Fundamental & Advanced Concepts of Digital Camera

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형석 신
6 years ago
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라는생각을할수도있겠으나이글을관심을갖고읽고있을독자라면이정도의원리정도는알아 두어서나쁠것이없으리라는것이내생각이다. 2. 디지털카메라의기본적작동원리 (Wikipedia 의그림중일부인용및편집) 빛의경로는왼쪽 ----> 오른쪽이다. 그림에좀틀린점이있다. 굳이설명하자면이미지센서에상이점으로맺히려면렌즈를통해들어오는빛이한가닥이어야한다.

1 1. 동기. 요즘에는어디를가나카메라가보이지않는곳은없다. 심지어는과거의필름카메라는디지털화된형태로휴대전화에 내장되어길거리에는수천만대의카메라가돌아다니고있는현실이되었다. 그러나정작카메라를쓰는사람들의대다수는자신들이쓰는제품에어떤원리들이어떻게쓰이고있는지조차도모르 고그냥쓰는방법만알뿐고장이나도 어떤것이어떻게되었을것이다 라는것은생각도못해보고수리를하러달려 가는참애석한일들이벌어지고있다. 이글을보면서분명히누군가는 그냥쓰는법만알면되지머리아프게원리들을 알필요가있는가? 라는생각을할수도있겠으나이글을관심을갖고읽고있을독자라면이정도의원리정도는알아 두어서나쁠것이없으리라는것이내생각이다. 2. 디지털카메라의기본적작동원리 (Wikipedia 의그림중일부인용및편집) 빛의경로는왼쪽 ----> 오른쪽이다. 그림에좀틀린점이있다. 굳이설명하자면이미지센서에상이점으로맺히려면렌즈를통해들어오는빛이한가닥이어야한다. 그러나기본적작동원리를설명하는데는지장이없으므로넘어가도록하겠다. 위의그림은카메라의렌즈부분과이미지센서부분을제외한모든부분을지우고최대한단순화시킨것이다. 즉사진파일을만들어내는역할의중추만남겨놓은것이라고하면되겠다. 세상의어떠한카메라이건간에이러한기본적구조는근본적으로같다고보면된다. 위의그림에서보면렌즈로빛이통과한다. 렌즈를거친빛은이미지센서에상을맺게되고이상을전기적신호로변환한후이신호는이미지처리과정을거쳐서우리가컴퓨터로보는파일의형태로바뀌게된다. 이처리과정을설명하면정말좋을것같지만대단히복잡하기때문에( 그리고글을쓰는나도모르므로;;) 이글에는언급하지않기로한다. 간단히정리하자면이렇다. 빛 -----> 전기적신호 -----> 파일너무간단한것같다. 그러나이글에서는이런간단한내용만을다루면글의분량도상당히줄어들뿐만아니라글을쓰는목적자체가없어진다! 그러니이후부터는이런간단한것들은접고이글의본래목적인좀더심오한(?) 카메라의핵심에대해알아보도록하겠다. 카메라에는간단하게필름과디지털방식이있겠으나대세에맞춰디지털이중심이되는글을쓰고자한다.( 사실필름카메라나디지털카메라나근본적인구조와작동원리는거의같기때문에필름을설명하던디지털을설명하던의미상의차이는없다고봐도무방하다.) 3. DSLR 카메라 반응속도와저장시간등을생각하면 바로옆의사진이 DSLR 또는 SLR 카메라의일반적인모습이다. DSLR 카메라는 Digital Single Lens Reflex 카메라를줄여서쓴말로한글로는디지털일안반사식카메라정도가되겠다. 찾아보면 SLR 카메라(Single Lens Reflex -) 도있을것인데 DSLR은이 SLR을디지털화시킨것정도로이해하면된다. 이런디지털화라함은필름을이미지센서로대체하는것이되겠다. 나머지다른부분의차이는거의없다. 몇년전까지만해도 DSLR카메라는일반인이범접할수없는가격대의물건이었으나요즘에는가격이많이내려가서어딜가던지많이보인다. 그러나대세가디지털인만큼가격은떨어지고기술은더욱많이들어가는그런제품이되어가고있는것이현실이다. 사람들은흔히 DSLR이크고투박하고무겁고불편하다고하지만나는불편하다는사람들의불평을인정하지못하겠다. 컴팩트디지털카메라특유의느린 DSLR 의장점은크고투박하다는단점을커버하고도한참남는다.

3-1. DSLR 카메라의광학계( 빛이지나가는부분) DSLR 카메라의기초적인광학계를제외한나머지부분은모두뺀알짜그림은다음과같다. 그러나글을읽으면서인식 하고있어야할것은아래의그림이카메라광학계의전부가아니라는것이다. 실제로는초점조절과노출측정기능을위 한장치등이부가적으로들어간다. 아래의그림은기초적이해를돕기위함이목적이므로실제와다른점이몇가지있 다. 먼저위에나온말들을설명하자.

