 않은 (GW1의 경우 샤오미 미믹스에 탑재되었다고 알려져 있고, A91에 탑재한다는 기사도 있다) 제품은 아래의 3가지가 있다.

적용기기		파트넘버	해상도	센서크기	센서비율(E)	픽셀크기	픽셀배열
Galaxy S10		SAK2L4	4032 x 3024 12.0MP	1/2.6인치	5.65 x 4.34mm	1.4 μm	ISOCELL
Galaxy S11(E)	A80	S5KGM2	8000 x 6000 48.0MP	1/2.25인치	6.4 x 4.8mm	0.8 μm	ISOCELL Plus
		S5KGW1	9280 x 6944 64.0MP	1/1.72인치	7.38 x 5.52mm
	A91	S5KHMX	12032 x 9024 108.0MP	1/1.33인치	9.62 x 7.22mm

 상식적으로 A80에 들어간 센서가 S11에 들어갈 일은 없을 것으로 보인다. 하지만 삼성이 S10e와 Note10e가 적합했을만한 Note10를 내놓았던 전래를 볼 때, 위의 3가지 센서를 모두 비교해 보고자 한다. 물론 위에서 신형의 3가지 센서의 픽셀피치는 S10에 사용된 센서보다 작다. 하지만 4개의 센서를 1개로 처리할 경우 픽셀크기는 우위에 서게 된다.

파트넘버	해상도	저조도 모드 해상도(4cell)	픽셀크기	저조도 모드 픽셀크기(4cell)	픽셀배열
SAK2L4 (Default)	4032 x 3024 12.0MP	x	1.4 μm	x	ISOCELL
S5KGM2	8000 x 6000 48.0MP	4000 x 3000 12MP	0.8 μm	1.6 μm (Default 114.3%)	ISOCELL Plus
S5KGW1	9280 x 6944 64.0MP	4640 x 3472 16MP
S5KHMX	12032 x 9024 108.0MP	6016 x 4512 27MP

 픽셀피치는 갤럭시 S11에서 1.4㎛ → 1.6㎛로 약 14.3% 증가하게 되며, 그동안 삼성 개발팀의 후처리 알고리즘을 발전시킨다면, 야간 사진에서 20%정도의 이득을 볼 수 있을 것으로 보인다. 이것만 이득인 것이 아니다. 센서크기가 커지면서 사진의 화각이 넓어지게 된다. 주변부의 왜곡 없이. 광각으로 풍경은 찍어도 사람을 잘 안 찍는 이유가 왜곡이 아니었던가??

Samsung Sensor에 따른 화각 비교

 중앙의 가장 작은 것이 갤럭시 S10의 센서로 인한 화각이다. 새로운 센서 중 어느것을 택하더라도 삼성은 화각이 넓어지는 효과를 가지게 된다. 이에 따라 삼성은 다음 크게 2가지 전략중 하나를 선택할 것으로 보인다. 여기서 주의깊게 볼 점은 1억만 화소 센서(S5KHMX)의 크기가 커서 굳이 (거리센서 제외) 트리플 카메라로 갈지에 대한 의문이 든다. 구글의 Pixel 4는 메인카메라 만으로도 다른 스마트폰의 야간 사진을 앞도한 전력이 있는데, 소프트웨어 개발이 더 어려운 트리플 카메라로 과연 갈까가 필자의 생각이다. 물론 이를 탑재한 A91이 트리플 카메라라고 하나, 역량의 집중과 배터리 향상을 위해서 위의 센서를 쓴다면 듀얼 카메라가 적당해 보인다. 야간에서도 기존 센서보다 픽셀 피치가 분명한 우위에 있으며 분명한 화소 이득이 존재하기에 망원이 필요한지 의문이며, 주간에서 기존보다 화소가 8배가 넘기에 망원이 필요 없어 보인다. 그 자리에 배터리나 기타 센서를 더 박는게 낫지 않을까?

고화소 & 더 좋아진 야간 사진 & 저왜곡의 넓은 화각 & 듀얼 카메라 Galaxy S11

▶ 후면에 1억만 화소에 달하는 S5KHMX와 크롭된 센서의 망원 카메라 탑재

고화소 & 더 좋아진 야간 사진 & 트리플 카메라 Galaxy S11

▶ 후면에 6천4백만 화소의 달하는 S5KGW1와 크롭된 센서의 망원 카메라 및 광각 카메라 탑재

  만약 삼성이 요번에 S10과 S10e / Note10과 Note10+처럼 급을 나누려고 한다면, 아마 화면이 아닌 카메라에서 원가를 절감할 것으로 보인다. 즉,

	S11e(E)	S11(E)
시나리오1	64MP 메인 + 광각 카메라 (듀얼)	64MP 메인 카메라 + 광각 + 망원 카메라 (트리플)
시나리오2	64MP 메인 + 광각 카메라 (듀얼)	108MP 메인 카메라 + 광각 카메라 (듀얼)
시나리오3	108MP 메인 카메라 (싱글)	108MP 메인 카메라 + 광각 카메라 (듀얼)
시나리오4	108MP 메인 카메라 + 광각 카메라 (듀얼)	108MP 메인 카메라 + 광각 + 망원 카메라 (트리플)

 정도가 아닐까 생각한다. 물론 개발자로서 개발 편의에 중점을 두고 트리플 카메라가 없는 쪽으로 무게를 뒀지만, 삼성의 판매량 증가를 목표로 트리플 카메라로 갈지도 모르겠다. 아니 그럴 가능성도 높다.

 어쨋거나 내년 Galaxy S11의 메인 카메라 성능이 매우 기대된다

 

[참고 링크 List] 더보기를 클릭하세요.

• 카메라는 생각한다면 다음 갤럭시 시리즈를 사라?!

m.kbench.com/?q=node/202226

• 카메라 성능 순위

www.dxomark.com/category/smartphone-reviews/

• 삼성/소니 카메라 센서정보

en.wikipedia.org/wiki/Samsung_CMOS

en.wikipedia.org/wiki/Exmor