카메라의 원리 6 - 셔터스피드

카메라가 빛의 양을 조절하는 방법 3가지 중 ISO, 조리개를 이야기 하였고, 가장 마지막인 셔터스피드에 대하여 알아볼 차례이다.

셔터스피드(shutter speed)는 말 그대로 셔터가 열리고 닫히는 시간을 말한다.

 

  1. 셔터스피드와 카메라의 구조

셔터는 필름 카메라 시절에는 필름 바로 앞에, 그리고 디지털 카메라 시대인 지금에는 CMOS나 CCD의 센서 앞에 자리하여, 센서가 외부 빛을 받거나 막을 때 사용하는 장치이다.

<DSLR의 구조(출처 : https://www.ephotozine.com/article/this-cutaway-diagram-shows-the-inside-of-a-dslr-30546)>

위의 그림에서 6번이 센서, 5번은 적외선 필터(이 녀석의 역할은 후술)이고 7번이 셔터, 11번은 반사거울이다.

 

외부에서 들어오는 빛은 11번인 반사거울과 7번인 셔터에 의해 막혀있다. 5번은 단순히 적외선 필터이다. 적외선 파장만 차단하는 도구이기 때문에, 적외선 파장을 제외한 다른 파장은 모두 통과함으로 여기서는 없다고 생각해도 무방하다.

 

11번 반사거울은 반투과 형태로, 엄밀히 말하면 빛을 100%차단하는 목적이 아니고, 뷰파인더로 대상을 보기 위한 목적으로 설치되어있다. 빛을 완전히 차단하는 역할은 셔터막이 하고 있다.

 

셔터를 누르는 순간 11번의 거울과 셔터막이 열리면서 센서에 빛이 들어오고, 설정한 시간만큼 셔터가 열려있는 뒤, 다시 반사거울이 내려오고 셔터는 닫힌다. 

 

<DSLR의 개략적 구조(출처 : 위키피디아)>

더 개략적인 위 그림을 보면, 2번이 반사거울, 3번이 셔터막, 4번이 센서인데, 셔터를 누르는 순간 2번에 있는 반사거울이 5번 위치로 올라오고, 동시에 3번의 셔터막이 열리며, 4번의 센서로 빛이 들어오게 된다.

  2. 셔터막의 구조

셔터 스피드는 바로 센서가 빛에 노출되는 시간, 다시말해 셔터가 열리고 닫히는데 걸리는 시간을 의미한다.

예를들어 셔터스피드를 1초로 설정하면 셔터가 1초동안 열리고 닫히게 된다. 1/125초로 하면 1/125초동안 셔터가 열리고 닫히는 셈이다.

셔터는 마치 블라인드 커튼처럼 가로로 여러장이 포개어져 위아래로 움직이도록 설계되어있다.

<셔터(출처 : https://steemit.com/photography/@fran2k/buying-an-used-dslr-how-to-determine-shutter-count-of-several-eos-cameras)>

집에 DSLR이 있으면 어렵지 않게 셔터를 육안으로 볼 수 있는데, 바디에서 렌즈를 빼면 거울이 보인다. 이것이 흔히들 미러라고 부르는 부품이고, 미러를 손으로 살짝 들어올려보면 시커먼 셔터가 눈에 보인다.

<미러를 올리기 전(본인의 카메라입니다)>

<미러를 올려 셔터막을 노출시킴>

카메라가 망가질것이 염려된다면 궂이 해보지 않아도 된다.

 

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  3. 셔터의 작동 원리

셔터가 열리고 닫힌다는건, 저 블라인드 같은 셔터막이 위로 올라가거나 아래로 내려갔다가 다시 원래자리로 돌아오는것을 말한다. 그런데 여기서 문제가 생긴다. 1초나 0.5초, 0.1초 처럼 비교적 긴 시간 셔터가 열리는건 큰 문제가 안되는데 1/1000초, 1/8000초같은 시간, 굳이 이렇게 작은 시간일 필요도 없다. 1/100초 정도만 해도 셔터가 저렇게 짧은 시간안에 열리고 닫히는건 거의 불가능하다. 

 

이를 해결하기 위해 셔터막을 2개를 두었다. 센서쪽에 있는 셔터막을 선막(front curtain), 렌즈방향의 셔터막을 후막(rear curtain)이라고 한다. 셔터를 누르면,

 1) 후막이 올라가고

 2) 선막이 내려간다. 여기서 센서가 완전히 노출된다.

 3) 다시 후막이 내려오고. 여기서 센서가 차단된다.

 4) 선막이 올라온다.

 

아래 그림을 보자

<선막과 후막이 열고 닫히는 과정(출처 : https://www.adolfo.trinca.name/wordpress/index.php/2009/03/06/lotturatore/)>

저런 방식으로 셔터를 열고 닫는다. 위의 예시는 셔터스피드가 느린 경우이다. 하지만 셔터스피드가 빠르다면? 후막이 올라가고 선막이 내려가면서 동시에 올라갔던 후막이 내려오면서 센서를 차단한다. 그럼 피사체는 아래 그림과 같이 노출되는 결과를 보인다.

<빠른 셔터스피드에서 셔터의 작동원리 ( 출처 : https://www.bhphotovideo.com/explora/amp/photography/tips-and-solutions/understanding-exposure-part-3-shutter-speed)>

피사체가 센서에 노출되는 저 틈은 당연히 셔터스피드가 느릴수록 넓어진다.