2 3-1. DSLR 카메라의광학계( 빛이지나가는부분) DSLR 카메라의기초적인광학계를제외한나머지부분은모두뺀알짜그림은다음과같다. 그러나글을읽으면서인식 하고있어야할것은아래의그림이카메라광학계의전부가아니라는것이다. 실제로는초점조절과노출측정기능을위 한장치등이부가적으로들어간다. 아래의그림은기초적이해를돕기위함이목적이므로실제와다른점이몇가지있 다. 먼저위에나온말들을설명하자. 렌즈군 미러 포컬플레인셔터 1: 렌즈군(LensGroup) 2 : 미러(Mirror) 3 : 포컬플레인셔터(Focal-Plane Shutter) * 4: 5: 이미지센서 포커싱스크린 6: 집광렌즈( 그냥없다고생각하자.) 7: 루프- 펜타프리즘(Roof-Pentaprism) 8: 접안부( 파인더) * 포컬플레인셔터 = 셔터막. 앞으로는 셔터막 으로쓰도록함. *Wikipedia 에서인용 렌즈가여러장모여서형성되는 집합 이다. 그러나이런경우라할지라도결국어떠한렌즈한장 에의해상이형성되는것과같은효과를낼것이므로렌즈한장으로취급해도큰무리가없을것이다. 말그대로거울이다. 이미러가렌즈에서오는광선을셔터버튼을누르기직전까지반사시켜서접안부로보내준다. 여러장의금속, 플라스틱, 천등으로된빛을가려줄수있는막 (Curtain) 으로셔터속도 ( 뒤에따로다루는부분이있다.) 의조절에관여한다. 이미지센서빛을광전효과를이용하여전기적신호로바꾸어주는장치이다. 포커싱스크린 루프-펜타프리즘 우리가눈으로접안부를볼때상이맺혀서보이는곳으로, 초점이맞거나맞지않았다는것을육안 으로도확인할수있게해준다. 그림의광로에서확인할수있듯이우리의눈이상하, 좌우가뒤집어지지않은그림을보도록상을 뒤집고반사시켜준다. 또한가지추가하자면프리즘이아닌거울로된방식도있다는것을언급하고 싶다. 척보면엄청나게복잡하게보이는데사실상광선이실제로진행하는선( 점선) 을추적해보면매우간단한구조이다. 먼 저렌즈를통해들어온빛은미러에의해광로가 90 도꺾이게된다. 이빛은포커싱스크린에상을맺게되는데이상이 집광렌즈와루프- 펜타프리즘을통과하여접안부에닿게되면우리의눈이이상을보게되는것이다. 실제로이런종류의카메라를써본사람이아니면이해하기힘들겠지만실제사진을찍는과정에서 DSLR카메라는 LCD 모니터로상을볼수가없다.( 물론최근의기종들은라이브뷰(Live View) 라는기능을통해이를가능하게하였으나 이글에서는논외로한다.) 이를이해하기위해위그림을자세히보면 2가지의광로가존재한다는것을알수있을것이 다. 하나는바로위에서설명한위로꺾이는광로이며나머지하나가실제사진을만들어내는이미지센서로향하는것 이다. 그림에서도알수있듯이미러와셔터막이센서로향하는길을막고있다! 센서에빛이닿아야이를 LCD모니터로 보여줄수있겠으나센서에서받아들이는신호가없으니보여주지못하는게당연한것이다. 그렇다면사진을찍으려면어떻게해야할까? 아주간단하다. 우리가셔터버튼을누르는순간센서를향한길을가로막 고있는미러와셔터막을치워버리면된다. 이치우는과정을카메라는미러를포커싱스크린쪽으로접어올리고셔터막 은가로또는세로로겹쳐서센서면(-Surface) 에빛이닿게하는것으로수행한다. 4. 노출(Exposure) 먼저간단하게이부분에서쓰일용어들을설명하겠다.

