사진은 빛을 모으는 일: 노출과 스톱

토요일 오전 열 시, 시장 입구의 정 사진관. 1층 진열장에는 40년 동안 찍은 가족사진이 빼곡하고, 삐걱거리는 계단을 오르면 2층 스튜디오가 나옵니다. 오늘이 초보자 수업 첫날입니다. 다온은 산 지 석 달 된 미러리스 카메라를 목에 걸고 왔습니다. 카메라에는 24–70mm 줌 렌즈가 끼워져 있고, 가방에는 사 놓고 거의 안 쓴 50mm 렌즈가 하나 더 있습니다. 모드 다이얼은 산 날부터 지금까지 'AUTO'입니다.

정 선생은 자기소개 대신 "제일 아쉬운 사진 한 장"을 보여 달라고 합니다. 다온이 카메라 화면을 내밉니다. 언덕 위에서 해를 등지고 선 친구. 얼굴은 또렷한데 뒤의 하늘과 해 둘레가 하얗게 비었습니다. 정 선생이 한참 보다가 묻습니다. "이 하늘, 원래 무슨 색이었어?" "파랬죠. 구름도 있었고요." "그럼 그 파란색은 어디 갔을까."

다온이 대답을 못 하자 정 선생이 블라인드를 반쯤 내립니다. 방이 어둑해집니다. "사진기는 빛을 모으는 통이야. 빛이 얼마나 들어오느냐, 그거 하나야. 너무 많이 들어오면 넘치고, 너무 적으면 바닥에 깔려." 구석에서 휴대폰을 만지던 별이가 거듭니다. "할아버지, 그건 휴대폰도 돼요. 화면에서 하늘을 톡 누르면 하늘이 살아나요. 대신 언니 친구 얼굴이 시커메지겠지만."

이번 교시에는 빛을 '양'으로 세는 법을 익힙니다. 양동이에 물을 받듯 빛을 받아 보고, 가상 카메라로 같은 장면을 밝게, 어둡게 찍어 보면서 다온의 하늘이 왜 사라졌는지 확인합니다.

1-1. 노출은 센서에 닿은 빛의 양 (7분)

카메라의 렌즈 뒤에는 이미지 센서(image sensor) 가 있습니다. 센서 위에는 화소(pixel) 라고 부르는 아주 작은 칸이 수천만 개 깔려 있습니다. 2,400만 화소 카메라라면 2,400만 개입니다. 칸 하나하나를 빛을 받는 작은 양동이라고 생각하면 됩니다. 셔터가 열려 있는 동안 빛알(광자, photon)이 양동이에 떨어지고, 셔터가 닫히면 카메라가 양동이마다 빛이 얼마나 찼는지 잽니다. 많이 찬 칸은 밝은 점, 적게 찬 칸은 어두운 점이 됩니다.

이렇게 센서에 닿은 빛의 양을 노출(exposure) 이라고 합니다. 노출이 많으면 사진이 밝고, 적으면 어둡습니다. "노출이 맞았다"는 말은 장면의 밝은 곳과 어두운 곳이 모두 제 밝기로 담겼다는 뜻입니다.

양동이에는 한계가 두 개 있습니다.

• 위의 한계: 넘침. 양동이가 가득 차면 그 뒤에 들어온 빛은 세지 못합니다. 조금 밝은 하늘도, 아주 밝은 하늘도 모두 '가득'으로 똑같이 기록됩니다. 무늬가 없는 하얀 면이 되는 것입니다. 이것을 하얗게 날아갔다(blown highlights, 잘림 clipping)고 합니다.
• 아래의 한계: 바닥. 빛이 아주 적으면 칸마다의 차이가 잡음(노이즈)에 묻혀 그림자 속 무늬가 사라집니다. 이것을 검게 뭉개졌다(crushed shadows)고 합니다.

두 경우 모두 사진에서 정보가 사라진 것입니다. 날아간 하늘은 나중에 편집 프로그램으로 어둡게 해도 파란색이 돌아오지 않습니다. 하얀 면이 회색 면이 될 뿐입니다. 다온의 하늘이 바로 이 경우입니다.

