드론의 눈, 카메라 스펙 읽기
촬영용 드론의 카메라 스펙 읽는 방법!
거의 모든 드론의 가지고 있는 부품은 무엇일까요? 모터나 배터리, 프로펠러는 없으면 안되는 것이니 질문의 정답은 아닙니다. 없는 드론도 있지만 거의 가지고 있는 것. 그것은 드론의 눈, 카메라입니다.
8K 까지도 무심히 촬영한다는 RED DRAGON 카메라. 그것을 무심히 들어주는 짐벌 DJI 로닌. 사진=http://www.dji.com/ronin-mx처음에 촬영을 위해 만들어진 드론은 카메라를 흔들리지 않게 만들어 주는 짐벌에 기존에 사용하던 전문 카메라를 달아서 사용했습니다. 여전히 전문적인 영상을 만들기 위해서는 어떤 종류의 카메라든 연결할 수 있는 짐벌이 달린 드론이 사용되지만 카메라가 무거우면 무거울수록 드론도 거대해져야 하죠.
하지만 지금은 아무리 완구형 드론이라도 대부분 카메라를 가지게 되었습니다. 심지어 드론에 달려있는 카메라만으로도 전문적인 촬영도 충분할 만큼 발전을 했습니다.
전문 촬영용 드론 인스파이어. 이 장비만으로 영화 촬영을 마칠 만큼 강력합니다. 사진=http://www.dji.com/inspire-2그러니 드론을 구매할 때 편리한 자동 기능들, 좀처럼 내려올 줄 모르는 긴 비행시간 그리고 이 모든 것을 갖추고도 지갑 전부를 털어가지 않을 참신한 가격 외에도 카메라의 사양도 꼼꼼히 살펴합니다.
드론에 달려있는 카메라의 스펙이 어떤 의미를 가지고 있는지 이해한다면 나에게 꼭 맞는 드론을 찾는데 도움이 되지 않을까요? 오늘 꼼꼼히 살펴볼 이야기는 드론의 눈, 카메라 스펙 입니다.
드론의 카메라, 어떤 것이 좋을까?
추억의 카메라는 다 찍고 나면 필름을 처음으로 감아서 사진관에 맡기면 좋은, 그런 조금 복잡한 물건이었습니다. 하지만 디지털 카메라가 필름 카메라의 자리를 차지하기 시작하더니 사진가들이나 사용하던 SLR (Single Lens Reflecx, 일안반사식) 카메라마저 디지털을 달고 DSLR 카메라로 바뀌어 버렸습니다. 지금은 이마저도 사용의 간편함과 사진을 바로 공유할 수 있는 즐거움 때문에 스마트폰 카메라로 바뀌어 버렸습니다.
디지털 기술은 긴 카메라의 역사를 순식간에 스마트폰에 달린 부품 정도로 바꾸어 버렸지만, 처음부터 디지털 기술로 시작한 드론의 카메라는 조금 다른 방향으로 발전합니다. 스마트폰의 초소형 렌즈와 센서만으로 훌륭한 사진을 찍을 수 있기 때문에 이 스마트폰에 사용하던 카메라 모듈이 드론에 사용되기 시작한 것이죠.
이렇게 저렴한 드론이 카메라까지 달려있다니, 그 착함에 온 국민이 함께 환영했던 아직도 현역 드론 Syma X5C. 사진=http://www.symatoys.com하지만 X5C로 시작된 사소한 사진 욕심은 결국 더 좋은 영상을 위해 DJI의 팬텀을 거쳐 인스파이어로 우리를 이끌게 되죠. 스마트폰에 들어가는 작은 카메라 모듈은 해결해주지 못하는 더 좋은 촬영에 대한 갈증을 고성능 카메라는 채워주니까요. 그래서 고화질의 영상을 위해 드론은 DSLR에 사용하는 렌즈와 기술을 장착하게 되었습니다.
DJI의 드론용 전문 카메라 Zenmuse. 사진=http://www.dji.com/kr/zenmuse-x5r오늘 우리는 카메라의 스펙에 대해 알아보기 위해, 스마트폰 카메라를 사용하는 드론 그리고 전문 촬영 카메라를 가진 드론으로 나누어 살펴보겠습니다.