3 노출 사물에서반사되는빛을이미지센서( 필름) 면에비춰주는행위를말한다. 앞으로는 노출의양 과 노 출 을혼동의여지가없는한 노출 로쓰기로한다. 셔터속도빛이이미지센서( 또는필름) 의면에비춰지는시간이다. 단위는초(Second) 이다. 조리개 조리개값 감도 카메라렌즈에서빛이통과하는부분의구경을조절하여이미지센서( 또는필름) 의면에도달하는빛 의양과피사계심도( 뒷부분에가서설명한다.) 를조절하는기구이다. 보통 F 값이라고도한다. 이값은렌즈의초점거리( 뒤에서설명...) 를구경으로나눈것인데이구경 이조리개에의해조절될수있으므로조리개크기가변화한다면조리개값도변한다. 이미지센서가빛에얼마나민감하게반응하는가를수치화한것이다여러방식이있으나대부분 ISO??? 의형태로나타낸다. 반사율사물에입사된빛과이사물에서반사된빛의비율을말한다. 18% 회색 이용어를더욱정확하게하자면 반사율이 18% 인회색 이된다. 즉, 이회색은전체빛의 18% 만을 반사하는회색이라는의미가된다. 앞으로는 18% 회색이라는용어만을쓰도록한다. 노출계사진의촬영에필요한적정노출량을알아내기위하여셔터속도와조리개값을알려주는장치이다. (Exposure meter) 측광 (Metering) 빛의양을측정하는일. 노출계가측광을함으로써사용자에게셔터속도와조리개값을알려줄수있다. 노출은이미지센서에빛을비추는것을말한다. 노출에큰의미가있다기보다는노출을결정하는데숨어있는장치들이이글에서는더욱중요하게다루어질것이다 노출계노출계는바로앞에나왔듯이적정노출을위한셔터속도와조리개값을사용자에게알려주는장치이다. 이를위해서는빛이얼마나강하게들어오는가를측정할필요가있다. 일반적으로노출계는카메라내부의프리즘근처에달려있는데이러한측정값을보여주기위해서는어떻게든전기를이용해야한다. 이때셀렌(Se) 의광전효과를이용하거나황화카드뮴 (CdS) 또는광다이오드등의소자가회로에부착되어빛의세기를전기적인신호로바꿔준다. 노출계의종류는반사식과입사식이있으며이런두노출계의차이는다음과같다. 첫째로입사식노출계는우리가찍고자하는사물의옆( 곧, 우리가찍고자하는사물과가장비슷한빛을받고있는위치) 에서카메라의렌즈를향해놓인다. 이말은입사식노출계가반사식노출계를채용한카메라에서는알수없는, 물체가실제로받고있는빛의상태를사용자에게알려줄있다는것을의미한다. 반사식노출계는말그대로물체가반사한빛을측정한다. 얼핏보면비스무리한말을하는것처럼보일수있으나이두가지의말에는간단히생각해내기는쉽지않은큰차이가있다. 물체가실제로받고있는빛의상태를사용자에게알려준다는것은주변의상황의실제밝기를알려준다는것과빛을반사시키는물체가가지고있는고유의반사율을알려줄수있다는뜻이며, 물체가반사한빛을측정한다는것은사물이얼마나밝은지만을측정한다는점에서큰차이를보인다. 따라서일반적인상황에서는입사식노출계가반사식노출계보다좀더정확한노출값을제공해준다고할수있겠다.( 언제까지나 일반적상황 에만적용된다는것이중요하다.) 둘째로반사식노출계를사용하는카메라는온세상을반사율이 18% 인회색( 이하 18% 회색) 으로바라본다. 즉, 물체가이보다밝으면노출을짧게하고이보다어두우면사물의밝기를기준에맞추기위해노출을길게한다. 카메라의반사식노출계는세상을 18% 회색에맞추는과정에서사물이원래지니고있는고유한반사율에대한정보가사라지는데이를 노출보정 이라는일련의과정을통해다시살려낼수있다 노출보정노출보정은우리가쓰는카메라가일반적으로반사식노출계를채용하고있으므로실제물체가가진고유한반사율로사진을찍게하는것은그물체가 18% 회색과같은반사율을지니지않는이상실제의반사율과오차가발생하게되므로이오차를보정해주는과정이다. 물론최근의컴팩트카메라와일부 DSLR 카메라에는상황판단기술이도입되어이런문제가어느정도해결되고는있으나근본적으로는사진을찍는사람이직접머리를굴려카메라가잘못인지하고있는세상에대한 삐뚤어진눈 을바로잡아줄필요성이있다. 이노출보정의과정은매우간단하다. 물체가 18% 회색보다많은빛을반사하고있다면카메라는기준에맞춰노출을줄여버릴것이므로사용자가의도적으로노출을원래만큼늘려주면될것이며물체가 18% 회색보다적은빛을반사하고있다면카메라는기준에맞춰노출을길게할것이므로사용자는노출을짧게하도록설정을해주면될것이다. 그러나이과정이간단하다는말일뿐이지, 이내용의적용법은수없이많은사진을찍어보고결과물을보면서나름의연구를해보는과정에서자연스럽게배우는것이기때문에이글에는언급할수가없다 측광카메라는일반적으로여러가지의측광방법을제공한다. 대표적으로스팟측광(Spot-) 과평균측광이있는데스팟측광의경우한화면( 파인더안으로바라보는부분) 의극히일부분만을이용하여빛의양을측정한다. 즉, 선택된부분을제외한

다른부분의밝기는무시되는것이다. 이방식은특정부분만의밝기만을고려하여사진을찍어야할때유용하게활용할 수있다. 평균측광은파인더안에보이는모든부분을측광의대상으로한다. 따라서파인더안에보이는한화면안에서 밝기의차이가크지않은일반적인경우에두루두루사용되는측광방식이다. 사람에따라서는어떤한가지만의측광을 선호경향이있을수있으나이는사진을찍는사람의취향차이이며사진의의도에따라얼마든지변할수있다.

포컬플레인셔터도세로주행식과가로주행식이있지만가로주행식의경우여러가지문제로 인해거의쓰이지않고있으므로여기서는세로주행식만설명을할것이다. 이포컬플레인셔터는말그대로초점면에위치하는데(Focal-plane) 여러장의막(Curtain) 으로이루어져있다. 그러나 이글에서는설명의용이함을위해 2 개의막만존재하는것으로가정하여설명을한다.

일반적으로이 X-접점의값 은 180-300분의 1 초의값을갖는다. 이과정을그림으로표현하면다음과같다. 선막닫힌상태 ----------> 선막열린상태 ---------> 후막닫힌상태 --------> 선막닫힌상태 선막과후막은위에서아래로내려가면서열리고제일마지막의선막이닫힐때는아래에서위로올라가면서닫는다. * 이선막과후막의진행방향은카메라기종에따라다른듯하다.

