준화님 반갑습니다.
이 주제는 저 역시 고민하고 있는 것인데 아직 그 답은 잘 모르겠습니다. 왜 그런지 이유를 모르는거지요. 그래서 그저께부터 ccd책을 읽고 있습니다. 읽다가 어제 우리 동호회 한분을 서울가는 길에 만났는데, ccd에 대해서 궁금증도 있고 사진도 찍고 싶은데, 현업이 바쁘다보니 살펴볼 틈이 없다고 말씀하셨습니다. 그래서 제가 읽는 책 내용을 요약해서 올려 같이 공유하면 좋겠다싶어 요약을 해서 틈틈이 올리려합니다.
요위의 글에서 준화님이 중간 수식은 생략하셨지만, 제가 가지고 있는 자료를 가지고 계산해보니 파장 588나노메터 기준으로 800mm 초점거리시 적정 구경은 127mm 정도가 나옵니다. 준화님이 120mm가 나온다 했으므로 인용한 식이 아마도 시감도 파장인 507나노메터가 아니고 광학적 기준인 d선의 파장 588나노메타 식을 적용하신 것같습니다.
여기서 구경 120mm, 초점거리 800mm를 선정하면 그 에어리디스크의 크기를 한픽셀이 그대로 받아준다는 것이 보통의 생각인데, 문제는 아닌 모양입니다. 저도 과거에 천문살롱에 계산식을 올릴 때 요모조모를 고민했는데, 알듯하면서도 모르고 있습니다.
제가 파악한 요지는 이렇습니다. 그 에어리디스크 크기를 한픽셀이 잡아주려면 ccd의 화소수가 무한대가 되어야되고 따라서 화소 크기는 제로가 되어야한다는 것입니다. 이건 구경에 관계가 없습니다. 렌즈가 작아도 같은 결과가 나옵니다.
이해가 안되고 궁금하게 생각해오고 있었습니다. 그러다 얼마전에 이혁기님이 올린 글에서 하나의 단서로 보이는 글이 올라왔습니다. 이혁기님의 글을 인용하면...
“디지털카메라는 고분해능 렌즈를 분해능이 높아진다.?
ccd카메라나 디카는 설계시부터 픽셀크기를 고려하여 분해능을 결정합니다. 그리고 그보다 높은 공간주파수는 잘라냅니다. 잘라내지 않으면 모아레가 형성되기때문에 체크무늬나 연속적인 무늬가 무지개빛으로 어른거리는 현상으로 보입니다. 이를 방지하기 위해서 OLPF라는 것을 사용해서 고주파공간주파수를 잘라냅니다. 따라서 광학계가 고유공간주파수보다 좋다고 분해능은 절대 증가하지 않습니다.“
여기에서 저는 ‘공간주파수’라는 용어를 잘 이해를 못하고 있습니다만 일전에 건호씨가 올린 ‘유용한 정보란’ 47번 ‘구면수차에 따른 MTF 곡선’의 그래프를 보면 가로축에 공간주파수(spatial frequency)가 나옵니다. 여기서 이 수치가 0에서 1까지 나타나고 있으므로 무슨 비율같습니다. 물론 ‘fraction of naximum spatial frequency'라고 되어 있으니 비율값이 나올 수도 있겠습니다.
이혁기님의 글을 보면 ccd에서도 나름대로 픽셀의 크기를 고려해서 ‘(ccd의)고유공간주파수’라는 것을 정의하는데 이것보다 높은 공간주파수가 렌즈를 통하여 들어오면 모아레가 형성되어 화질이 어른거리기 때문에 카메라의 전자회로에서 잘라낸다는 뜻으로 보여집니다. 혁기님의 마지막 문장을 보면 ccd에서도 나름대로 ‘분해능’을 정의하는 것같습니다. 광학계(망원경)가 아주 좋아 ccd의 고유공간주파수(고유해상도?=분해능)보다 높게 들어오면 오히려 ‘어른거림(공진?)’ 비슷한 것이 일어나버린다는거지요. 즉 ccd에 따라서 렌즈를 잘 조합해야 효율적인 설계가 되는 것이고, 우리 천체 망원경 입장에서는 싸구려 ccd에 고급망원경 장착해봐야 소기의 성능은 내기 힘들다는 뜻으로 보았습니다. ‘공간주파수’가 ‘해상도’와는 어떤 관계가 있는지는 모르지만 그 관계는 밀접하다고 보여집니다.
