필름 사진과 디지털사진의 원리

블로그에 글을 쓰면서 사진에 대한 관심이 늘고 있습니다. 아직 사진을 잘 찍는 수준이 아니라 휴대폰으로 찍고 있지만 기능이 많은 카메라를 사용해서 근사한 사진을 찍고 싶은 욕심도 있습니다.

카메라로 사진을 찍는 과정에도 많은 과학 원리가 있습니다. 카메라 렌즈를 통해 들어온 빛이 다시 상을 만듭니다. 상을 저장하는 방법에 따라 카메라를 나누어 보았습니다.

필름 카메라

요즘은 사용하지 않지만 아이들 어릴 때는 사진을 찍어 현상하고 인화해서 사진첩에 끼워 넣고 설명을 적곤 했습니다.

1. 감광

렌즈를 통해 들어온 빛이 상을 맺는 위치에 생필름이 오도록 합니다. 생필름은 할로겐화은이 포함된 감광제가 발려 있어서 빛을 받으면 잠상이 생깁니다.

2. 현상

잠상의 빛을 받은 할로겐화은은 알칼리성의 현상액과 반응해서 검은 금속 은으로 됩니다. 현상액에 담궈 놓는 시간이 길수록 금속은으로 많이 환원해서 더 어두워집니다.

3. 고정

현상된 필름을 묽은 산성의 고정액(정착액)에 담그면 더 이상 반응이 일어나지 않습니다. 빛에 감광되지 않고 남아있던 은입자도 떨어져 나가게 되어 투명해 집니다.

빛을 많이 받은 부분은 어둡고 불투명하게 되고 빛을 받지 못한 부분은 투명하게 됩니다. 실제 밝고 어두운 물체가 반전되어 나타나는 필름으로 만들어집니다.

4. 인화

인화지 표면에 필름과 유사한 감광제가 발려 있습니다. 필름을 투영기에 놓고 빛을 쪼이면 투명한 부분에 빛이 많이 통과해서 어두운 부분이 되는 사진이 됩니다.

즉석(폴라로이드) 카메라

즉석필름에 RGB(red,green,blue) 각각의 감광 층이 묻어 있습니다. 빛이 들어오면 각 층이 빛과 반응합니다. 즉석필름에는 인화액과 정착액이 함께 들어 있어서 다른 필름에 비해 두툼합니다. 감광된 필름이 카메라 밖으로 나오면서 카메라에 달려있는 롤러가 인화액과 정착액을 눌러서 터지게 합니다. 감광된 물질과 반응하면서 상이 나타나게 됩니다.

디지털 카메라

카메라의 구조는 필름 카메라와 동일합니다. 필름이 있어야 할 곳에 CCD(charge-coupled device, 전하 결합 소자)가 있습니다. 전하결합소자는 광다이오드를 여러 개 배열해서 만든 소자입니다.

CCD (출처 : Wikimedia Commons)

LED등에서 본 것처럼 전기에너지를 빛으로 만드는 발광다이오드와 반대의 기능을 가진 것이 광다이오드입니다. 다이오드의 접합 부분에 빛을 받으면 전류가 흐르게 만든 것입니다.

       2019/05/14 - [과학이야기/생활에서] - 전구의 종류와 원리

빛을 받는 정도에 따라 전류가 흐르게 되므로 각각의 광다이오드에서 전류가 다르게 나옵니다. 여러 개여 광 다이오드를 배열해서 만든 전하 결합 소자를 통해 빛을 전류 신호로 바꾼 뒤 사진으로 보여주는 것입니다.

광다이오드가 촘촘하게 있으면 사진이 선명해집니다. 하지만 너무 촘촘하면 옆 신호에도 반응해서 노이즈가 생겨 더 질 나쁜 영상을 얻을 수도 있다고 합니다.

엑스레이 필름으로 현상해서 사용하다가 요즘은 디지털 사진으로 반전된 상을 바로 보는데 여기서 사용하는 검출기도 같은 원리입니다.