이런문 제를극복하는방안이슬릿을이용하는방법인데, 선막이완전히개방되기전에후막이선막과일정한간격을이루며이 미지센서를스캔하듯노출을시키는것이다. 이렇게 X-접점보다빠른속도로작동되는셔터를고속셔터라하며작동하는 모습을간략히그림으로표현하자면다음과같다. 선막닫힌상태 ---> 선막이후막을뒤따라감 ----------------> 후막닫힌상태 -----> 선막닫힌상태 5.

4 다른부분의밝기는무시되는것이다. 이방식은특정부분만의밝기만을고려하여사진을찍어야할때유용하게활용할 수있다. 평균측광은파인더안에보이는모든부분을측광의대상으로한다. 따라서파인더안에보이는한화면안에서 밝기의차이가크지않은일반적인경우에두루두루사용되는측광방식이다. 사람에따라서는어떤한가지만의측광을 선호경향이있을수있으나이는사진을찍는사람의취향차이이며사진의의도에따라얼마든지변할수있다 셔터속도 & 포컬플레인셔터 셔터속도는흔히생각하기쉬운 셔터가작동하는속도 가아니라 이미지센서에빛이비춰지는시간 을말한다. 이셔 터속도를조절하는방식에는여러가지방식이있으나여기서는요즘의 DSLR 카메라에서두루쓰이고있는포컬플레인 셔터만을설명하기로한다. 포컬플레인셔터도세로주행식과가로주행식이있지만가로주행식의경우여러가지문제로 인해거의쓰이지않고있으므로여기서는세로주행식만설명을할것이다. 이포컬플레인셔터는말그대로초점면에위치하는데(Focal-plane) 여러장의막(Curtain) 으로이루어져있다. 그러나 이글에서는설명의용이함을위해 2 개의막만존재하는것으로가정하여설명을한다. 이 2 개의막은선막( 先 -) 과후막 ( 後 -) 으로구분되는데선막은셔터버튼을누르는순간아래로내려가서이미지센서면이노출되게한다. 후막은선막에 뒤따라서지정된셔터속도만큼시간을지체한후이미지센서를가린다. 이렇게선막이완전히개방된후후막이따라가 는방식을저속셔터라하며이지체시간중가장짧게설정될수있는값이 X- 접점이된다. 일반적으로이 X-접점의값 은 분의 1 초의값을갖는다. 이과정을그림으로표현하면다음과같다. 선막닫힌상태 > 선막열린상태 > 후막닫힌상태 > 선막닫힌상태 선막과후막은위에서아래로내려가면서열리고제일마지막의선막이닫힐때는아래에서위로올라가면서닫는다. * 이선막과후막의진행방향은카메라기종에따라다른듯하다. 그러나이글에서는위--> 아래를기준으로설명한다. 그러나날씨가좋은야외의경우에는주위의물체들이너무밝기때문에 X- 접점은턱없이긴셔터속도가되어버린다. 즉 X- 접점보다느린셔터속도를사용하게되면조리개를조이지않는이상노출이너무많이되어버리는것이다. 이런문 제를극복하는방안이슬릿을이용하는방법인데, 선막이완전히개방되기전에후막이선막과일정한간격을이루며이 미지센서를스캔하듯노출을시키는것이다. 이렇게 X-접점보다빠른속도로작동되는셔터를고속셔터라하며작동하는 모습을간략히그림으로표현하자면다음과같다. 선막닫힌상태 ---> 선막이후막을뒤따라감 > 후막닫힌상태 -----> 선막닫힌상태 5. 화이트밸런스(White Balance) 사진을찍을때는광원이필요하다. 이러한광원이어떤빛을발하느냐에따라서우리가보는색은달라져보이는데이 를수치화한것이 색온도 라는것이다. 이색온도를정하는과정은다음과같다. 완전흑체를가열하면온도에따른빛이 나오는데가열되고있는흑체의온도가 N Kelvin일때 X색의빛의나오면이 X색의색온도는 N Kelvin 이되는것이다. 따라서흑체의온도가높아진다는곧색온도가올라간다는의미이며그흑체가발산하는에너지가커진다는의미이다. 다시연결해보면 색온도가높아질수록흑체에서방출되는빛은푸른색의계열로변해간다. 정도가되겠다. 화이트밸런스라는것은디지털카메라에서제공하는기능이다. 이것은사진을찍을당시에인간의눈이보는색과가장비슷한색이표현되도록해주는기능인데일반적으로카메라에는 AWB(Auto-White Balance) 라는기능이있어서사진가가직접설정을해주지않더라도우리가보는색과 근접하게 화이트밸런스를맞춰준다. 어떠한환경에서는카메라가색온도를잘못인식하여보기에거북한색의사진이찍히는것을볼수있다. 이럴경우환경에알맞은색온도값을사용자가카메라에입력해주면된다. 6. 초점거리 DSLR 카메라렌즈에서초점거리의정의는 거리계의눈금을무한대에놓았을때렌즈의제 2주점에서이미지센서까지의거리 로되어있다. 이때제2주점이란렌즈의광축에평행하게들어오는광선의연장선과최종렌즈에의해굴절된광선의연장선이만나는점에서수선을내렸을때광축과수선의교차점을말한다. 말로만하면이해하기어려우니다음그림을참고하자.