그런데 통상적으로 렌즈의 분해능각도(이건 에어리디스크와 같은 의미입니다)은 F수 5이하에서는 현시판품의 CCD의 픽셀사이즈보다 작습니다. 일반 카메라의 경우는 초점 거리가 짧으므로 더 작을겁니다. 그러므로 렌즈의 분해능각(에어리디스크 크기)이 항상 CCD의 픽셀사이즈보다 작습니다. 이럴 경우는 렌즈에서 분해능에 가까운 해상도가 들어와봐야 모아레나 생기고 악영향만 끼치므로 이런 고해상도 영역은 의도적으로 잘라낸다는 이야기로 보입니다.
이 이야기는 제 요지와 비슷합니다. 그 렌즈의 분해능의 최대(고유) 해상도를 CCD가 커버하려면 CCD화소는 무한대가 되어야한다는 이야기이지요. 바꾸어 말하면 렌즈의 에어리디스크 크기만큼 픽셀을 줄인다하더라도 ccd는 그것을 받아들일 수 없다는 이야기입니다. 점광원이 두 픽셀에 걸치는 경우는 ccd의 개구율만 높다면 이론적으로 해결될 수 있는 것인데, 문제는 이보다 더 앞선 근본적인 문제가 있는 것같습니다.
물론 이 원리는 렌즈 구경이 크던 작던 상관이 없다는 이야기입니다. 카메라 렌즈이던 망원경 렌즈이던 같이 적용이 됩니다.
이런 뜻으로 저는 같은 비용이면 ‘작은 망원경+고급 ccd' 구매패턴이 좋다고 죽 이야기한 것입니다.
따라서 요위의 픽셀 에어리디스크와 ccd 픽셀의 관계는 다시 한번 검토함이 바람직하다고 생각합니다. 저도 물론 왜 그런지는 아직 잘 모르겠습니다.
그리고 제가 과거 천문살롱에서 계산시는 RGB 세픽셀을 한 픽셀로 보고 계산했습니다. 이 계산 결과 현재의 SLR디지털카메라가 필름 카메라보다 해상도면에서 못할 이유가 없다고 결론을 내렸습니다. 그러나 이것도 정확치 않는 것인데 그렇게 계산했던 이유가 요위의 사정때문이었습니다.
앞으로 한번 검토해봐야 될 사항이고 좋은 의견 개진이라 보여집니다.
이 주제는 저 역시 고민하고 있는 것인데 아직 그 답은 잘 모르겠습니다. 왜 그런지 이유를 모르는거지요. 그래서 그저께부터 ccd책을 읽고 있습니다. 읽다가 어제 우리 동호회 한분을 서울가는 길에 만났는데, ccd에 대해서 궁금증도 있고 사진도 찍고 싶은데, 현업이 바쁘다보니 살펴볼 틈이 없다고 말씀하셨습니다. 그래서 제가 읽는 책 내용을 요약해서 올려 같이 공유하면 좋겠다싶어 요약을 해서 틈틈이 올리려합니다.
요위의 글에서 준화님이 중간 수식은 생략하셨지만, 제가 가지고 있는 자료를 가지고 계산해보니 파장 588나노메터 기준으로 800mm 초점거리시 적정 구경은 127mm 정도가 나옵니다. 준화님이 120mm가 나온다 했으므로 인용한 식이 아마도 시감도 파장인 507나노메터가 아니고 광학적 기준인 d선의 파장 588나노메타 식을 적용하신 것같습니다.
여기서 구경 120mm, 초점거리 800mm를 선정하면 그 에어리디스크의 크기를 한픽셀이 그대로 받아준다는 것이 보통의 생각인데, 문제는 아닌 모양입니다. 저도 과거에 천문살롱에 계산식을 올릴 때 요모조모를 고민했는데, 알듯하면서도 모르고 있습니다.
제가 파악한 요지는 이렇습니다. 그 에어리디스크 크기를 한픽셀이 잡아주려면 ccd의 화소수가 무한대가 되어야되고 따라서 화소 크기는 제로가 되어야한다는 것입니다. 이건 구경에 관계가 없습니다. 렌즈가 작아도 같은 결과가 나옵니다.
이해가 안되고 궁금하게 생각해오고 있었습니다. 그러다 얼마전에 이혁기님이 올린 글에서 하나의 단서로 보이는 글이 올라왔습니다. 이혁기님의 글을 인용하면...