스마트폰과 같은 카메라 모듈을 가진 드론의 눈
우리에게 익숙한 Syma X5C 드론이나 Parrot 사의 드론은 작은 카메라가 드론과 한 몸으로 붙어 있습니다. 이렇게 작은 카메라 모듈은 스마트폰이나 감시용 CCTV 카메라에 사용되던 제품입니다. 제품의 수명이 짧은 스마트폰 시장에서 신제품이 더 좋은 카메라를 달고 시장에 출시되면 기존의 스마트폰용 카메라는 가격이 곤두박질 쳤습니다.
그 덕분에 카메라 제조사들은 가지고 있는 카메라를
드론에 저렴하게 공급할 수 있었습니다.
스마트 폰의 고성능 카메라를 보면 작은 드론이라고 저것을 갖지 말라는 법은 없을 듯합니다. 아이폰의 카메라. 사진=http://www.apple.com/iphone-7/하지만 점차 드론 시장이 성장하면서 드론을 위한 카메라도 발전하게 됩니다. 작은 크기의 카메라 모듈이 사용된 드론은 어떤 스펙을 가지고 있을까요? 대표적인 드론으로 Parrot사의 BEBOP 2의 카메라를 살펴보겠습니다.
Parrot BEBOP2 카메라 사양
- F2.3 어안렌즈
- Digital stabilization (Parrot system)
- 8 GB 플래시 메모리
- CMOS 1400만 픽셀
사진 촬영
- 해상도 4096x3072p
- 사진 포맷 : JPEG, RAW, DNG
동영상 촬영
- 30 프레임
- 해상도 1920x1080p
- H264 비디오 인코딩
알듯 말 듯한 숫자들을 좀 더 상세히 알아봐야 겠습니다. 복잡해 보인다고 선뜻 지갑을 열어버리는 호락호락한 드론스타팅이 아니니까요.
카메라 사양에 대한 정보가 드론 앞에 당당히 표시된 것을 보면 무언가 자랑할 만한 내용인 듯합니다. 근데 저 숫자들 뭔 소리죠? 사진=https://www.parrot.com/BEBOP의 눈동자 F2.3 어안렌즈
F2.3과 어안렌즈가 눈에 뜁니다. 사진 찍기가 취미이신 분에게는 익숙한 단어입니다.
어안렌즈는 물고기 눈이라는 뜻입니다. 세상을 둥글게 왜곡해서 볼 수 있게 해주는 렌즈죠. 높은 곳에서 내려다보는 드론의 눈은 많은 풍경을 담는 편이 좋기 때문에 이런 렌즈가 유리합니다. 스마트폰 카메라에 달면 주변의 풍경을 더 많이 담을 수 있는 액세서리 렌즈 본 적 있으시죠? 바로 그 렌즈도 어안렌즈의 한가지입니다.
F2.3은 무엇일까요? 2.3은 조리개 값이라고 하는데 사람의 눈과 비교하면 이해하기 쉽습니다. 사람의 눈은 어두운 곳에서 동공이 커지고 밝은 곳에서는 작아지죠. 카메라도 이와 같이 빛의 양을 조절할 방법이 필요합니다.
사람의 눈과 카메라의 조리개. 사진=https://pixabay.com/카메라는 렌즈를 통과할 때마다 아무래도 빛의 양이 줄어들기 마련입니다. 그러니 빛을 많이 받을 수 있다는 것은 상당한 자랑거리가 됩니다. 정확한 숫자의 의미는 렌즈의 초점 거리를 빛이 들어오는 크기로 나눈 값입니다.
자세히 계산하기에는 너무 바쁘기 때문에 F값이 1.4일 때 빛이 전부 들어온다는 기준으로 그 값이 커질수록 빛의 양이 점점 작아진다고 이해하시면 됩니다. 2.3이면 너무 어두운거 아닌가 생각하시나요? F1.4 렌즈의 가격을 검색해 보시면 마음이 달라 지실꺼에요.
