영상 흔들림 방지
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1. 개요
영상 흔들림 방지는 사진 및 동영상 촬영 시 발생하는 카메라의 흔들림을 줄여주는 기술이다. 사진에서는 셔터 속도를 늦춰 저조도 환경에서 선명한 사진을 얻도록 돕고, 동영상에서는 화면 흔들림을 보정하여 시청 편의성을 높인다. 기술적으로는 광학식(OIS)과 전자식(EIS) 방식이 있으며, 광학식은 렌즈나 이미지 센서를 움직여 빛의 경로를 변경하고, 전자식은 이미지 센서의 일부 영역을 사용하여 흔들림을 보정한다. 추가적으로, 카메라 외부 장치인 리그나 짐벌을 사용하여 카메라 자체를 안정화할 수도 있다.
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| 영상 흔들림 방지 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 비안정화 렌즈 기반 광학 안정화 센서 시프트 광학 안정화 디지털 또는 전자 안정화 |
| 광학 이미지 안정화 (OIS) | |
| 작동 원리 | OIS 시스템은 자이로스코프와 같은 모션 센서를 사용하여 카메라의 움직임을 감지하고, 렌즈 또는 이미지 센서의 위치를 조정하여 진동을 보정한다. |
| 렌즈 기반 OIS | 렌즈 내부에 특수하게 설계된 렌즈 요소를 사용하여 카메라의 움직임에 반대 방향으로 움직여 이미지 안정화를 구현한다. |
| 센서 시프트 OIS | 이미지 센서 자체를 움직여 이미지 안정화를 구현한다. 바디 내장 이미지 안정화 (IBIS)라고도 한다. |
| 디지털 이미지 안정화 (DIS) | |
| 작동 원리 | DIS는 이미지 센서에서 더 넓은 영역을 사용하여 이미지를 캡처하고, 카메라의 움직임에 따라 이미지의 경계를 이동시켜 이미지 안정화를 구현한다. |
| 특징 | 광학 이미지 안정화에 비해 화질 저하가 발생할 수 있다. 비디오 녹화에 주로 사용된다. |
| 기타 | |
| 활용 분야 | 사진 비디오 촬영 망원경 쌍안경 |
2. 사진에서의 적용
스틸 카메라에서 영상 흔들림 방지(손떨림 방지) 기술은 셔터 속도를 약 2~5.5 스톱 정도 더 느리게(노출을 4~배 더 길게)하여 저조도 환경에서 더 많은 빛을 받아들여 선명한 사진을 촬영할 수 있게 돕는다.[3] 그러나 이 기술은 촬영자의 불안정한 자세로 인한 흔들림을 보정하는 것이 주 목적이며, 피사체의 움직임은 보정할 수 없다.[50] 따라서, 흔들림 없는 촬영을 위해서는 삼각대나 모노포드 등을 사용하는 것이 여전히 중요하다.
동영상 촬영에서 손떨림은 카메라의 불필요한 흔들림을 의미한다. 시청 시 화면 전체가 흔들려 불쾌한 영상이 되기 때문에 손떨림 보정 기구가 사용된다. 특히 망원 촬영에서 손떨림이 두드러지게 나타난다. 정지 화상 촬영과 마찬가지로, 카메라를 잡는 방법을 개선하거나 삼각대를 사용하여 손떨림을 줄일 수 있다. 스프링이나 자이로를 사용하는 스테디캠이 영화 촬영이나 스포츠 중계 등에서 사용되기도 한다. ENG에서 사용되는 비디오 카메라는 어깨에 얹는 방식인데, 이러한 유지 스타일은 불필요한 흔들림을 줄이는 데 기여한다.
손떨림 보정에는 물리적으로 광축을 조정하는 광학식과, 디지털 카메라 등에서는 수광 소자로부터 받은 이미지 데이터에 계산을 하여 보정을 가해 기록하는 전자식이 존재한다.
손으로 들고 촬영할 때 카메라 흔들림으로 인한 눈에 띄는 블러 없이 가능한 가장 느린 셔터 속도를 결정하는 경험 법칙은 렌즈의 35 mm 환산 초점 거리의 크롭 팩터의 역수를 취하는 것이다. 이를 "1/mm 규칙"이라고도 한다.[2] 예를 들어, 35 mm 카메라에서 125 mm 초점 거리에서는 셔터 속도가 초보다 느리면 진동이나 카메라 흔들림이 선명도에 영향을 미칠 수 있다. 영상 흔들림 방지 기능을 통해 2~4.5 스톱 더 느린 셔터 속도를 사용할 수 있으므로, 일반 렌즈로 초 속도로 촬영한 이미지를 해당 기능이 장착된 렌즈로 또는 초로 촬영해도 거의 동일한 품질을 얻을 수 있다.[3]
유효 초점 거리를 계산할 때는 카메라가 사용하는 이미지 형식을 고려하는 것이 중요하다. 예를 들어, 많은 디지털 SLR 카메라는 35 mm 필름 프레임의 , , 또는 크기의 이미지 센서를 사용한다. 즉, 35 mm 프레임은 디지털 센서의 1.5, 1.6 또는 2배 크기이다. 후자의 값을 크롭 팩터, 시야 크롭 팩터, 초점 거리 배율 또는 형식 팩터라고 한다. 예를 들어, 2× 크롭 팩터 카메라에서 50 mm 렌즈는 35 mm 필름 카메라에서 사용된 100 mm 렌즈와 동일한 시야를 생성하며, 일반적으로 초로 손으로 들고 촬영할 수 있다.
하지만 이미지 안정화는 피사체의 움직임이나 카메라의 극심한 움직임으로 인한 모션 블러를 방지하지 ''않는다''. 이미지 안정화는 손으로 들고 촬영할 때 렌즈의 정상적이고 미세한 흔들림으로 인한 블러를 줄이도록 설계되었으며, 이를 수행할 수 있다. 일부 렌즈와 카메라 본체에는 보조 패닝 모드 또는 보다 강력한 '액티브 모드'가 포함되어 있다.
