[정보] 디지털이미지의 신기원 - Foveon X3 테크놀로지

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                                                                                                      참고자료 : www.foveon.net

디지털카메라, 켐코더 등의 보급으로 지금보다 훨씬 뛰어난 고화질의 이미지 센서가 요구되고 있다. 이러한 요구에 부합하기 위해 등장한 것이 완전히 새로운 접근방식의 이미지센싱 기술인 ‘Foveon X3 테크놀로지’ 이다. 그 구조와 장점을 알아보자.

사진 - 미 플로리다주 올랜도에서 개최된 사진 및 인쇄관련 전시회인 “PMA2002” (2.24~27)에 참고출품된 시그마의 렌즈교환식 일안리플렉스 방식의 디지털카메라 ‘SD9’. Foveon X3 이미지 센서를 탑재하고 있으며, 2268x1512픽셀의 이미지를 RAW(12비트 비압축)방식으로 기록할 수 있다. 렌즈마운트에는 시그마SA Bayonet 마운트가 채용되었다.

이미지 센서의 기본 구조

렌즈를 통해 얻어진 화상을 전기신호로 변환하는 이미지 센서의 대표적인 것으로, CCD센서와 CMOS센서 2종류가 있다. 어느 것이나 주사된 빛에서 그 강약에 따른 전하를 생성하는 포토디텍터(광검파기-포토다이오드가 일반적)와, 그 전하를 외부로 전달하는 회로로 구성되어 있다. 두가지 종류 모두 포토디텍터로 전하를 생성하는데 까지는 같은 과정을 거치지만, 그 이후의 전하 처리 방식에 큰 차이가 있다. 이 전하의 전송을 담당하는 것이 CCD(Charge Coupled Device : 전하결합소자)라고 불리는 소자다. CCD센서는 디지털카메라나 비디오카메라 등을 중심으로 오래 전부터 채용되고 있다.

한편 CMOS센서는 CCD 대신에 CMOS트랜지스터의 스위치 기능을 이용해 전하를 처리한다. 포토디텍터마다 스위치를 갖고 있기 때문에 어느 장소의 전하라도 직접 처리할 수 있는 것이 특징이다. 그래서 CCD센서와 비교해 읽어내기가 빠르고, 소비전력도 적다. 또 통상의 LSI와 같은 CMOS방식으로 제조할 수 있기 때문에 이미지 센서의 회로와 화상처리회로 등을 혼용해서 배치하는 것도 가능하다.

당초 CMOS센서는 휴대전화나 소형 디지털카메라 등에서 많이 채용되어 왔지만, 최근에는 고급 디지털카메라 등에도 채용되고 있어, CCD센서를 위협하는 존재로 성장하고 있다.

이미지센서의 기능으로 빠뜨릴 수 없는 것이 컬러 이미지에 대한 대응이다. 포토디텍터는 색을 식별할 수 없기 때문에 컬러 대응 이미지 센서에서는 컬러필터에 의해 색분해를 하고, 각 색의 강약을 읽어들인다. 사용하는 컬러필터로는 R(레드), G(그린), B(블루)로 된 원색필터와 C(시안), M(마젠타), Y(옐로우), G(그린)로 된 보색필터가 있지만, 최근에는 발색이 우수한 원색필터가 인기가 있다. 단 아무래도 이런 컬러필터 방식에서는 한 화소당 한 개 색밖에 표현할 수 없어 정보가 부족해진다. 부족한 정보는 주변의 화소에서 보정해야 하고, 이것이 화질저하의 주요 원인이 되고 있다.

포토디텍터를 중첩 배치한 Foveon X3테크놀로지

여기에서 새로이 고안된 것이 1화소로 모든 색의 정보를 읽어들이는 것이 가능한 이미지 센싱 기술 ‘Foveon X3테크놀로지’이다. Foveon X3테크놀로지는 미 내셔널컨덕터에서 독립한 Foveon(포비온)에 의해 개발된 기술로, 이 기술에 기초한 CMOS센서가 ‘Foveon X3 이미지센서’(이하 Foveon X3)이다.

Foveon X3은 RBG 각색을 감지하는 3층의 포토디텍터로 구성되어 있다. 색분해는 종래의 컬러필터가 아닌, 빛의 파장에 의해 흡수계수가 다른 반도체의 성질을 이용한다. 반도체에 빛(물리의 세계에서는 광자라고 하는 것이 맞다).을 주사하면 그 일부는 반도체 표면에서 반사되지만, 나머지는 반도체 내부에 흡수된다(흡수계수란 이 흡수되는 상태를 나타내는 물리계수). 흡수된 빛은 파장이 길수록 감소되지 않고 더 깊게 도달할 수 있다.

그런데 3층의 포토디텍터를 중첩해서 배치하면, 얕은 위치에 밖에 도달하지 않는 단파장의 빛(B, 흡수계수는 크다)을 상층으로, 깊숙이까지 도달하기 쉬운 장파장의 빛(R, 흡수계수는 작다), 그리고 그 중간에 해당하는 파장의 빛(G, 흡수계수는 중간)을 중앙의 층에서 자동적으로 구별해 검출할 수 있게 된다. 이것은 특정색만 반응하는 할로겐화은의 기록층을 3층으로 중첩한 은판 컬러필름의 구조와 유사하다.