(SLR클럽 thilbong 님글에서인용) 6-1. 화각 초점거리는화각과매우밀접한관련을가지고있다. 화각이란사진에찍히는대각선범위를각도로표시한것인데일 반적으로 줌(Zoom) 을한다' 는것은화각을작게하고초점거리를길게한다는것을의미하고 줌아웃(Zoom-out) 한다 라 는말은화각을크게하고초점거리를짧게한다는것을의미한다.

이바늘구멍사진기에서는이미지센서는나무의상이거꾸로맺혀있는곳이되고바늘구멍이카메라의렌 즈가되는데바늘구멍의중심이제2 주점이된다. 그럼설명을시작해보자. 바로앞의그림에서초점거리가짧아진다고생각하면( 제2주점과이미지센서와의거리가가까 워짐) 그림에서봤을때닮음의원리에의해이미지센서에맺힌상의크기는작아진다. 그러나이미지센서에맺히는상 의면적은일정하다.

5 (SLR클럽 thilbong 님글에서인용) 6-1. 화각 초점거리는화각과매우밀접한관련을가지고있다. 화각이란사진에찍히는대각선범위를각도로표시한것인데일 반적으로 줌(Zoom) 을한다' 는것은화각을작게하고초점거리를길게한다는것을의미하고 줌아웃(Zoom-out) 한다 라 는말은화각을크게하고초점거리를짧게한다는것을의미한다. 당연히 줌 이라는말에서알수있듯이초점거리가길 어지면화각은작아지며사진에찍히는물체는확대되는것이다. 줌- 아웃 은그의반대가되겠다. (Wikipedia 에서인용) 먼저화각과초점거리의관계를쉽게설명하려면렌즈를직접이용하는것보다카메라의시초인바늘구멍사진기를도 입하면된다. 이바늘구멍사진기에서는이미지센서는나무의상이거꾸로맺혀있는곳이되고바늘구멍이카메라의렌 즈가되는데바늘구멍의중심이제2 주점이된다. 그럼설명을시작해보자. 바로앞의그림에서초점거리가짧아진다고생각하면( 제2주점과이미지센서와의거리가가까 워짐) 그림에서봤을때닮음의원리에의해이미지센서에맺힌상의크기는작아진다. 그러나이미지센서에맺히는상 의면적은일정하다. 앞의그림만으로는이해하기가쉽지않으나바늘구멍을통과하는광선이나무에서오는것만은아니 라는것을고려한다면전체적인화각은커질것이다. 이말은찍힌한장의사진에더넓은범위의물체들이담길수있 다는것을의미한다. 반대로초점거리가길어지면초점거리가짧아지는경우와같은방법으로이해했을때이미지센서상의나무의크기는 보다커진다. 즉, 앞의그림에적용하면나무의일부분은잘려서사진에는나오지않게되는것이다. 초점거리와화각에대한설명은이정도로끝내야할것같다. 사실그림을더잘그릴수있으면( 특히초점거리-화각 관계에서) 좋을것같으나상황에알맞은그림을구하는것도쉽지않고그림실력이영아닌나로서는그림을그리기도 애매해서그냥위키백과에있는그림을인용하여말로때워버리게되었다. 사실위의내용만이해가된다면초점거리와 화각에대한전체적인설명은되었으리라고생각하므로수학적인적용은다루지않기로한다. 7. 조리개(Aperture)

피사계심도 우리가사진을볼때 선명하다 고인정할수있는구간의 실제거리 를의미한다. 여기서 실제거리 란 사진을실제로찍은공간에서의거리를말한다. 착란원점광원을렌즈를통해투사시켰을때보이는상을말한다. 조리개의역할은크게두가지로볼수있는데첫째는빛의투과량조절이고둘째는피사계심도의조절이다.