3. 동영상 촬영
4. 기술
=== 광학적 영상 흔들림 방지 (OIS) ===
광학적 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS)는 빛의 경로를 변화시켜 움직임을 보정한다. 렌즈나 이미지 센서를 움직이는 기계식 보정이라고도 한다.
렌즈 내에 보정 광학계를 설치한 것을 '''렌즈 시프트 방식'''('''렌즈 내 손떨림 보정 기구'''), 이미지 센서를 이동시키는 것을 '''센서 시프트 방식'''('''바디 내 손떨림 보정 기구''', In-Body Image Stabilization, IBIS영어)이라고 부른다.[43]
전자식 손떨림 보정보다 화질 열화가 적다는 장점이 있다. 어느 방식이나 렌즈나 이미지 센서의 구동계를 통합할 필요가 있기 때문에 소형 카메라에는 적합하다고는 말하기 어려웠지만, 시스템 소형화가 진행되어 스마트폰에서도 노키아(Nokia)가 2012년에 출시한 Lumia 920에 처음 탑재되었고, 애플(Apple)이 2015년에 출시한 iPhone 6 Plus 등과 같이, 광학식 손떨림 보정을 내장한 기종이 등장하고 있다.
사진 렌즈 내부에 진동 자이로 기구를 갖춘 보정 렌즈를 조합하여 흔들림을 상쇄하는 방향으로 보정 렌즈를 움직임으로써 광축을 보정한다. 수광면(필름이나 이미지 센서)에 도달하는 빛의 움직임을 억제하여 손떨림을 줄일 수 있다. 캐논의 IS(Image Stabilizer) 방식, 니콘의 VR(Vibration Reduction) 방식(COOLPIX S700 등 일부 기종 제외), 소니의 OSS(Optical Steady Shot) 방식(사이버 샷 및 α E마운트), 파나소닉의 MEGA OIS 방식, 시그마의 OS(Optical Stabilizer) 방식, 탐론의 VC(Vibration Compensation) 방식 등이 이 방식을 사용하고 있다.
필름 카메라도 손떨림 보정 효과를 얻을 수 있으며, 일안 리플렉스 카메라의 광학식 뷰파인더에서 이미지 흔들림이 보정되어 촬영이 용이하며, 렌즈마다 보정 기구를 최적화하여 높은 보정 효과를 기대할 수 있다. 반면, 보정용 렌즈 및 구동계를 조합해야 하므로 광학계 설계에 제약이 생겨 렌즈가 커지고 무거워지며, 렌즈 교환식에서는 렌즈마다 보정 기구를 갖추고 있어 총 비용이 높아지며, 원리적으로 광축을 축으로 한 회전 흔들림을 보정할 수 없다는 단점이 있다.
파나소닉은 1988년에 민생용으로는 세계 최초로 광학식 손떨림 보정 기구를 탑재한 S-VHS 풀 카세트 비디오 카메라 "PV-460"(북미향 품번, 국내에는 이듬해 1989년에 NV-M900으로 출시)을 세상에 내놓았지만, 렌즈 경통 전체를 움직여서 필연적으로 대형화되어 소형화를 위해 전자식으로 전환할 수밖에 없었다(전자식으로 "블렌비 NV-S1"을 히트시켰다). 그러나, 전자식 시스템상의 한계 및 화질 향상을 위해 다시 광학식 개발을 진행하여, 1999년에 더욱 콤팩트해진 광학식 손떨림 보정 기구를 탑재한 디지털 비디오 카메라 "NV-DS9"을 출시했고, 이 기술이 그 후 파나소닉산 디지털 카메라에도 사용되었다.
니콘은 1994년에 광학식 손떨림 보정 방식을 채용한 세계 최초의 35mm 콤팩트 카메라 "니콘 줌 700VRQD"를 출시했다.[47]
일안 리플렉스 카메라용 렌즈에서는 1995년에 출시된 캐논의 EF75-300mm F4-5.6 IS USM이 최초가 된다.
콤팩트 디지털 카메라에서는, 올림푸스가 2000년 8월에 CAMEDIA C-2100 UltraZoom에 캐논산 손떨림 보정 기구를 탑재했다. 캐논도 이에 이어 PowerShot Pro90 IS를 출시했다. 2003년에 파나소닉이 소형 콤팩트 디지털 카메라 "DMC-FX1"과 "DMC-FX5"에 동급 최초로 손떨림 보정 기구를 탑재한 이후, 2005년에는 소니가, 2006년에는 니콘과 캐논이, 모두 소형 콤팩트 디지털 카메라 등에서, 더욱 소형화된 보정 렌즈가 조합된 것을 판매하고 있다. 일반적으로 보정 기구가 커지기 때문에, 렌즈 자체가 커지고 고가였지만, 현재는 극복되어, 소형 콤팩트 디지털 카메라에도 탑재되고 있다.
진동 자이로 기구로 흔들림을 감지하여, CCD 등의 이미지 센서(촬상 소자)를 흔들림에 따라 이동시켜 광축을 정확하게 맞추는 방식이다.
당시 미놀타(현 코니카 미놀타)가 Anti-Shake 방식으로, 2003년에 출시한 "DiMAGE A1"에 처음 탑재했다. 이후 리코가 2005년에 출시한 "캡리오 R3"에, 또한 펜탁스가 2006년에 출시한 "Optio A10"에는 SR (Shake Reduction) 방식이라는 명칭으로, 올림푸스도 "μ750"으로, 2007년에는 후지필름이 "FinePix F50fd/Z100fd/S8000fd"로, 니콘이 "COOLPIX S700"에 VR 방식으로, 모두 거의 동일한 시스템을 탑재했다.
디지털 일안 반사식 카메라에서는 코니카 미놀타가 "α-7 Digital"에 Anti-Shake 방식의 기구를 탑재, 소니가 코니카 미놀타로부터 개발/판매를 계승한 α A마운트에서는, 명칭이 Anti-Shake에서 Super Steady Shot으로 변경되었으며, 2008년 이후에는 렌즈 시프트 방식과의 구분을 위해, Super를 떼어내 Steady Shot으로 변경되었다. 펜탁스도 "K100D/K10D"에 SR 방식의 보정 기구를 내장한 외, 올림푸스도 "E-510"에 "IS (IMAGE STABILIZATION)"를 내장하고 있다.