그래서 노출은 찍는 순간에 정해야 합니다. 이 강의 여섯 교시가 모두 이 한 가지, "빛을 얼마나 받을까"를 다룹니다.

1-2. 빛의 양을 정하는 세 손잡이 (9분)

양동이에 물을 더 받고 싶으면 두 가지 방법이 있습니다. 수도꼭지를 굵게 틀거나, 오래 틀거나. 카메라도 같습니다. 여기에 세 번째 손잡이가 하나 더 있습니다.

세 번째는 성격이 다릅니다. ISO는 빛을 더 받는 손잡이가 아닙니다. 받은 물은 그대로 두고, 양동이 옆 눈금을 확대해서 "더 찼다"고 읽는 것입니다. 그래서 ISO를 올리면 적은 빛으로도 사진이 밝아지지만, 적은 빛의 거친 무늬(노이즈)까지 함께 커집니다. 눈금을 확대하면 '넘침' 선도 같이 내려옵니다. 높은 ISO에서 밝은 곳이 더 쉽게 날아가는 까닭입니다.

아래 실습대에서 직접 물을 받아 봅시다. 장면은 흐린 날이고, 조리개 f/4 · 셔터 1/250초 · ISO 100이면 물이 딱 '적정' 선까지 찹니다. 왼쪽 그림 위쪽이 수도꼭지, 가운데가 양동이입니다. 오른쪽 조작판에서 조리개(꼭지 굵기), 셔터(트는 시간), ISO(눈금 확대)를 칩으로 고릅니다. '물 받기'를 누르면 셔터가 열려 있는 시간 동안 물줄기가 흐릅니다. 실제 시간을 300배로 늘려 보여 주므로 1/250초는 화면에서 1.2초입니다. 양동이 오른쪽 눈금은 '스톱' 눈금입니다. 위쪽 붉은 칸은 하얗게 날아가는 구역, 아래쪽 회색 칸은 검게 뭉개지는 구역, 회색 점선은 적정 선입니다. 주황 선이 지금 물 높이이고, 점선 '지난번'은 바로 전에 받은 물 높이입니다. 오른쪽 아래 표는 손잡이마다 몇 스톱을 더하거나 뺐는지 보여 줍니다.

물이 차오르는 모습에서 하나 더 볼 것이 있습니다. 물이 처음에는 눈금을 몇 칸씩 휙휙 지나다가 위로 갈수록 느려집니다. 눈금이 '몇 배'를 세는 눈금이라서 그렇습니다. 적정 선 바로 아래(−1)까지는 적정의 절반만 있으면 되니, 마지막 한 칸을 채우는 데 전체 시간의 절반이 걸립니다.

1-3. 스톱: 빛을 2배씩 세는 단위 (10분)

사진 하는 사람들은 빛을 "몇 배"라고 말하지 않고 "몇 스톱(stop)" 이라고 말합니다.

왜 이렇게 셀까요? 곱셈이 덧셈이 되기 때문입니다. 조리개를 한 칸 열고(+1) 셔터를 한 칸 빠르게(−1) 하면 +1 − 1 = 0, 밝기는 그대로입니다. "2배 하고 ½배 하면"을 머릿속으로 곱하지 않아도 칸만 세면 됩니다. 사람의 눈도 밝기를 '차이'보다 '배'로 느끼므로, 스톱 한 칸은 어디서든 비슷한 크기의 밝기 변화로 보입니다.

세 손잡이의 눈금은 모두 한 칸이 1스톱이 되도록 만들어져 있습니다.

몇 가지 눈여겨볼 점이 있습니다.