특별한 기능이 없는 케논의 F1.4 렌즈의 가장 저렴한 가격은 396,800원!!! 사진=http://www.canon.co.uk/F2.3은 기대했던 것 보다 좋은 렌즈입니다. 우리가 가장 많이 사용하는 자동카메라는 사진을 크게 확대하는 줌 기능이 있는데 이때 확대하기 위해 앞뒤로 움직이는 렌즈는 주로 F2.8 렌즈가 사용됩니다. F2.3의 BEBOP 드론이 찍어주는 미소는 일반 카메라보다 더 환하게 찍을 수 있겠죠.
흔들리지 않는 사진을 위한 Stabilization 기능
한 시절 공부에 정열을 바친 우리에게 Stabilization 정도의 단어는 안정이나 고정이라는 뜻이라는 것 쯤 알고 있습니다. 그런데 하늘에 떠 있는 드론에게 짐벌도 없이 Stabilization이라니 무슨 뜻일까요?
뭔가 대단한 기술이 녹아 든 듯한 이것의 의미는 사실 우리가 잘 알고 있는 "손떨림방지" 기능입니다. 드론이 떨지 않으면 상관없지만 하늘에 올라가 있으면 떨기 마련입니다. 짐벌도 없는 Bebop2같은 드론에게 이 기능은 큰 효능을 발휘하죠.
가장 좋은 방법은 당연히 움직이는 카메라를 잡아줄 짐벌이지만 없다면 일단 렌즈만이라도 잡아 보자는 방식이 있습니다. 이것을 “광학 손 떨림 방지 기능”이라고 합니다. 렌즈가 움직이도록 만드는 방법 말고 빛을 받아들이는 센서를 움직여도 되는데 그게 딱 봐도 쉽지 않을 것 같습니다. 그래서 드론에서는 좀 더 간편한 방법으로 아주 작은 빛이라도 카메라가 흔들리기 전에 냉큼 받는 방법을 사용합니다. 아주 민감한 센서를 사용해서 말이죠.
이렇게 하면 화면이 조금 거칠어지더라도 훌륭한 영상을 담을 수 있죠. 어떤 드론도 진동에서 자유로울 수 없으니 짐벌없이 좋은 사진을 기대하려면 Stabilization 기능이 있는 드론을 선택하세요.
선명한 사진을 좌우하는 센서과 픽셀
'1400만 픽셀'이란 의미는 한때 스마트폰 고를 때 중요한 자랑거리로써 "1400만개 점으로 사진을 만들 수 있다"고 하도 TV 광고에서 교육을 시켜 잘 알고 있지만 CMOS! 이건 뭔가요?
사진을 바꿔도 구별하지 못할 듯한 CMOS 센서와 CCD 센서. 사진=https://commons.wikimedia.org/몰라도 될 것 같은 CMOS는 카메라에 빛을 받아들이는 센서 입니다. 옛날 카메라의 필름 같은 것이죠. 디지털 카메라에 사용되는 센서는 CMOS와 CCD가 있습니다.
원래 CCD (Charged Couple Devices) 센서는 바둑판을 만들고 각 상자마다 얼마나 빛이 들어오는지 주욱 읽어서 저장하는 센서 입니다. 화질이 선명하고 노이즈도 작습니다. 그런데 이 센서가 빛을 주욱 읽는데 시간이 많이 걸리는 데다 전기도 제법 많이 필요해서 좀 빨리 빛을 읽는 방법이 필요했습니다. 그래서 나온 센서가 CMOS (Complementary metal oxide semiconductor)입니다.
CMOS는 빛을 주욱 읽는 대신에 한꺼번에 훅 읽는 방식을 사용합니다. 심지어 가격도 착하지만 노이즈가 많은 단점도 있었죠. 그래서 얼마 전까지만 해도 가급적 CCD 센서를 가진 카메라를 추천했지만 지금은 각각의 센서가 모두 발전해서 어떤 것이 더 좋다고 꼭 집어 말하기는 어렵게 되었습니다. 설현 아니면 수지, 어느 쪽을 선택해야 하는가의 문제인 것이죠.
400만 픽셀, 가로세로 해상도인 4096과 3072를 곱하면 1258만 입니다. 142만 픽셀은 어디 간 거죠?해상도는 1400만 픽셀을 거의 사용해서 가로와 세로의 점들이 4096x3072의 해상도를 사진을 찍을 수 있습니다. 해상도가 높을수록 화면의 정보를 많이 담을 수 있기 때문에 크면 클수록 좋은데 이 해상도면 A4용지의 두 배인 A3용지 크기에 사진을 인화할 정도의 해상도입니다.