카메라 본체에 보정 기구를 내장함으로써, 렌즈 자체에 보정 렌즈를 내장할 필요가 없어, 일안 반사식 카메라 등 렌즈 교환식 카메라에서는 기존 렌즈로 그대로 흔들림 보정 기능을 이용할 수 있다. EVF나 라이브 뷰 기능이라면, 릴리즈 전부터 손떨림 보정 효과를 미리 볼 수 있다. 원리적으로는 세로, 가로, 회전의 3축 보정이 가능하다는 장점이 있다. 이 센서를 시프트하는 기구를 응용하여 자동 수평 보정이나 구도 미세 조정 기능, GPS 유닛과 조합한 천체 추적 촬영 기능, 1 픽셀 미만의 미세 진동으로 로 패스 필터와 동등한 효과를 얻는 기능(이상은 펜탁스의 센서 시프트 기구에 의한 응용 기능), 1 픽셀 단위의 작동과 전자 셔터의 병용에 의한 복수 매 촬영과 이미지 합성을 통한 고해상도 · 고화질의 이미지를 생성하는 기능(펜탁스의 리얼 레졸루션 시스템 및 올림푸스의 하이 레졸루션 샷), 이미지 센서를 미세 진동시켜 먼지를 털어내는 "먼지 제거 기구" 등을 갖춘 기종도 있다.
광학식 뷰파인더의 경우 뷰파인더 내에서 흔들림 보정 효과를 확인할 수 없는 점, 모든 렌즈에서 최고의 효과를 얻기 위해서는 렌즈마다 최적값이 다른 구동 패턴을 데이터로 바디에 준비해 둘 필요가 있는 점(데이터가 없는 렌즈에서는 잠정값으로 제어되어 보정 효과가 저하됨)이 렌즈 시프트 방식에 비해 불리하다. 또한, 기구상 센서의 방열 구조에 여유가 없기 때문에 장시간의 동영상 촬영에 적합하지 않아, 한여름 뙤약볕 등에서는 수분 정도면 카메라의 동작이 멈추는 경우가 있다. 디지털 왜곡 보정을 이용하는 것을 전제로 설계된 왜곡 수차가 큰 렌즈를 사용한 경우에는 중앙부와 외주부에서 상의 이동량이 다르기 때문에 일부만 최적의 효과를 얻을 수 없다. 또한, 초망원 렌즈에서 충분한 보정 효과를 얻기 위해서는, 원리적으로 센서의 가동 범위를 크게 할 필요가 있기 때문에, 시판품의 카메라에서는 보정 기구의 효과를 실용적인 범위 내의 초점 거리에 한정하는 경우가 있다.
=== 렌즈/바디 결합형 ===
올림푸스가 "5축 싱크 손떨림 보정", 파나소닉이 "Dual I.S."로 각각 일부 카메라 본체와 렌즈에 탑재한 기구로, 대응하는 본체와 렌즈로 렌즈 내의 보정 기구와 바디 내의 보정 기구를 협조시킴으로써 보다 강력한 손떨림 보정을 가능하게 한다.[48][49] 올림푸스는 최대 7.5스탑 분의 보정이 가능하다고 한다.
=== 각 사의 명칭 ===회사 명칭 발매 년도 파나소닉 EIS
Mega O.I.S1988년
1999년니콘 Vibration Reduction(VR) 1994년 캐논 Image Stabilizer(IS) 1995년 시그마 Optical Stabilizer(OS) 2006년 탐론 Vibration Compensation 2007년 소니 Steadyshot -
=== 바리앵글 프리즘 방식 ===
렌즈와 동일한 굴절률을 가진 액체를 2장의 렌즈로 감싸고, 뱀의 배처럼 움직여 촬상체로의 투영을 보정하는 방식이며[44], 이는 프리즘 효과에 의한 색 분해가 나오지 않는 한계의 방식이었다. 1992년에 캐논과 소니가 공동 개발하여, 가정용 비디오 카메라로는 소니가 1992년에 핸디캠 CCD-TR900에 이를 탑재했다.[45] 캐논은 같은 해 VL 마운트 비디오 렌즈 「T10G-RF」[46]를, 1994년에는 비디오 카메라 「무비 보이 E1」을 발매했다. 그리고 1995년에는 캐논제 쌍안경에도 동일한 기구가 탑재되었다.
=== 렌즈 유닛 스윙 방식 ===
진동 자이로 센서로 손떨림을 감지하여, 이미지 센서(촬상 소자)를 포함한 렌즈 유닛 전체를 손떨림에 따라 미세하게 회전시켜 촬영 광축을 일정하게 유지하는 방식이다.
다른 손떨림 보정 방식, 즉 이미지 센서와 피사체 상의 위치 관계를 보정하는 방식과는 보정 원리가 다르며, 사용자의 손에 의해 카메라 외장에 가해지는 손떨림 진동을 렌즈 유닛까지 전달하지 않도록 하는, 소위 면진 시스템의 일종이다. 이미지 센서와 일체화된 렌즈 유닛 전체를 카메라 내부에서 손떨림에 역행하는 방향으로 미세하게 회전시키므로, 이미지 센서까지 포함한 광학계 전체의 요소 위치 관계를 무너뜨리지 않고 손떨림 보정을 할 수 있다. 원리적으로 단순한 방식이기 때문에, 다른 방식과 같은 특수한 전용 광학 설계나 영상 처리 회로 등을 필요로 하지 않으며, 손떨림 보정에 따른 노이즈 강조, 화소 수 손실, 광학 수차 열화 대책 등의 설계적인 여러 문제와도 무관하다. 그러나, 렌즈 유닛이 대형인 경우에는 기구의 대형화나 소비 전력 증가 등의 문제가 크며, 렌즈 유닛의 일부가 외부에 돌출되어 있는 제품에는 적용하기 어렵다는 사용상의 제약이 있기 때문에, 일안 리플렉스 타입이나 렌즈 유닛 돌출 타입 등의 카메라 형태에는 적합하지 않다.