6 앞에서썼듯이조리개는카메라의렌즈부분에붙어렌즈를통과하는빛의양과피사계심도를조절하는기능을한다. 일단조리개가어떻게생긴것인지를먼저보고넘어가자. 왼쪽사진에서는조리개의구경차이를볼수있고오른쪽사진에서는여러장으로된조리개의날(Blade) 을볼수있다. 위에나온사진의경우는컴팩트카메라중에도몇몇고급기종들또는 SLR 또는 DSLR에서쓰이는렌즈들에서볼수있 는조리개의형태이며대부분의컴팩트디지털카메라에서는조래개를 ND 필터( 빛의투과량을줄이는필터) 로대체해버 리는경우도상당히많이볼수있다. 이러한경우에는일반적으로렌즈를들어다봐도조리개는찾을수없다. 여기서용 어정리를해보자. 피사계심도 우리가사진을볼때 선명하다 고인정할수있는구간의 실제거리 를의미한다. 여기서 실제거리 란 사진을실제로찍은공간에서의거리를말한다. 착란원점광원을렌즈를통해투사시켰을때보이는상을말한다. 조리개의역할은크게두가지로볼수있는데첫째는빛의투과량조절이고둘째는피사계심도의조절이다. 이두가 지는조리개의구경에따라달라지는데조리개가개방될수록빛이단위시간동안투과하는양은늘어나며피사계심도는얕아진다. 그반대로조리개가조여질수록빛이단위시간당투과하는양은줄어들며피사계심도는깊어진다. 여기까지는아주단편적인지식이므로좀더깊은곳으로들어가보자. 아마도빛이단위시간당투과하는양이조리개의구경에따라왜변하는지는설명할필요는없을것이다. 그러나피사계심도와조리개의연관성에관련한설명은해야할것같다. 피사계심도는착란원과아주밀접한관련이있기때문에자세한설명에앞서착란원이라는개념을먼저이해하고넘어가야한다. 어릴적에장난으로해봤던태양으로종이태우기를연상하면된다. 돋보기를통해종이에맺힌태양의상( 아주밝게빛나는..) 이곧착란원이되며초점이맞지않았을때태양의상은번지면서커지는현상을관찰할수있었을것이다. 이렇게맺힌상이크고흐릿한것을 착란원이크다. 라고표현한다. 이와는반대로태양의상이가장작게맺혔을때( 초점이맞았을때) 종이에불이붙기시작하는데( 설명을위해상이가장작다고한것이지실제로는상의크기가조금크더라고종이에는불이붙는다.) 이를보고 착란원이작다 라고표현한다. 물체는주변에광원이있다면광원이사라지지않는한빛을계속반사한다. 우리는물체가반사하는빛을물체가발산하는빛으로볼수있는데, 이러한점에서우리는물체를무수히많은점광원의집합으로볼수있다. 이렇게무수히많은점광원들이렌즈를통해이미지센서에상을맺는다고생각해보자. 이렇게생각해보면이미지센서에는무수히많은착란원이생길것이고이런착란원의크기가작아지면작아질수록착란원끼리겹치는부분이작아질것이므로사진에서의물체는선명해질것이라는것을생각해내는것은그리어렵지않을것이다. 피사계심도는다음그림을보면서설명하기로한다.

7 1: 초점이맞지않은물체 2: 초점이맞은물체 3: 초점이맞지않은물체 4: 렌즈 5: 이미지센서 오른쪽렌즈 : 조리개조여짐 왼쪽렌즈 : 조리개열림 위 ---> 아래순으로 클로버, 하트, 스페이드 *Wikipedia 에서인용 왼쪽그림은조리개가조여지지않은렌즈에의해맺힌상을나타낸것이다. 점 3개가렌즈를통과하여투영된부분을 확대한그림을보면 2 번째점을제외한다른점들은점을이루는광선의간격이넓어서착란원이크다. 초점이맞는점과 렌즈사이의거리는렌즈에따라정해진값이있기때문에정확히한점에서만초점이맞게된다. 따라서초점이맞지않 은클로버와스페이드에의한상은착란원의크기가커서착란원들의경계가명확하지못하고서로겹치기때문에상이 선명하지못하다. 오른쪽그림은조리개가조여진렌즈에의해맺힌상을나타낸것이다. 카드를향하는광원이있다면카드에의해난반 사된빛은카드의뒷부분을제외한모든부분을향한다. 즉, 카드에서반사되어렌즈를향하는광선도무수히많게되는 것이다. 이광선들이렌즈에서굴절된후에렌즈의초점을향하지않는다면이들은모두착란원을크게만드는요인이된 다. 이런광선들을조리개가가려준다면오른쪽렌즈에의해만들어지는상보다는더욱선명한상이생기게되는것이다. 이렇게조리개가착란원을크게만드는광선들을가려주면각점광원의착란원은작아지게된다. 스페이드, 하트, 클로 버모양은무수한점광원의집합으로볼수있으므로이모든점의착란원이작으면작을수록이미지센서에맺힌상의선명도는올라간다. 앞의설명을그림으로표현하면다음과같다. (SLR 클럽지니사랑님글에서인용) 이그림이그다지정밀한그림은아니지만착란원과조리개의관계를설명하는데는이만한것이없는듯하다. 왼쪽그림이앞서설명한초점을향하지않는광선들이착란원을크게만든상태를나타낸것이고오른쪽그림이조리개가이러한광선들을가려준상태가되겠다.( 가려진광선들의연장선이연하게표시되어있다.) 착란원의크기비교는표시된타원의크기를비교하면정확히알수있을것이다. 잘보면알겠지만조리개를통과하기전까지는광선의진행상태가같다. 8. 플래시

플래시 많은의미가있을수있으나이글에서는 순간적인빛을발광하는장치 로통일하여쓰기로한다. 카메 라에내장되어있는플래시와카메라의외부에따로장착하여쓰는플래시를굳이구분하여쓰지는않겠다. 조광( 조사) 플래시가빛을물체에비추는일. 광량사진을찍는주변의밝기를의미할수도있고플래시가조광하는빛의양을의미할수있다. 동조셔터의열림과닫힘에맞춰플래시를발광하게하는것.