참고로 가장 많이 찍는 4x6 크기의 사진은 1024x768이상이면 충분합니다. 동영상은 초당 30장이나 찍어야 해서 1920x1080 로 작아 졌습니다. 그래도 1080이면 Full HD 텔레비전 화면을 가득 채울 수 있으니까 충분한 듯합니다.
어떤 방법으로 동영상을 저장할까? H264와 MPEG-4
그런데 여기 몰라도 될 것 같지만 알면 남에게 잘난 척 할 수 있는 게 등장합니다. H264 비디오 인코딩? 비디오 인코딩은 아나로그인 영상을 디지털 정보로 만들어 주는 것을 의미하는 한다는 것쯤은 인터넷에서 동영상 좀 (불법) 다운로드 해본 사람에게는 상식이라고 할 만하지만 H264는 생소합니다.
H264는 사실 세상의 동영상 기준을 만드는 비밀 결사 조직 MPEG에서 만든 동영상 저장 기술입니다.(제가 모르는 조직은 모두 비밀 조직입니다) 조직의 정식이름은 ISO/IEC JTC1/SC29 WG11이니 얼마나 삼엄한 비밀 조직인지 이름에서 부터 짐작할 수 있습니다.
이들이 비밀스럽게 저지른 일중에 MPEG-1 Audio Layer-3이란 것이 있는데 이것이 우리가 잘 알고 있는 음악 파일 MP3인 것이죠. H264는 MPEG-4의 Part10입니다. 비밀 결사 조직이 만든 동영상 압축의 방법을 말하는 것입니다. 하지만 MP3처럼 잘 알려진 이름은 아닌가 봅니다. H264 플레이어라는 것은 들어본 적이 없으니까요.
비밀 결사 조직 ISO/IEC JTC1/SC29 WG11의 회합 장면. 사진=http://www.zhculture.cn/images/case_MPEG102.jpg하지만 H264가 생소한 것은 이렇게 만들어진 동영상은 거의 모든 컴퓨터에서 플레이할 수 있기 때문에 알 필요가 없기 때문 아닐까요? H264 규격으로 만들어진 동영상의 확장자는 우리에게 익숙한 mp4입니다. 드론이 찍은 동영상은 어디서든 손쉽게 봐야 하기 때문에 이런 방식의 동영상 저장은 필수입니다.
최고의 광학 카메라을 가진 드론의 눈
스마트폰 카메라로 찍은 사진만으로 사진전이 열릴 만큼 뛰어나지만, 아무나 함부로 다가갈 수 없는 하늘에 카메라를 가져간다면 스마트폰 카메라로는 아쉽습니다. 그래서 더 높은 성능을 위해서는 더 큰 카메라가 필요합니다.
안정적인 화면을 담기 위해 짐벌에 고성능 카메라를 가진 드론은 이제 누구나 전문가가 찍은것 같은 멋진 화면을 만들 수 있게 되었습니다. 이 취미용 촬영 드론에는 잘 알고 계시는 DJI의 팬텀 시리즈가 대표적입니다. 심지어 방송국에서도 팬텀 제품을 사용하고 있으니 짐벌 카메라의 스펙을 살펴보기에 팬텀의 그것보다 적당한 카메라는 없을 듯합니다.
DJI PHANTOM 4 Pro 카메라 사양
- 1인치 CMOS 2000만 픽셀
- 1/2000초 기계식 셔터
- 최대 ISO 12,800
- F2.8 광각 렌즈
사진 촬영
- 14프레임 연사 촬영
동영상 촬영
- H264 4K/60프레임, H265 4K/30프레임
팬텀4 Pro는 DJI사의 최고 사양 팬텀 제품인 만큼 카메라의 고운 자태에 눈이 부십니다. 사진=http://www.dji.com/phantom-4-pro세상의 모든 풍경을 담을 1인치 센서
고사양의 카메라 앞에서 어떤 무시무시한 전문 용어들이 나올지 잔득 긴장했지만 의외로 크게 다른 부분은 많지 않습니다. 당연하지만 BEBOP과 비교해서 숫자들이 많이 큰 것을 빼고 말이죠. 팬텀 4 Pro 역시 CMOS 센서를 사용합니다.