1989년 6월에 파나소닉이 민생용으로 처음으로 손떨림 보정 기구 (EIS = Electric Image Stabilizer)를 내장한 S-VHS 풀 카세트 비디오 카메라 NV-M900을 출시했다. 이 카메라에서는 촬영시의 패닝에 대응하여, 수직 방향만 보정을 수행하는 기능도 함께 갖추고 있다. 2005년에는 코니카 미놀타가 콤팩트 디지털 카메라용 신형 Anti-Shake 기능인 렌즈 유닛 스윙식 손떨림 보정을 채용한 DiMAGE X1을 출시했다. 2012년에 소니가 공간 광학 손떨림 보정 기능으로 HDR-CX720V와 HDR-PJ760V 비디오 카메라에 채용했다.
=== 전자식 영상 흔들림 방지 (EIS) ===
전자식 영상 흔들림 방지(Electronic Image Stabilizer, EIS)는 이미지 센서의 일부 영역만을 사용하여 흔들림을 보정하는 방식이다.[28] 주로 가정용 캠코더에 사용되며, CCD 또는 CMOS 이미지 센서의 전체 촬상면 중 일부(약 80~90%)만 사용하고 나머지 영역은 흔들림 보정을 위한 공백으로 설정한다. 움직임이 발생하면 움직임의 반대 방향으로 공백 부분의 이미지 센서가 빛을 받아들여 영상을 보정한다. 이 방식은 해상도가 저하될 수 있다는 단점이 있다. 예를 들어, 800x600 해상도의 CCD에서 흔들림 보정 기술을 적용하면 약 10% 정도의 해상도가 줄어들 수 있다.[28]
실시간 디지털 이미지 안정화는 전자식 이미지 안정화(EIS)라고도 불리며, 이미지 센서에서 읽어들인 잘라낸 영역을 이동시켜 움직임에 대응한다. 보이는 프레임 외부의 이미지 센서 영역이 손 움직임에 대한 완충 역할을 하기 때문에 시야가 약간 좁아진다.[28] 이 기술은 프레임 간 전환을 매끄럽게 하여 영상의 진동을 줄여준다. 그러나 기존의 모션 블러는 보정할 수 없으며, 어두운 장면에서는 프레임당 노출 시간이 길어져 이미지가 초점을 잃는 것처럼 보일 수 있다.[29]
일부 스틸 카메라 제조사는 고감도 모드를 사용하면서 디지털 이미지 안정화 기능을 갖춘 것처럼 판매하기도 한다. 이는 모션 블러는 줄여주지만 노이즈가 많은 사진을 만든다.[29] 디지털 신호 처리(DSP)를 사용하여 스틸 사진의 블러를 줄이는 방법도 있다. 예를 들어, 노출을 여러 개의 짧은 노출로 분할하고, 블러된 노출을 버리고, 가장 선명한 하위 노출을 다시 정렬하여 합산하는 방식이다.[30][31]
많은 영상 비선형 편집 시스템은 영상 내 픽셀의 움직임을 추적하고 프레임을 이동시켜 영상을 보정하는 필터를 사용한다.[32][33] 유튜브와 같은 온라인 서비스도 영상 안정화 기능을 제공한다.[35]
디지털 카메라나 디지털 비디오 카메라에는 촬영 가능 영역을 좁혀 촬영 시 버퍼 메모리에 이미지를 읽어 들이고, 이미지들을 비교하여 이동량을 연산, 촬영 가능 영역을 자동으로 이동시켜 촬영하고 기록하는 방식이 탑재된다. 이미지 센서의 능력을 완전히 발휘할 수 없고, 동영상에는 효과적이지만 정지화면에는 유효하지 않다는 단점이 있다. 정지화면용 전자식 손떨림 보정에는 촬영 후 이미지를 가공하여 흔들림을 적게 보이게 하는 방식도 있으며, 이미지 열화를 초래할 수 있다. 영상 편집 소프트웨어 중에는 이미 촬영된 동영상의 주변부를 잘라 확대하여 손떨림 보정을 수행하는 기능을 가진 것도 있다. 다만 흔들림이 큰 장면에서는 젤리 현상이라는 영상 왜곡 문제가 발생하기 쉽다.
파나소닉은 1990년 6월 전자식 손떨림 보정 "퍼지 자이로"를 채용한 S-VHS-C 비디오 카메라 NV-S1을 출시했다. 휴대 전화의 정지화면 디지털식 손떨림 보정 기술은 NEC의 N902i에 처음 탑재되었다. 휴대 전화용 정지화면 보정 기술의 대표적인 예로는 주식회사 몰포가 개발한 PhotoSolid가 있다. 펜탁스 MX-1처럼 광학식 손떨림 보정과 전자식 이미지 보정을 병용하는 카메라도 출시되고 있다.
=== 외장형 손떨림 보정 ===
카메라 본체 및 렌즈 조합에 어떠한 추가 기능도 필요로 하지 않는 기술은 내부 방식 대신 전체 카메라 본체를 외부에서 안정화하는 것으로 구성된다. 이는 일반적으로 카메라의 내장 삼각대 마운트를 사용하여 자이로스코프를 카메라 본체에 부착함으로써 달성된다. 이를 통해 외부 자이로(짐벌)가 카메라를 안정화시키며, 일반적으로 다른 유형의 이미지 안정화를 제공하는 렌즈나 카메라를 사용할 수 없을 때, 움직이는 차량에서의 사진 촬영에 사용된다.[37]
2015년경 이후 움직이는 카메라를 안정화하는 일반적인 방법은 안정화된 원격 카메라 헤드와 같은 카메라 안정 장치를 사용하는 것이다. 카메라와 렌즈는 원격 제어 카메라 홀더에 장착되며, 이 홀더는 레일 시스템, 케이블, 자동차 또는 헬리콥터 등 움직이는 모든 것에 장착된다. 실시간 방송되는 TV 카메라의 움직임을 안정화하는 데 사용되는 원격 안정화 헤드의 예로는 뉴턴 안정화 헤드가 있다.[38]
비디오 또는 영화 카메라 본체를 안정화하는 또 다른 기술은 스테디캠 시스템으로, 하네스와 추를 가진 카메라 붐을 사용하여 카메라를 촬영자 신체로부터 분리한다.[39]
접사 촬영에서 회전 센서를 사용하여 방향 변화를 보정하는 것은 불충분해진다. 물체에 대해 밀리미터 크기의 세부 사항을 해상하려는 경우, 카메라를 위/아래 또는 왼쪽/오른쪽으로 밀리미터의 작은 부분만큼 움직이는 것이 기울이는 것보다 더 눈에 띄게 된다. 카메라의 선형 가속도계는 렌즈 초점 거리 및 초점 거리와 같은 정보와 결합되어 회전 흔들림뿐만 아니라 선형 흔들림을 보상하기 위해 센서 또는 광학 장치를 움직이는 드라이브에 2차 보정을 공급할 수 있다.[40]
카메라 외부에 장착하여, 손으로 들고 촬영할 때의 흔들림을 감소시키는 장치류에는 '''리그'''(리그/Rig영어)와 짐벌 등이 있다.