• 셔터 눈금은 반올림한 숫자입니다. 정확히 두 배씩이라면 1/128, 1/64여야 하는데, 외우기 쉽게 1/125, 1/60이라고 적습니다. 1/60과 1/64의 차이는 0.1스톱도 안 되어 사진에서 보이지 않습니다. 그래서 1/125에서 1/250으로 가는 것도, 1/60에서 1/125로 가는 것도 그냥 1스톱입니다.
• 조리개는 숫자가 커질수록 빛이 적습니다. f값은 구멍의 크기가 아니라 '렌즈의 초점거리를 구멍 지름으로 나눈 값'이라서 거꾸로 갑니다. 한 칸마다 약 1.4배(√2배)씩 커지는 것도 이상해 보이지만, 그래야 구멍의 넓이가 정확히 절반씩 줄어듭니다. f/5.6은 정확히는 5.66, f/11은 11.3입니다. 자세한 이야기는 3교시에서 합니다.
• ISO는 숫자 그대로 두 배씩입니다. 100에서 400은 두 칸, 2스톱입니다.

스톱 계산 한 번. 흐린 날 f/4 · 1/250 · ISO 100이 적정이라고 합시다. 다온이 셔터를 1/1000으로 바꾸면 1/250 → 1/500 → 1/1000으로 두 칸, −2스톱입니다. 빛이 1/4로 줄어 사진이 어두워집니다. 이 2스톱을 메우는 방법은 여러 가지입니다. 조리개를 두 칸 열어 f/2로 하거나, ISO를 두 칸 올려 400으로 하거나, 조리개 한 칸(f/2.8)과 ISO 한 칸(200)을 나눠 써도 됩니다. 모두 +2스톱이라 원래 밝기로 돌아옵니다. 같은 밝기를 내는 이런 여러 조합은 5교시의 주인공입니다.

장면의 밝기도 스톱으로 잽니다. ISO 100에서 적정이 되는 설정 묶음에 번호를 붙인 것을 노출값(EV, exposure value) 이라고 합니다. f/4 · 1/250은 EV 12이고, 번호가 1 크면 빛이 2배 많은 장면입니다. 이 강의의 가상 카메라는 아래 값을 씁니다.

맑은 날 바깥은 밝은 실내보다 빛이 128배 많습니다. 우리 눈은 알아서 맞추기 때문에 그 차이를 잘 느끼지 못하지만, 카메라는 이 차이를 손잡이로 메워야 합니다. 맑은 날의 EV 15는 f/16 · 1/125 · ISO 100이고, 같은 장면을 f/8로 찍으면 두 칸 연 만큼 셔터를 두 칸 빠르게 해서 1/500이 됩니다.

1-4. 하얗게 날아감과 검게 뭉개짐 (10분)

이제 진짜 사진으로 봅시다. 아래 가상 카메라는 조리개 f/8, ISO 100에 장면마다 적정 셔터를 맞춰 두었습니다. 오른쪽의 노출 보정 슬라이더(−3 … +3, ⅓스톱 간격)로 노출을 더하거나 뺍니다. 0은 주인공인 사람이 제 밝기로 나오는 노출입니다. 사진 아래 왼쪽은 히스토그램(histogram) 입니다. 가로는 밝기(왼쪽 끝 검정, 오른쪽 끝 흰색), 높이는 그 밝기를 가진 화소 수입니다. 양 끝에 화면의 1%가 넘게 쌓이면 그 끝에 빨간 띠가 섭니다. 오른쪽은 노출계로, 지금 노출이 0에서 몇 스톱 떨어졌는지 막대로 보여 줍니다. '날아간 곳 깜빡이기'를 켜 두면 하얗게 잘린 화소 위에 빨간 줄무늬가 깜빡입니다. 실제 카메라의 '하이라이트 경고'와 같은 기능입니다.

실습대에서 본 것을 정리합니다.

