SCIENCE 3D | 카메라 이미지 센서

무슨 일이 일어났나

카메라 렌즈는 장면에서 온 빛을 모아 뒤쪽 이미지 센서 위에 작고 거꾸로 선 상을 맺습니다.

시뮬레이터에서 초점 거리 50 mm 렌즈는 2 m 앞 물체의 상을 렌즈 뒤 51.3 mm 에 배율 −0.0256(거꾸로 · 약 39 분의 1)으로 맺고, 물체가 0.5 m 로 다가오면 상은 55.6 mm 로 물러납니다. 그래서 가까운 것을 찍을 때는 렌즈를 센서에서 조금 떼어 초점을 맞춥니다.

센서의 화소는 빛이 만든 전하를 모아 숫자로 바꿉니다. 1969 년 벨 연구소의 보일 · 스미스 · 톰셋이 만든 CCD 는 빛이 만든 전하를 아주 작은 축전기들에 차례로 담아 디지털 신호로 바꿨고, 1971 년에는 100 × 100 화소의 첫 면 촬상 CCD 가 나왔습니다(IEEE).

NASA JPL 에서 개발한 CMOS 이미지 센서는 화소마다 스스로 신호를 키워 따로 읽어 내며, NASA 는 이를 자기 기술 가운데 가장 널리 퍼진 스핀오프라고 부릅니다. 보일과 스미스는 2009 년 노벨 물리학상을 받았습니다.

💡 생활 속 예시

폰으로 책 글씨를 아주 가까이 찍으면 잠깐 흐렸다가 또렷해지는데, 렌즈가 움직여 상의 자리를 센서에 맞추는 동안입니다.
어두운 방에서 찍은 사진에 자글자글한 점이 생기는 것은 화소마다 모인 빛 전하가 적어서입니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

렌즈 · 초점 모터 — 빛을 모아 상을 맺고, 렌즈를 앞뒤로 움직여 초점을 맞춥니다.
색 필터 — 화소마다 빨강 · 초록 · 파랑 가운데 한 빛만 지나게 합니다.
화소(빛 받는 칸) — 들어온 빛만큼 전하를 모읍니다.
읽기 회로 — 화소마다 모인 전하를 전압으로 키워 차례로 읽어 냅니다.
영상 처리 칩 — 읽은 값을 숫자로 바꾸고 색을 합쳐 사진 파일을 만듭니다.

셔터를 누르면 렌즈가 초점을 맞춰 센서 위에 상을 맺습니다.
정해진 시간 동안 화소마다 빛이 만든 전하가 쌓입니다.
읽기 회로가 화소의 전하를 차례로 읽어 숫자로 바꿉니다.
처리 칩이 색 필터 값을 합쳐 한 장의 컬러 사진으로 저장합니다.

확인된 값

CCD(전하 결합 소자)를 만든 해 — 1969 (IEEE 동판): 1969 출처
CCD 를 만든 사람 — 벨 연구소의 윌러드 보일 · 조지 스미스 · 마이클 톰셋: Willard Boyle, George Smith, Michael Tompsett 출처
CCD 는 빛이 만든 전하를 아주 작은 축전기들에 차례로 담아 디지털 신호로 바꾼다: charges stored in tiny capacitors 출처
1971 벨 연구소의 첫 면 촬상 CCD — 100 × 100 화소: 100 x 100 화소 출처
보일과 스미스가 CCD 로 노벨 물리학상을 받은 해: 2009 출처
CMOS 이미지 센서(NASA JPL 에서 개발) — 화소마다 스스로 신호를 키워 따로 읽어 낸다: each pixel amplifies 출처
NASA 는 CMOS 이미지 센서를 자기 기술 가운데 가장 널리 퍼진 스핀오프라 부른다(폰 카메라): most ubiquitous spinoff 출처

카메라 이미지 센서

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