=== 리그 ===
'''리그'''(리그/Rig영어)는 카메라 전용 "틀"이다. 카메라를 촬영자의 어깨에 지지하는 등 안정적으로 촬영할 수 있게 되어, 흔들림을 대폭 줄여준다.[53]
=== 짐벌 ===
자이로스코프나 야지로베의 원리를 이용한 스테빌라이저이다. 장착된 카메라의 수평을 유지해주기 때문에, 이동 촬영 시 흔들림이나 블러를 감소시킬 수 있다.
2015년에는 DJI에서 3축 짐벌 영상 안정화 기술을 채용한 일체형 카메라가 처음 출시되었다. 이후, 스마트폰이나 GoPro 등을 장착하여 정지 화상 및 동영상 촬영 시 흔들림을 억제하는 짐벌 제품이 중국 기업을 중심으로 다수 판매되었다. 디지털 카메라, 미러리스 카메라와 같은 무게가 있는 카메라를 탑재할 수 있는 타입의 제품도 있다.
4. 1. 광학적 영상 흔들림 방지 (OIS)
광학적 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS)는 빛의 경로를 변화시켜 움직임을 보정한다. 렌즈나 이미지 센서를 움직이는 기계식 보정이라고도 한다.
렌즈 내에 보정 광학계를 설치한 것을 '''렌즈 시프트 방식'''('''렌즈 내 손떨림 보정 기구'''), 이미지 센서를 이동시키는 것을 '''센서 시프트 방식'''('''바디 내 손떨림 보정 기구''', )이라고 부른다.[43]
전자식 손떨림 보정보다 화질 열화가 적다는 장점이 있다. 어느 방식이나 렌즈나 이미지 센서의 구동계를 통합할 필요가 있기 때문에 소형 카메라에는 적합하다고는 말하기 어려웠지만, 시스템 소형화가 진행되어 스마트폰에서도 노키아(Nokia)가 2012년에 출시한 Lumia 920에 처음 탑재되었고, 애플(Apple)이 2015년에 출시한 iPhone 6 Plus 등과 같이, 광학식 손떨림 보정을 내장한 기종이 등장하고 있다.
사진 렌즈 내부에 진동 자이로 기구를 갖춘 보정 렌즈를 조합하여 흔들림을 상쇄하는 방향으로 보정 렌즈를 움직임으로써 광축을 보정한다. 수광면(필름이나 이미지 센서)에 도달하는 빛의 움직임을 억제하여 손떨림을 줄일 수 있다. 캐논의 IS(Image Stabilizer) 방식, 니콘의 VR(Vibration Reduction) 방식(COOLPIX S700 등 일부 기종 제외), 소니의 OSS(Optical Steady Shot) 방식(사이버 샷 및 α E마운트), 파나소닉의 MEGA OIS 방식, 시그마의 OS(Optical Stabilizer) 방식, 탐론의 VC(Vibration Compensation) 방식 등이 이 방식을 사용하고 있다.
필름 카메라도 손떨림 보정 효과를 얻을 수 있으며, 일안 리플렉스 카메라의 광학식 뷰파인더에서 이미지 흔들림이 보정되어 촬영이 용이하며, 렌즈마다 보정 기구를 최적화하여 높은 보정 효과를 기대할 수 있다. 반면, 보정용 렌즈 및 구동계를 조합해야 하므로 광학계 설계에 제약이 생겨 렌즈가 커지고 무거워지며, 렌즈 교환식에서는 렌즈마다 보정 기구를 갖추고 있어 총 비용이 높아지며, 원리적으로 광축을 축으로 한 회전 흔들림을 보정할 수 없다는 단점이 있다.
파나소닉은 1988년에 민생용으로는 세계 최초로 광학식 손떨림 보정 기구를 탑재한 S-VHS 풀 카세트 비디오 카메라 "PV-460"(북미향 품번, 국내에는 이듬해 1989년에 NV-M900으로 출시)을 세상에 내놓았지만, 렌즈 경통 전체를 움직여서 필연적으로 대형화되어 소형화를 위해 전자식으로 전환할 수밖에 없었다(전자식으로 "블렌비 NV-S1"을 히트시켰다). 그러나, 전자식 시스템상의 한계 및 화질 향상을 위해 다시 광학식 개발을 진행하여, 1999년에 더욱 콤팩트해진 광학식 손떨림 보정 기구를 탑재한 디지털 비디오 카메라 "NV-DS9"을 출시했고, 이 기술이 그 후 파나소닉산 디지털 카메라에도 사용되었다.
니콘은 1994년에 광학식 손떨림 보정 방식을 채용한 세계 최초의 35mm 콤팩트 카메라 "니콘 줌 700VRQD"를 출시했다.[47]
일안 리플렉스 카메라용 렌즈에서는 1995년에 출시된 캐논의 EF75-300mm F4-5.6 IS USM이 최초가 된다.