1. 날아가는 것은 밝은 곳부터입니다. 노출을 올리면 사진 전체가 밝아지다가, 가장 밝은 하늘이 먼저 양동이 끝에 닿습니다. 히스토그램의 산이 오른쪽 벽에 부딪혀 쌓이는 모습이 바로 그것입니다.
2. 장면마다 여유가 다릅니다. 맑은 날 거리는 적정에서 날아가기까지 ⅔–1스톱쯤 여유가 있습니다. 흰 눈밭은 처음부터 흰색에 가까워 여유가 ⅔스톱도 안 됩니다. 다온의 역광 사진은 여유가 아예 없습니다. 얼굴을 맞추는 순간 하늘은 이미 넘침 선보다 2스톱 가까이 위에 있습니다. 실습대에서 −2까지 내려야 하늘이 돌아온 것이 그 증거입니다.
3. 뭉개짐은 반대쪽에서 옵니다. 거리 장면을 −3까지 내리면 그늘과 창문 속이 검게 뭉개집니다(화면의 약 10%). 뭉개진 곳은 나중에 밝히면 무늬 대신 거친 노이즈가 나옵니다.

그래서 디지털 사진에는 오래된 요령이 있습니다. "밝은 곳이 날아가지 않는 선에서, 되도록 밝게." 날아간 하늘은 영영 못 살리지만, 조금 어둡게 찍은 그림자는 나중에 어느 정도 밝힐 수 있기 때문입니다. 찍은 뒤에는 히스토그램의 오른쪽 벽과 깜빡이는 경고부터 확인하세요.

1-5. 카메라의 '적정 노출'은 추측이다 (6분)

그렇다면 다온의 카메라는 왜 하늘을 날렸을까요? 카메라는 장면을 모릅니다. 들어오는 빛을 재서(이것을 측광(metering) 이라고 합니다) "이 정도면 적당하겠지" 하고 추측할 뿐입니다. 요즘 카메라와 휴대폰은 얼굴을 찾으면 얼굴을 제 밝기로 맞추려고 합니다. 다온의 카메라도 친구 얼굴을 찾아 0으로 맞췄고, 얼굴보다 훨씬 밝은 하늘은 넘쳤습니다.

다른 방식으로 추측하면 어떨까요? 가장 오래된 방식은 평균 측광입니다. 화면 전체의 평균 밝기가 중간 회색이 되도록 맞춥니다. 실습대의 '자동으로 찍기 (평균 측광)'가 이것입니다. 눌러 보면 카메라가 밝기를 더듬어 찾듯 움직이다가 자리를 잡습니다.

어느 쪽도 틀렸다고 할 수 없습니다. 얼굴에 맞춘 자동은 하늘을 버렸고, 평균에 맞춘 자동은 얼굴을 버렸습니다. 역광처럼 밝기 차이가 큰 장면은 양동이 하나에 다 담기지 않습니다. 그래서 무엇을 지킬지는 사람이 정해야 합니다. 다온에게는 이런 선택지가 있습니다.

• 하늘을 지키고 얼굴은 어둡게 둔다(실루엣 사진으로 만든다).
• 얼굴을 지키고 하늘은 포기한다(지금 사진).
• 빛을 바꾼다. 흰 종이나 반사판으로 얼굴에 빛을 튕겨 주거나, 해가 옆에 오도록 자리를 옮기면 두 밝기의 차이가 줄어든다.
• 여러 장을 다른 노출로 찍어 합친다(HDR). 휴대폰이 역광에서 자동으로 하는 일이다.

카메라가 어떤 장면에서 어떻게 틀리는지, 노출 보정으로 어떻게 바로잡는지는 5교시에서 자세히 다룹니다.

카메라 표기 읽는 법

휴대폰으로는

별이 말대로 휴대폰도 같은 원리입니다. 화면을 톡 누르면 그 자리에 초점과 노출이 맞고, 옆에 해 모양 슬라이더가 나타납니다. 이것이 노출 보정입니다. 하늘을 누르면 하늘이 살고 얼굴이 어두워지는 것도 카메라와 똑같습니다. 대부분의 휴대폰은 조리개가 고정되어 있어서 셔터와 ISO 두 손잡이만으로 노출을 맞춥니다. 전문가 모드(프로 모드)를 켜면 셔터(S), ISO, 보정(EV) 항목이 따로 보이고, 히스토그램을 켤 수 있는 휴대폰도 많습니다. 역광에서 휴대폰 사진이 의외로 잘 나오는 것은 여러 장을 빠르게 찍어 합치는 HDR 덕분입니다. 그래도 해 둘레처럼 아주 밝은 곳은 날아갈 수 있습니다.