“디지털카메라는 고분해능 렌즈를 분해능이 높아진다.?
ccd카메라나 디카는 설계시부터 픽셀크기를 고려하여 분해능을 결정합니다. 그리고 그보다 높은 공간주파수는 잘라냅니다. 잘라내지 않으면 모아레가 형성되기때문에 체크무늬나 연속적인 무늬가 무지개빛으로 어른거리는 현상으로 보입니다. 이를 방지하기 위해서 OLPF라는 것을 사용해서 고주파공간주파수를 잘라냅니다. 따라서 광학계가 고유공간주파수보다 좋다고 분해능은 절대 증가하지 않습니다.“
여기에서 저는 ‘공간주파수’라는 용어를 잘 이해를 못하고 있습니다만 일전에 건호씨가 올린 ‘유용한 정보란’ 47번 ‘구면수차에 따른 MTF 곡선’의 그래프를 보면 가로축에 공간주파수(spatial frequency)가 나옵니다. 여기서 이 수치가 0에서 1까지 나타나고 있으므로 무슨 비율같습니다. 물론 ‘fraction of naximum spatial frequency'라고 되어 있으니 비율값이 나올 수도 있겠습니다.
이혁기님의 글을 보면 ccd에서도 나름대로 픽셀의 크기를 고려해서 ‘(ccd의)고유공간주파수’라는 것을 정의하는데 이것보다 높은 공간주파수가 렌즈를 통하여 들어오면 모아레가 형성되어 화질이 어른거리기 때문에 카메라의 전자회로에서 잘라낸다는 뜻으로 보여집니다. 혁기님의 마지막 문장을 보면 ccd에서도 나름대로 ‘분해능’을 정의하는 것같습니다. 광학계(망원경)가 아주 좋아 ccd의 고유공간주파수(고유해상도?=분해능)보다 높게 들어오면 오히려 ‘어른거림(공진?)’ 비슷한 것이 일어나버린다는거지요. 즉 ccd에 따라서 렌즈를 잘 조합해야 효율적인 설계가 되는 것이고, 우리 천체 망원경 입장에서는 싸구려 ccd에 고급망원경 장착해봐야 소기의 성능은 내기 힘들다는 뜻으로 보았습니다. ‘공간주파수’가 ‘해상도’와는 어떤 관계가 있는지는 모르지만 그 관계는 밀접하다고 보여집니다.
그런데 통상적으로 렌즈의 분해능각도(이건 에어리디스크와 같은 의미입니다)은 F수 5이하에서는 현시판품의 CCD의 픽셀사이즈보다 작습니다. 일반 카메라의 경우는 초점 거리가 짧으므로 더 작을겁니다. 그러므로 렌즈의 분해능각(에어리디스크 크기)이 항상 CCD의 픽셀사이즈보다 작습니다. 이럴 경우는 렌즈에서 분해능에 가까운 해상도가 들어와봐야 모아레나 생기고 악영향만 끼치므로 이런 고해상도 영역은 의도적으로 잘라낸다는 이야기로 보입니다.
이 이야기는 제 요지와 비슷합니다. 그 렌즈의 분해능의 최대(고유) 해상도를 CCD가 커버하려면 CCD화소는 무한대가 되어야한다는 이야기이지요. 바꾸어 말하면 렌즈의 에어리디스크 크기만큼 픽셀을 줄인다하더라도 ccd는 그것을 받아들일 수 없다는 이야기입니다. 점광원이 두 픽셀에 걸치는 경우는 ccd의 개구율만 높다면 이론적으로 해결될 수 있는 것인데, 문제는 이보다 더 앞선 근본적인 문제가 있는 것같습니다.
물론 이 원리는 렌즈 구경이 크던 작던 상관이 없다는 이야기입니다. 카메라 렌즈이던 망원경 렌즈이던 같이 적용이 됩니다.
이런 뜻으로 저는 같은 비용이면 ‘작은 망원경+고급 ccd' 구매패턴이 좋다고 죽 이야기한 것입니다.
따라서 요위의 픽셀 에어리디스크와 ccd 픽셀의 관계는 다시 한번 검토함이 바람직하다고 생각합니다. 저도 물론 왜 그런지는 아직 잘 모르겠습니다.
그리고 제가 과거 천문살롱에서 계산시는 RGB 세픽셀을 한 픽셀로 보고 계산했습니다. 이 계산 결과 현재의 SLR디지털카메라가 필름 카메라보다 해상도면에서 못할 이유가 없다고 결론을 내렸습니다. 그러나 이것도 정확치 않는 것인데 그렇게 계산했던 이유가 요위의 사정때문이었습니다.
앞으로 한번 검토해봐야 될 사항이고 좋은 의견 개진이라 보여집니다.
냉각 CCD 입문 1
ccd 센서의 화소크기와 망원경의 F 수와의 관계