콤팩트 디지털 카메라에서는, 올림푸스가 2000년 8월에 CAMEDIA C-2100 UltraZoom에 캐논산 손떨림 보정 기구를 탑재했다. 캐논도 이에 이어 PowerShot Pro90 IS를 출시했다. 2003년에 파나소닉이 소형 콤팩트 디지털 카메라 "DMC-FX1"과 "DMC-FX5"에 동급 최초로 손떨림 보정 기구를 탑재한 이후, 2005년에는 소니가, 2006년에는 니콘과 캐논이, 모두 소형 콤팩트 디지털 카메라 등에서, 더욱 소형화된 보정 렌즈가 조합된 것을 판매하고 있다. 일반적으로 보정 기구가 커지기 때문에, 렌즈 자체가 커지고 고가였지만, 현재는 극복되어, 소형 콤팩트 디지털 카메라에도 탑재되고 있다.
진동 자이로 기구로 흔들림을 감지하여, CCD 등의 이미지 센서(촬상 소자)를 흔들림에 따라 이동시켜 광축을 정확하게 맞추는 방식이다.
당시 미놀타(현 코니카 미놀타)가 Anti-Shake 방식으로, 2003년에 출시한 "DiMAGE A1"에 처음 탑재했다. 이후 리코가 2005년에 출시한 "캡리오 R3"에, 또한 펜탁스가 2006년에 출시한 "Optio A10"에는 SR (Shake Reduction) 방식이라는 명칭으로, 올림푸스도 "μ750"으로, 2007년에는 후지필름이 "FinePix F50fd/Z100fd/S8000fd"로, 니콘이 "COOLPIX S700"에 VR 방식으로, 모두 거의 동일한 시스템을 탑재했다.
디지털 일안 반사식 카메라에서는 코니카 미놀타가 "α-7 Digital"에 Anti-Shake 방식의 기구를 탑재, 소니가 코니카 미놀타로부터 개발/판매를 계승한 α A마운트에서는, 명칭이 Anti-Shake에서 Super Steady Shot으로 변경되었으며, 2008년 이후에는 렌즈 시프트 방식과의 구분을 위해, Super를 떼어내 Steady Shot으로 변경되었다. 펜탁스도 "K100D/K10D"에 SR 방식의 보정 기구를 내장한 외, 올림푸스도 "E-510"에 "IS (IMAGE STABILIZATION)"를 내장하고 있다.
카메라 본체에 보정 기구를 내장함으로써, 렌즈 자체에 보정 렌즈를 내장할 필요가 없어, 일안 반사식 카메라 등 렌즈 교환식 카메라에서는 기존 렌즈로 그대로 흔들림 보정 기능을 이용할 수 있다. 라이브 뷰 기능이나 EVF라면, 릴리즈 전부터 손떨림 보정 효과를 미리 볼 수 있다. 원리적으로는 세로, 가로, 회전의 3축 보정이 가능하다는 장점이 있다. 이 센서를 시프트하는 기구를 응용하여 자동 수평 보정이나 구도 미세 조정 기능, GPS 유닛과 조합한 천체 추적 촬영 기능, 1 픽셀 미만의 미세 진동으로 로 패스 필터와 동등한 효과를 얻는 기능(이상은 펜탁스의 센서 시프트 기구에 의한 응용 기능), 1 픽셀 단위의 작동과 전자 셔터의 병용에 의한 복수 매 촬영과 이미지 합성을 통한 고해상도 · 고화질의 이미지를 생성하는 기능(펜탁스의 리얼 레졸루션 시스템 및 올림푸스의 하이 레졸루션 샷), 이미지 센서를 미세 진동시켜 먼지를 털어내는 "먼지 제거 기구" 등을 갖춘 기종도 있다.
광학식 뷰파인더의 경우 뷰파인더 내에서 흔들림 보정 효과를 확인할 수 없는 점, 모든 렌즈에서 최고의 효과를 얻기 위해서는 렌즈마다 최적값이 다른 구동 패턴을 데이터로 바디에 준비해 둘 필요가 있는 점(데이터가 없는 렌즈에서는 잠정값으로 제어되어 보정 효과가 저하됨)이 렌즈 시프트 방식에 비해 불리하다. 또한, 기구상 센서의 방열 구조에 여유가 없기 때문에 장시간의 동영상 촬영에 적합하지 않아, 한여름 뙤약볕 등에서는 수분 정도면 카메라의 동작이 멈추는 경우가 있다. 디지털 왜곡 보정을 이용하는 것을 전제로 설계된 왜곡 수차가 큰 렌즈를 사용한 경우에는 중앙부와 외주부에서 상의 이동량이 다르기 때문에 일부만 최적의 효과를 얻을 수 없다. 또한, 초망원 렌즈에서 충분한 보정 효과를 얻기 위해서는, 원리적으로 센서의 가동 범위를 크게 할 필요가 있기 때문에, 시판품의 카메라에서는 보정 기구의 효과를 실용적인 범위 내의 초점 거리에 한정하는 경우가 있다.
=== 렌즈/바디 결합형 ===
올림푸스가 "5축 싱크 손떨림 보정", 파나소닉이 "Dual I.S."로 각각 일부 카메라 본체와 렌즈에 탑재한 기구로, 대응하는 본체와 렌즈로 렌즈 내의 보정 기구와 바디 내의 보정 기구를 협조시킴으로써 보다 강력한 손떨림 보정을 가능하게 한다.[48][49] 올림푸스는 최대 7.5스탑 분의 보정이 가능하다고 한다.