1인치에 2000만 픽셀입니다.
한 장에 사진에 2000만개의 점을 사용하고 이 많은 점을 찍는데 1인치 크기의 센서가 사용됩니다. 2000만 픽셀로 찍을 수 있는 사진의 해상도는 이라면 A4용지의 4배인 A2크기의 사진까지 찍을 수 있습니다. 팬텀4 Pro라면 포스터 정도는 가볍게 만들 수 있을 듯합니다.
팬텀과 비교할 자는 팬텀뿐인지 안 그래도 큰 센서를 더 키웠습니다. 사진=http://www.dji.com/phantom-4-pro카메라는 빛을 렌즈로 모아서 필름에 그 빛을 남기는 장치입니다. 지금의 카메라는 필름 대신에 CMOS나 CCD 센서를 사용하죠. 필름도 마찬가지지만 빛을 기록하는 센서는 크면 클수록 더 섬세한 빛을 받을 수 있습니다. 모처럼 3일을 굶고 찾아간 뷔페식당에서 조그만 샐러드 접시를 선택하는 것 보다 드넓은 군용 식판을 선택하는 것이 다채로운 음식을 짧은 시간에 많이 담을 수 있는 것과 비슷합니다.
뛰어난 성능을 자랑하는 신제품 iPhone7이 1/3인치 크기의 센서를 사용하는 것을 생각하면 1인치 센서로 얼마나 섬세한 색상을 찍을 수 있을지 짐작이 갑니다.
찌그러지지 않는 사진을 위한 기계식 셔터
팬텀의 기계식 셔터. 무엇을 위한 것일까요? 사진=http://www.dji.com/phantom-4-pro팬텀 4 Pro 카메라는 특이하게도 기계식 셔터가 장착 되어 있습니다. 셔터는 사진이 찍히는 순간만 빛을 감지하도록 하는 장치입니다. 하지만 필름이 아닌 CMOS나 CCD에서는 꼭 필요한 장치는 아닙니다. 그냥 센서가 받은 빛의 정보를 필요한 순간만 저장하면 그만이니까요.
그런데 팬텀 4 Pro는 일부러 그것도 1초에 2000번이나 닫았다 열었다 하는 셔터를 장착했습니다.
기계식 셔터가 가진 외곡 없는 화면. 이것을 보면 이 기계식 셔터는 필수인거 아닌가요. 사진=http://www.dji.com/phantom-4-pro기계식 셔터가 적용된 화면과 그렇지 않은 화면을 비교해 보면 이런 빠른 동작에 화면 왜곡을 잡기 위해 기계식 셔터라는 기술을 아낌없이 집어넣은 개발자의 야근이 느껴집니다.
사실 이런 화면 왜곡은 CMOS 센서가 가진 약점 때문입니다. CMOS의 특징은 센서가 받은 빛의 정보를 한꺼번에 저장한다고 말씀드렸는데 정확하게는 한 줄씩 한 줄씩 끝없이 저장하는 방법을 사용합니다. 그러니까 엄청나게 빠른 속도로 움직이는 물체를 찍는다면 한 줄을 받는 사이에 다음에 받는 줄은 옆으로 움직여 버리는 것이죠. 그것을 막기 위해 아예 기계적인 방법을 동원해서 한 줄씩 받지 않고 한꺼번에 화면을 받는 것을 선택한 것 같습니다.
그런데 사실은 CCD 센서는 CMOS와 달리 한 화면을 모아서 보내줍니다. 그러니까 저 왜곡된 가로등은 CCD 센서에서는 나타나지 않는 현상인 거죠. CCD 센서를 사용한다면 기계식 셔터를 사용하지 않아도 되지 않았을까 하는 의문도 잠깐 들었지만 CCD가 아닌 CMOS를 선택해야 했던 나름의 이유가 있었겠죠.
얼마나 빛에 민감한가? ISO12,800
ISO는 카메라에서 사용되던 용어 입니다. 좋은 카메라 일수록 작은 빛도 놓치지 않아야 하기 때문에 렌즈를 어떻게 하면 투명하게 만들지 고민을 했습니다. 그래서 F1.4 렌즈 같이 맑고 투명한 렌즈를 만들었지만 너무 공들이다 보니 가격 비싸지는 것은 어쩔 수 없었습니다.