자주 하는 착각 (4분)

• "어둡게 나오면 나중에 밝히면 된다." 조금은 됩니다. 하지만 뭉개진 그림자를 밝히면 노이즈가 함께 커지고, 날아간 하늘은 아예 돌아오지 않습니다. 노출은 찍을 때 정합니다.
• "ISO를 올리면 빛이 더 들어온다." 받는 빛은 그대로입니다. 받은 신호를 키워 읽을 뿐이라, 빛이 모자란 거친 무늬도 함께 커집니다.
• "f값이 크면 구멍도 크다." 반대입니다. f/16은 f/4보다 구멍이 훨씬 작아서 빛이 1/16만 들어옵니다(네 칸, 4스톱).
• "3스톱 밝게 하면 3배 밝아진다." 1스톱이 2배이므로 3스톱은 2 × 2 × 2 = 8배입니다.
• "자동 노출은 언제나 정답이다." 카메라는 얼굴이나 화면 평균 같은 규칙으로 추측합니다. 역광과 눈밭처럼 규칙에서 벗어난 장면에서 틀립니다.

연습 문제 (4분)

1. 셔터를 1/250에서 1/60으로 바꾸면 몇 스톱이고, 빛은 몇 배가 될까요?
2. 조리개를 f/8에서 f/4로 바꾸면 몇 스톱이고, 빛은 몇 배가 될까요?
3. 흐린 날 f/4 · 1/250 · ISO 100이 적정입니다. 다온이 f/2.8 · 1/1000 · ISO 200으로 찍으면 적정보다 밝을까요, 어두울까요?
4. 맑은 날(EV 15)과 밝은 실내(EV 8)는 몇 스톱 차이이고, 빛은 몇 배 차이일까요? 맑은 날 f/8 · 1/500 · ISO 100이 적정이라면, 밝은 실내에서 f/8 · ISO 100으로 찍을 때 셔터는 얼마여야 할까요?

풀이

1. 1/250 → 1/125 → 1/60으로 두 칸이므로 +2스톱, 빛은 4배입니다. 정확한 값으로 따져도 1/256 → 1/64라서 4배입니다.
2. f/8 → f/5.6 → f/4로 두 칸 열었으므로 +2스톱, 빛은 4배입니다. 숫자는 절반이 되었지만 구멍의 넓이는 4배가 됩니다.
3. 조리개 f/4 → f/2.8은 +1, 셔터 1/250 → 1/1000은 두 칸 빠르게 해서 −2, ISO 100 → 200은 +1입니다. 합은 +1 − 2 + 1 = 0이므로 적정과 같은 밝기입니다. 셔터를 빠르게 한 대가를 조리개와 ISO가 한 칸씩 나눠 메웠습니다.
4. 15 − 8 = 7스톱이고, 빛은 2를 일곱 번 곱한 128배 차이입니다. 셔터를 7칸 느리게 해야 하므로 1/500 → 1/250 → 1/125 → 1/60 → 1/30 → 1/15 → 1/8 → 1/4, 즉 1/4초입니다. 손에 들고 찍기에는 너무 느린 속도인데, 왜 그런지는 2교시에서 봅니다.

수업이 끝날 무렵, 다온이 사진첩을 넘기다 한숨을 쉽니다. "이것도 문제예요. 조카 운동회 달리기 사진인데, 아이들이 전부 유령처럼 옆으로 번졌어요." 정 선생이 창밖 시장 골목을 지나가는 배달 자전거를 턱으로 가리킵니다. "다음 주엔 셔터만 만진다. 시간을 자르는 법이야." 2교시에서는 셔터 속도로 움직임을 멈추거나 흐르게 하고, 손떨림을 피하는 법을 익힙니다.