=== 각 사의 명칭 ===
| 회사 | 명칭 | 발매 년도 |
|---|---|---|
| 파나소닉 | EIS Mega O.I.S | 1988년 1999년 |
| 니콘 | Vibration Reduction(VR) | 1994년 |
| 캐논 | Image Stabilizer(IS) | 1995년 |
| 시그마 | Optical Stabilizer(OS) | 2006년 |
| 탐론 | Vibration Compensation | 2007년 |
| 소니 | Steadyshot | - |
4. 1. 1. 바리앵글 프리즘 방식
렌즈와 동일한 굴절률을 가진 액체를 2장의 렌즈로 감싸고, 뱀의 배처럼 움직여 촬상체로의 투영을 보정하는 방식이며[44], 이는 프리즘 효과에 의한 색 분해가 나오지 않는 한계의 방식이었다. 1992년에 캐논과 소니가 공동 개발하여, 가정용 비디오 카메라로는 소니가 1992년에 핸디캠 CCD-TR900에 이를 탑재했다[45]。캐논은 같은 해 VL 마운트 비디오 렌즈 「T10G-RF」[46]를, 1994년에는 비디오 카메라 「무비 보이 E1」을 발매했다. 그리고 1995년에는 캐논제 쌍안경에도 동일한 기구가 탑재되었다.4. 1. 2. 렌즈 유닛 스윙 방식
진동 자이로 센서로 손떨림을 감지하여, 이미지 센서(촬상 소자)를 포함한 렌즈 유닛 전체를 손떨림에 따라 미세하게 회전시켜 촬영 광축을 일정하게 유지하는 방식이다.다른 손떨림 보정 방식, 즉 이미지 센서와 피사체 상의 위치 관계를 보정하는 방식과는 보정 원리가 다르며, 사용자의 손에 의해 카메라 외장에 가해지는 손떨림 진동을 렌즈 유닛까지 전달하지 않도록 하는, 소위 면진 시스템의 일종이다. 이미지 센서와 일체화된 렌즈 유닛 전체를 카메라 내부에서 손떨림에 역행하는 방향으로 미세하게 회전시키므로, 이미지 센서까지 포함한 광학계 전체의 요소 위치 관계를 무너뜨리지 않고 손떨림 보정을 할 수 있다. 원리적으로 단순한 방식이기 때문에, 다른 방식과 같은 특수한 전용 광학 설계나 영상 처리 회로 등을 필요로 하지 않으며, 손떨림 보정에 따른 노이즈 강조, 화소 수 손실, 광학 수차 열화 대책 등의 설계적인 여러 문제와도 무관하다. 그러나, 렌즈 유닛이 대형인 경우에는 기구의 대형화나 소비 전력 증가 등의 문제가 크며, 렌즈 유닛의 일부가 외부에 돌출되어 있는 제품에는 적용하기 어렵다는 사용상의 제약이 있기 때문에, 일안 리플렉스 타입이나 렌즈 유닛 돌출 타입 등의 카메라 형태에는 적합하지 않다.
1989년 6월에 파나소닉이 민생용으로 처음으로 손떨림 보정 기구 (EIS = Electric Image Stabilizer)를 내장한 S-VHS 풀 카세트 비디오 카메라 NV-M900을 출시했다. 이 카메라에서는 촬영시의 패닝에 대응하여, 수직 방향만 보정을 수행하는 기능도 함께 갖추고 있다. 2005년에는 코니카 미놀타가 콤팩트 디지털 카메라용 신형 Anti-Shake 기능인 렌즈 유닛 스윙식 손떨림 보정을 채용한 DiMAGE X1을 출시했다. 2012년에 소니가 공간 광학 손떨림 보정 기능으로 HDR-CX720V와 HDR-PJ760V 비디오 카메라에 채용했다.
4. 2. 전자식 영상 흔들림 방지 (EIS)
전자식 영상 흔들림 방지(Electronic Image Stabilizer, EIS)는 이미지 센서의 일부 영역만을 사용하여 흔들림을 보정하는 방식이다.[28] 주로 가정용 캠코더에 사용되며, CCD 또는 CMOS 이미지 센서의 전체 촬상면 중 일부(약 80~90%)만 사용하고 나머지 영역은 흔들림 보정을 위한 공백으로 설정한다. 움직임이 발생하면 움직임의 반대 방향으로 공백 부분의 이미지 센서가 빛을 받아들여 영상을 보정한다. 이 방식은 해상도가 저하될 수 있다는 단점이 있다. 예를 들어, 800x600 해상도의 CCD에서 흔들림 보정 기술을 적용하면 약 10% 정도의 해상도가 줄어들 수 있다.[28]실시간 디지털 이미지 안정화는 전자식 이미지 안정화(EIS)라고도 불리며, 이미지 센서에서 읽어들인 잘라낸 영역을 이동시켜 움직임에 대응한다. 보이는 프레임 외부의 이미지 센서 영역이 손 움직임에 대한 완충 역할을 하기 때문에 시야가 약간 좁아진다.[28] 이 기술은 프레임 간 전환을 매끄럽게 하여 영상의 진동을 줄여준다. 그러나 기존의 모션 블러는 보정할 수 없으며, 어두운 장면에서는 프레임당 노출 시간이 길어져 이미지가 초점을 잃는 것처럼 보일 수 있다.[29]
일부 스틸 카메라 제조사는 고감도 모드를 사용하면서 디지털 이미지 안정화 기능을 갖춘 것처럼 판매하기도 한다. 이는 모션 블러는 줄여주지만 노이즈가 많은 사진을 만든다.[29] 디지털 신호 처리(DSP)를 사용하여 스틸 사진의 블러를 줄이는 방법도 있다. 예를 들어, 노출을 여러 개의 짧은 노출로 분할하고, 블러된 노출을 버리고, 가장 선명한 하위 노출을 다시 정렬하여 합산하는 방식이다.[30][31]
많은 영상 비선형 편집 시스템은 영상 내 픽셀의 움직임을 추적하고 프레임을 이동시켜 영상을 보정하는 필터를 사용한다.[32][33] 유튜브와 같은 온라인 서비스도 영상 안정화 기능을 제공한다.[35]
디지털 카메라나 디지털 비디오 카메라에는 촬영 가능 영역을 좁혀 촬영 시 버퍼 메모리에 이미지를 읽어 들이고, 이미지들을 비교하여 이동량을 연산, 촬영 가능 영역을 자동으로 이동시켜 촬영하고 기록하는 방식이 탑재된다. 이미지 센서의 능력을 완전히 발휘할 수 없고, 동영상에는 효과적이지만 정지화면에는 유효하지 않다는 단점이 있다. 정지화면용 전자식 손떨림 보정에는 촬영 후 이미지를 가공하여 흔들림을 적게 보이게 하는 방식도 있으며, 이미지 열화를 초래할 수 있다. 영상 편집 소프트웨어 중에는 이미 촬영된 동영상의 주변부를 잘라 확대하여 손떨림 보정을 수행하는 기능을 가진 것도 있다. 다만 흔들림이 큰 장면에서는 젤리 현상이라는 영상 왜곡 문제가 발생하기 쉽다.
