[Computer Vision] Aperture(조리개), DoF(심도)

1. Aperture(조리개)

렌즈가 열려있는 직경을 말한다. 조리개를 닫아서 들어오는 빛의 양을 줄이고 렌즈의 상대적인 크기를 줄이고, 

조리개를 열어서 들어오는 빛의 양을 늘리고 렌즈의 상대적인 크기를 늘릴 수 있다. 

focal length와 분수 표현으로 표시하는데, 예를 들어

f/2.0, f/2.8, ..., f/32 mm 이런 식으로 표시한다. 이때 분모에 있는 숫자를 f-number라고 한다.

f-number가 한 단계 커질수록 조리개(직경)가 1/sqrt(2) (sqrt는 루트라는 뜻) 만큼 감소하고, 총 렌즈 면적이 1/2만큼 감소한다.

또한 식에서 볼 수 있듯이 조리개(직경)는 focal length에 비례한다.

 

focal length가 무엇인지 모른다면 참고!
https://colorful-palette.tistory.com/36

렌즈의 면적은 이렇게 표시할 수 있다. 이때 N은 f-number다.

 

 

2. DoF(Depth of Field, 심도)

물체를 중심으로 거리가 차이났을때 앞 뒤로 움직여도 초점이 유지되는 거리를 말한다. 

즉, DoF가 클수록(깊을수록) 초점에서 멀리있는 물체도 선명하게 보이고, DoF가 작을수록(얕을수록) 초점에서 멀리 있는 물체는 흐리게 보인다(아웃포커스를 생각하면 된다.)

 

f의 차이에 따른 DoF의 변화다. f가 클 수록 A ccd에 맺히는 B의 상이 더 초점에 맞지 않는 것을 볼 수 있다.  

→ DoF가 얕아졌다

 

다른 파라미터와 DoF의 특징

- 초점거리가 클수록 DoF는 얕아진다.

- 물체의 거리 D가 멀수록 DoF는 깊어진다

 

 

렌즈의 크기에 따른 DoF

왼쪽은 조리개를 열어 상대적인 렌즈의 크기가 커졌고, 오른쪽은 조리개를 작게 닫아 상대적인 렌즈 크기가 작아졌다.

렌즈가 크면 DoF가 작고(얕고), 렌즈가 작으면 DoF가 크다(깊다). 

따라서 렌즈가 큰 전문가 카메라로 물체를 촬영하면 가운데 인물은 선명하고, 배경은 흐릿한 아웃포커스 기능이 가능해지는 것을 볼 수 있다.

 

 

 

3. Exposure(노출)

빛이 들어오는 노출양은 다음에 의해 정해진다

-  Aperture(조리개) 정도, 빛이 들어오는 크기 정하기

- Shutter speed (셔터 스피드), 빛이 들어오는 시간 정하기

 

조리개(직경)을 root(2) 배 늘리면 들어오는 빛의 양이 2배가 되고, 셔터 시간을 2배 늘리면 들어오는 빛의 양이 2배가 된다. 이를 응용해서 아래 그림과 같이 조리개를 root(2)배 늘리고 셔터 스피드를 1/2로 줄이면 들어오는 빛의 양은 똑같다.

그렇다면 들어오는 빛의 양이 같다고 해서 똑같은 사진이 찍히느냐? 그렇지 않다!

조리개에 의한 상대적 렌즈 차이가 발생하므로 DoF에 의한 영향, 셔터 스피드에 따른 물체의 움직임 효과등이 달라진다. 

조리개는 f/16, 셔터 스피드는 1/8 sec인 경우다. 렌즈의 크기가 상대적으로 작아 DoF는 깊어져 멀리까지 또렷하게 보이지만 셔터 스피드가 너무 길어 비둘기들이 잘 보이지가 않는다. 

위 사진과 같은 빛의 노출양으로, 조리개는 f/2, 셔터 스피드는 1/500이다. 렌즈의 크기가 상대적으로 커 DoF는 얕아져 멀리 있는 나무는 흐리게 보이지만, 셔터 스피드가 짧아 비둘기들은 제대로 찍혔다. 

 

 

 

 

 

 사진 출처: 경북대학교 박순용 교수님 멀티미디어시스템개론 강의자료