<노출시간(셔터스피드)에 따른 셔터막 움직임의 차이(출처 : https://giphy.com/gifs/back-to-basics-13uYa6r6Kmh3sk)>

보통 천체촬영용 CCD의 경우 노출시간을 0.01초 미만으로 줄 일은 없다. 애당초 장노출 하지 않으면 안찍히는 별이기 때문이다. 이런 경우 셔터막이 궂이 2개일 필요가 전혀 없다. 심지어 천체사진용 CCD는 셔터막이 위아래로 움직이지 않고 회전하는 형태이다.(지난 포스팅 참조)

카메라의 원리2 - CCD와 CMOS의 색 구현방법

  4. 셔터스피드의 활용

1) 단순한 노출 조정

<셔터스피드에 따른 노출 정도>

 

촬영정보 : Canon 5D mark 4 // canon 24-70 F/2.8 IS II // M mode

 

  위 그림은 ISO와 조리개는 변경하지 않은채로 셔터스피드를 1/20, 1/40, 1/80, 1/160초로 점차 빠르게 하며 촬영한 것이다. 셔터스피드가 빠를수록 빛이 조금들어오기 때문에, 당연히 어두워진다.

 2) 피사체의 궤적

  셔터스피드를 느리게 하면 피사체가 움직이는 궤적이 반영된다.

1/500초에서는 매우 빠른 셔터스피드로, 움직이는 피사체가 선명하게 촬영된다. 하지만 셔터스피드가 느려질 수록 피사체의 궤적이 남는다. 아래 사진도 마찬가지.

 

  이런 원리를 활용하면, 사진작가들이 계곡이나 바다에서 물의 움직임을 궤적에 담아 좀 더 극적인 장면을 연출할 수 있다.

  아래 그림은 가리왕산 계곡에서 촬영한 사진이다. 셔터스피드가 빠를때에는 물입자 하나하나가 선명하게 보이지만, 셔터스피드를 1/3초로 느리게 하면 물 입자가 흐르는 궤적이 나타난다. 셔터스피드에 변화를 주는만큼, 적정노출을 맞추기 위해서는 F/수나 ISO의 수치를 변경해야만 한다.

 

촬영정보

Canon 60D // Canon 17-55mm F/2.8 // M mode

<셔터스피드에 따른 계곡물의 촬영 결과 차이(촬영 : 가리왕산)>

<셔터스피드를 느리게 하여 촬영한 가리왕산의 계곡(Canon 60D, F/13, 1/2sec, ISO 100>

이와 유사한 원리로 일주운동 사진촬영도 한다. 물론 일주운동은 여러장의 사진을 합성하여 촬영하기 때문에 이와 완전히 같지는 않지만, 기본적인 원리는 유사하다.

<남쪽방향 일주>

 3) 패닝샷

<패닝샷(panning shot(출처 : 위키피디아)>

 

셔터스피드를 이용하면, 위 사진과 같이 빠르게 달리는 피사체를 좀더 극적으로 연출할 수 있다. 설령 피사체가 느리게 움직인다 하더라도 패닝샷 방법을 이용해 촬영하면 엄청 빨라보인다. 

 

**촬영방법**

1) 셔터스피드를 가급적 느리게 한다.(1/10초 정도 수준이나 정답은 없고, 촬영 결과물에 따라 조정하세요.)

2) M모드로 촬영한다면, 적정노출을 맞추기 위해 ISO를 낮추고 조리개를 조인다. 때문에 셔터스피드 우선인 Tv모드로 촬영하면 편하다. Tv모드로 촬영하면 셔터스피드만 조절하면 되고 나머지는 카메라가 알아서 맞춰준다.

3) 드라이브 모드를 연사로 놓고

4) 만약 동체 추적 기능이 있는 카메라라면, 초점 모드를 AI SERVO 등과 같이 피사체와의 거리를 추적할 수 있는 모드로 이용하면, 초점이 맞는 사진을 더 많이 건질 수 있다.

5) 이제 피사체가 움직이는 속도와 맞추어 카메라를 움직이며 연사로 촬영한다. 

 

이렇게 하면 비록 빠르지 않아도 엄청나게 빠른것과 같은 효과를 보인다. 아래 사진은 필자가 체육대회때 촬영한 사진. (아이들의 초상권이 있으니 얼굴은 가립니다..ㅎㅎㅎ)

 

<체육대회에서 패닝샷으로 촬영한 사진>

패닝샷으로 촬영하지 않고 그냥 셔터스피드를 빠르게 하여 피사체의 움직임이 선명하게 나타나도록 한다면?

<비교를 위해 패닝샷이 아닌 일반 촬영>

 

패닝샷으로 촬영한것과 비교하였을 때 훨씬 밋밋하고 재미없는 사진이 나온다.

 

패닝샷은 느린 셔터스피드로, 셔터가 열려있는 동안도 피사체를 따라 카메라가 움직이기 때문에 주변 배경만 움직이고 피사체는 선명하게 나오도록 촬영하는것이 어렵다. 또한 계속 움직이는 피사체를 찍다보니 선명하게 초점이 잡히기도 어렵다. 때문에 드라이브모드를 연사로 두고 여러장을 촬영해야 좋은 사진을 몇 장 건질 수 있고, 많은 연습이 필요하다.

 

이 밖에도 셔터스피드를 이용해 다양한 연출을 할 수 있다. 셔터스피드, ISO, 조리개를 이용해 나만의 독특한 장면을 연출해 보자. 다음 번에는 화이트 밸런스(white balance)에 대하여 알아볼 계획이다.

 

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