파나소닉은 1990년 6월 전자식 손떨림 보정 "퍼지 자이로"를 채용한 S-VHS-C 비디오 카메라 NV-S1을 출시했다. 휴대 전화의 정지화면 디지털식 손떨림 보정 기술은 NEC의 N902i에 처음 탑재되었다. 휴대 전화용 정지화면 보정 기술의 대표적인 예로는 주식회사 몰포가 개발한 PhotoSolid가 있다. 펜탁스 MX-1처럼 광학식 손떨림 보정과 전자식 이미지 보정을 병용하는 카메라도 출시되고 있다.
4. 3. 외장형 손떨림 보정
카메라 본체 및 렌즈 조합에 어떠한 추가 기능도 필요로 하지 않는 기술은 내부 방식 대신 전체 카메라 본체를 외부에서 안정화하는 것으로 구성된다. 이는 일반적으로 카메라의 내장 삼각대 마운트를 사용하여 자이로스코프를 카메라 본체에 부착함으로써 달성된다. 이를 통해 외부 자이로(짐벌)가 카메라를 안정화시키며, 일반적으로 다른 유형의 이미지 안정화를 제공하는 렌즈나 카메라를 사용할 수 없을 때, 움직이는 차량에서의 사진 촬영에 사용된다.[37]
2015년경 이후 움직이는 카메라를 안정화하는 일반적인 방법은 안정화된 원격 카메라 헤드와 같은 카메라 안정 장치를 사용하는 것이다. 카메라와 렌즈는 원격 제어 카메라 홀더에 장착되며, 이 홀더는 레일 시스템, 케이블, 자동차 또는 헬리콥터 등 움직이는 모든 것에 장착된다. 실시간 방송되는 TV 카메라의 움직임을 안정화하는 데 사용되는 원격 안정화 헤드의 예로는 뉴턴 안정화 헤드가 있다.[38]
비디오 또는 영화 카메라 본체를 안정화하는 또 다른 기술은 스테디캠 시스템으로, 하네스와 추를 가진 카메라 붐을 사용하여 카메라를 촬영자 신체로부터 분리한다.[39]
카메라 안정 장치는 카메라를 외부적으로 안정시키는 모든 장치 또는 물체를 말한다. 이는 스테디캠, 삼각대, 카메라 운영자의 손 또는 이들의 조합을 의미할 수 있다.
접사 촬영에서 회전 센서를 사용하여 방향 변화를 보정하는 것은 불충분해진다. 물체에 대해 밀리미터 크기의 세부 사항을 해상하려는 경우, 카메라를 위/아래 또는 왼쪽/오른쪽으로 밀리미터의 작은 부분만큼 움직이는 것이 기울이는 것보다 더 눈에 띄게 된다. 카메라의 선형 가속도계는 렌즈 초점 거리 및 초점 거리와 같은 정보와 결합되어 회전 흔들림뿐만 아니라 선형 흔들림을 보상하기 위해 센서 또는 광학 장치를 움직이는 드라이브에 2차 보정을 공급할 수 있다.[40]
카메라 외부에 장착하여, 손으로 들고 촬영할 때의 흔들림을 감소시키는 장치류에는 '''리그'''(리그/Rig영어)와 짐벌 등이 있다. 리그는 카메라 전용 "틀"로, 카메라를 촬영자의 어깨에 지지하는 등 안정적으로 촬영할 수 있게 되어 흔들림을 대폭 줄여준다.[53] 짐벌은 자이로스코프나 야지로베의 원리를 이용한 스테빌라이저이다. 장착된 카메라의 수평을 유지해주기 때문에, 이동 촬영 시 흔들림이나 블러를 감소시킬 수 있다.
2015년에는 DJI에서 3축 짐벌 영상 안정화 기술을 채용한 일체형 카메라가 처음 출시되었다. 이후, 스마트폰이나 GoPro 등을 장착하여 정지 화상 및 동영상 촬영 시 흔들림을 억제하는 짐벌 제품이 중국 기업을 중심으로 다수 판매되었다. 디지털 카메라, 미러리스 카메라와 같은 무게가 있는 카메라를 탑재할 수 있는 타입의 제품도 있다.
4. 3. 1. 리그
'''리그'''(리그/Rig영어)는 카메라 전용 "틀"이다. 카메라를 촬영자의 어깨에 지지하는 등 안정적으로 촬영할 수 있게 되어, 흔들림을 대폭 줄여준다.[53]4. 3. 2. 짐벌
자이로스코프나 야지로베의 원리를 이용한 스테빌라이저이다. 장착된 카메라의 수평을 유지해주기 때문에, 이동 촬영 시 흔들림이나 블러를 감소시킬 수 있다.2015년에는 DJI에서 3축 짐벌 영상 안정화 기술을 채용한 일체형 카메라가 처음 출시되었다. 이후, 스마트폰이나 GoPro 등을 장착하여 정지 화상 및 동영상 촬영 시 흔들림을 억제하는 짐벌 제품이 중국 기업을 중심으로 다수 판매되었다. 디지털 카메라, 미러리스 카메라와 같은 무게가 있는 카메라를 탑재할 수 있는 타입의 제품도 있다.
5. 쌍안경
쌍안경에서는 손 떨림으로 인해 체감적인 해상도 저하나 피로감이 증가하는 문제가 발생한다. 기술적으로는 카메라의 광학식 손떨림 보정 기구와 유사하며, 국내 제조사 중에서는 캐논이 스틸 카메라 기술을 응용한 제품을 출시하고 있다.
6. 생체 눈의 흔들림 보정
많은 동물과 인간은 내이를 통해 머리 회전을 감지하고, 이에 따라 눈을 움직여 이미지를 안정화한다.[41] 내이는 카메라 이미지 안정화 시스템의 가속도계와 유사하게 작동하며, 머리 회전이 감지되면 한쪽 눈바깥근육에는 억제 신호가, 반대쪽에는 흥분 신호가 전달되어 눈의 보상적인 움직임을 유발한다.[41] 일반적으로 눈의 움직임은 머리 움직임보다 10ms 미만으로 늦게 나타난다.[41]
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AV wacth（인프레스）
2016-10-12
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