8 플래시 많은의미가있을수있으나이글에서는 순간적인빛을발광하는장치 로통일하여쓰기로한다. 카메 라에내장되어있는플래시와카메라의외부에따로장착하여쓰는플래시를굳이구분하여쓰지는않겠다. 조광( 조사) 플래시가빛을물체에비추는일. 광량사진을찍는주변의밝기를의미할수도있고플래시가조광하는빛의양을의미할수있다. 동조셔터의열림과닫힘에맞춰플래시를발광하게하는것.?-TTL 줌 조사각 가이드넘버 플래시를사용할때더욱정확한조광이가능하게해주는기술이다. (? 는제조사마다다른어떤알파벳이들어가지만각각의방식에는큰차이가없다.) 플래시는화각과같은범위를조광해야한다. 화각보다넓은범위까지조광한다면낭비일것이고그보다더좁은범위를조광하면사진의노출이고르지못할것이기때문이다. 그러나줌렌즈를사용하게되면화각이계속변하게된다. 이렇게화각의변화에따라서적정범위를조광하기위해플래시램프앞에달려있는렌즈가이범위를조정하는것을 ( 플래시에서) 줌이라고한다. 렌즈의초점거리가 N mm 이고이때화각이 X 일때플래시가조광하는화각이 X 라고하면플래시헤드( 플래시램프앞부분으로렌즈가달려있다.) 의조사각이 N mm 라고표현한다. 조리개값이 1 일때플래시가적절하게조광할수있는최대거리를표시한것이다. 감도, 미터법, 조사각에따라이숫자는바뀔수있다. 표시예>38(ISO 100, m, 50mm) --> ISO 100 이고조사각이 50mm일때 38m 플래시를모르는사람은카메라를쓰는사람치고없을것이다. 그러나정작플래시를제대로알고쓰는사람을많지않다. 애석하게도글을쓰는나조차도플래시를쓰는것이상당히서툴다. 그러나이글은 사진잘찍는방법 을설명하는것이아니므로나의플래시사용스킬은그다지중요하게고려될만한점이아닐것이다. 플래시는일반적으로광량이부족한환경에서사진을찍을때부족한광량을채워주는역할을한다. 이앞의말을조금더깊이생각해보자 부족한광량 을채워주기위해서는이부족한광량이라는것이구체적으로얼마나되는가를측정할필요가있다. 자동플래시시스템이개발되기전에는사용자가감(feeling) 에따라플래시가발광하는빛의양을조절해줄필요가있었으나자동플래시시스템이개발되면서자동으로부족한광량을인식하여적절히노출이된사진을얻을수있게되었다 동조그럼플래시는어떻게셔터가작동하는상황에따라조광을해줄수있을까? 여기서다시포컬플레인셔터의작동원리가도입된다. 기억이나지않는다면 4-5 부분을참고하자. 저속셔터에동조하는방법은아주간단하다. 그냥선막이열려있는동안후막이내려오기전에플래시를터뜨려주면되는것이다. 그럼고속셔터에동조시키는것은어떻게해야할까? 고속셔터는슬릿을만들며이미지센서를스캔하듯지나간다. 이슬릿사이로플래시를한번만터뜨려준다면그슬릿부분만노출이되어왼쪽과같은사진이나온다. 사진을보는그누구든간에이런사진을원하는사람은없을것이다. 그럼이를어떻게해결한단말인가? 4-4의고속 셔터가작동하는원리를잘이해했다면그리어렵지않게생각해낼수있을것이다. 바로슬릿이일정부분을지나갈때 마다( 겹치지않고마치한칸한칸쌓일때마다) 플래시를터뜨려주는것이다. 그렇게되면전체적으로일정한노출이 이루어지는결과를얻기때문에앞의오른쪽사진이나올수있다 TTL 플래시 플래시의조광방식은매우다양하다. 그러나이글에서는대다수의 DSLR에서쓰이고있는 TTL 방식의플래시에대해 서만설명하도록하겠다. TTL은 Through The Lens 의줄임말로렌즈를통해뭔가를한다는의미를담고있다. TTL 플래시시스템( 이하 TTL 플래시) 은과거에쓰이던 A 모드( 대부분의카메라에서 TTL 플래시를지원하므로이글에서는다루지않는다.) 의단점을보 완하기위해개발된플래시측광방식이다. A모드는플래시자체의광량센서가주위의빛을감지하여플래시를터뜨려주는 반면 플래시는카메라가플래시의광량조절에필요한모든일을하게된다 즉 플래시는카메라의 발광시작 발 TTL.,,