좀 저렴한 렌즈를 쓰더라도 빛을 받는 센서가 아주 민감하면 어떨까요.
물론 투명하고 순결한 렌즈 보다야 떨어지겠지만 센서는 대량으로 만들 수 있으니까 렌즈를 하나하나 깎는 것 보다 저렴합니다.
ISO100은 표준 필름이 빛을 감지할 수 있는 정도를 의미합니다. 이보다 더 많은 빛을 받을 수 있는 필름을 ISO200이라고 하죠. iPhone7의 카메라는 ISO를 1600까지 설정할 수 있습니다. 그러니까 팬텀4 Pro의 ISO12,800은 올빼미 눈 같은 성능을 의미합니다.
이 높은 ISO는 아주 작은 빛에도 민감하게 반응하기 때문에 아무리 빨리 움직이는 물체도 선명하게 찍을 수 있다는 의미입니다. 빨리 움직이는 물체의 빛은 금방 사라지기 때문이죠. 팬텀4 Pro가 초당 14장의 사진을 빠르게 찍을 수 있는 이유가 짐작이 갑니다.
물론 높은 ISO는 어두운 야간 촬영에도 유용합니다. 그런데 일몰 후에는 비행이 금지인 우리나라에서 이 뛰어난 기능은 언제 쓸 수 있을지 모르겠네요.
광각렌즈와 어안렌즈?
광각렌즈는 어안렌즈의 또 다른 말입니다. 어안렌즈는 물고기눈이라는 좀 과장된 느낌을 가지고 있지만 광각렌즈는 넓은 각도를 볼 수 있다는 뜻에서 느낌이 좀 다를 뿐이지요. 뜻밖에 F2.8로 BEBOP의 F2.3보다 좀 더 어두운 렌즈가 사용되었습니다.
하지만 팬텀4 Pro의 카메라는 모두 8개 렌즈가 들어 있습니다. 카메라 모듈에 들어가는 렌즈가 보통 3~4개 정도인 것을 생각하면 F2.8이 더 나쁘다고 말하기 어렵습니다. 그런데 뭐하러 렌즈를 8개나 넣었냐고요. 여러 가지 이유가 있지만 렌즈가 많을수록 찍은 사진의 왜곡이 적기 때문입니다.
그밖에도 H264보다 2배나 더 작은 용량으로 동영상을 압축할 수 있는 H265도 지원합니다. (뭐든 숫자가 높을수록 좋은 것입니다.) 이렇게 영상을 작게 압축하려면 더 강력한 컴퓨터가 필요합니다. 이렇게 고해상도의 영상을 장시간 찍으려면 일반적인 방법으로는 저장하기 힘들지 않았나 싶네요.
드론의 카메라는 계속 진화합니다.
여기까지 공부를 하고 나니 이제 어떤 드론 카메라를 만나도 두려움이 없을 듯합니다. 이제부터는 새로운 드론이 더욱 강력한 카메라를 장착하고 우리의 앞을 막아서서 지갑을 달라고 하더라도 어떤 카메라인지 어떤 기능인지 알고 당당히 지갑을 빼앗길 수 있습니다.
하늘은 지금까지 우리에게는 흔한 환경이 아니었습니다. 그래서 새로운 환경에서 사용되는 드론의 카메라는 계속 진화할 것입니다. 그리고 이 진화는 이건 또 뭔 소리인가 싶을 기술을 탄생 시키겠지요. 아직 설명하지 못한 기술이 많이 남았지만 새로운 기술은 계속 발전할 테니 그때 다시 못 다한 기술의 속사정으로 살펴보아야 겠습니다. 그러니 그때까지 엉뚱한 스펙에 지갑을 빼앗기지 마세요. 가성비 희번뜩이는 제품이 등장하면 드론스타팅이 함께 할 테니까요.
* 촬영용 드론의 카메라에 대해 알아봤으니, 다음은 레이싱 드론의 카메라겠죠?
WRITER 민연기/드론스타팅 필진
하늘을 나는 물건을 하나씩 공부하고 있는 엔지니어 입니다.
http://blog.naver.com/smoke2000