9 광정지 명령에따르기만하면되는것이다. 플래시에서의측광은주변의광원으로부터오는빛만이아니라플래시자체발광에의해변하는요인도포함해야한다. 예전의 A 모드에서는금속, 거울등과같이빛을반사시켜버리는물체가있을경우정확한플래시광량을산출해내는것이 불가능했으나 TTL 플래시에서는플래시에의한요인도고려가되는측광방법이도입이된다. 그럼 TTL 플래시에서의 측광은어떻게이루어지는것인가? 기본적으로 TTL 플래시의측광에는주변의광원에의한빛도포함이되며그에더하여플래시의주발광(Main-) 전에 예비발광을수차례실시한다. 이예비발광을할때렌즈로들어온빛이셔터막에서반사되는빛을측정함으로써주변의 환경까지확인하는작업을거친다. 이결과주변의광량만을측정하여발광을하는 A모드에서와는달리 TTL 시스템에서 는물체가반사하는빛까지인식을할수있기때문에더욱정확한노출을얻을수있다. 최근에는이측광에렌즈로부터 전달받은물체까지의거리정보도참고하여발광량을결정하기때문에초기의 사용이가능해졌다. 9. 그외것들 앞에서설명하지않은것들중더필요하다고생각하는내용을모아봤다 노이즈 TTL시스템보다도더욱정확해진플래시의 이미지센서는일종의축전기(Capacitor) 이다. 각픽셀마다축전기가달려있는형태가되는데이축전기에저장되는전 기에너지는노출에서얻은빛에서온다. 빛에의해발생되고축전기에저장된전류들의신호는이미지프로세서로보내 진다. 필름시대에서디지털시대로넘어오면서사진의어두운부분을보면원래사진과는관련이없는붉은색, 녹색, 청색의점 이있다는것을알수있다. 이를노이즈라고하는데일반적으로사진을찍는환경이어두워질수록, 감도가높을수록노이 즈는증가한다. 그럼이노이즈의원인은무엇일까? 앞서설명했듯이이미지센서는전기에의해동작하게된다. 즉, 이미지센서자체가하나의회로라고생각할수있다. 그런데이회로는여러요인에의해원래신호와는관련이없는잡음( 노이즈) 을만들어낼수가있다. 대표적으로이미지 센서에가해지는열(Heat) 을들수있는데이것은천체관측용이미지센서를사용할때액체질소까지동원해가면서센서 를식히는모습에서그열의영향이얼마나큰지를세삼알수있다. 이미지센서는빛을받아들이는감도를직접조절하지못한다. 단지카메라의소프트웨어가들어온빛을인식하는수준 을바꾸는것일뿐이다. 좀극단적이지만구체적인예를들어설명해보자. 센서에 30 이라는세기의빛이들어왔다고하고이미지프로세서(Image Processor, 이하프로세서) 는세기 35 이상의 빛만을인식하여처리한다고하면센서는프로세서에신호를보내지만이신호는무시된다. 그러나감도를올려서프로세 서가세기 30 이상의빛을인식하도록하면이빛은프로세서에의해처리되고결과물인파일에나타나게되는것이다. 이때노이즈가등장한다. 이예에서는노이즈가가지고있는신호의세기가 20 이라고가정하자. 이때감도를높여서세 기 15 이상의빛들을인식되도록하면결과물인파일에도 20 의세기를가지는노이즈가나타나게되는것이다. 최근에는카메라의화소수가정말비약적으로증가하고있다.( 이미화소수는 2000 만화소를넘어섰다.) 그런반면에센서 의크기는더이상커지지않고있으며, 이또한노이즈를늘어나게하는한요인이되고있다. 같은면적안에더많은 수의정사각형들이들어가게되면그만큼각정사각형의넓이는줄어들게된다. 당연히넓이가줄어들게되니단위면적 당할당되는빛의세기는약해질수밖에없다. 셔터속도는유지해야하고... 이를위해서는감도를높일수밖에없다. 간 단히말하면같은크기의센서를가지고있는카메라라고할지라도같은감도에서비교했을때화소수가많은카메라가이미지처리에쓰이는감도는더높은것이다. 이러한사실때문에화소수가엄청나게높은카메라들의노이즈가심각할수밖에없다. 일반적으로모든디지털카메라에는이런노이즈를줄이기위한여러가지장치가되어있다. 그러한과정을정확하게는알수없으나, 요즘에와서는이런처리기술이상당히발전되어 ISO400에서만해도들끓던노이즈들이 ISO1600에서조차도거의보이지않는수준까지와있는상태이다 코사인오차코사인오차는어떤물체에초점을맞춘뒤카메라와원래물체까지의거리가같은다른위치의물체로구도를변경했을때원래초점을맞췄던물체에초점이맞지않는현상을말한다. 그럼다음그림을보면서간단한문제로알아보도록하자. 먼저원의중앙에카메라가위치해있다. 따라서점A, B 는모두카메라와같은위치에있게된다. 여기서부터문제... 앞에서설명한상황에서홍석이가사진을찍으려고한다. 홍석이는초점을점A 에맞추고싶으나, 측거점( 카메라가자동으로초점을맞춰줄수있는영역) 은파인더의정중앙에단하나있다. 홍석이는구도를생각하니점 A를정중앙에놓을수는없고주위를살펴보다가카메라와점A 사이의거리와같은위치에있는점B 를발견했다. 운이좋게도점B에초점을맞추면 A 의초점도맞고구도도좋을것같다. 사진을기분좋게찍고나서집으로돌아온홍석이는사진을확대해서본다. 정작중요한점A는흐릿하게나오고점B 만선명하게찍혀있다. 홍석이는분명히사진을찍는과정에는문제가없는데왜이런문제가생기는지고민하기시작한다. 왜이런문제가생긴것일까? 이런문제를발생기키는요인이 코사인오차 이다. 이오차는 3차원인공간을 2차원의평면인이미지센서에투영시키면서발생한다. 그림과앞의문제에서보면눈치로도알수있겠지만카메라와같은거리에있는물체는모두초점이맞

10 으리라는생각은틀린것이다. 아마도공간의평면화과정에서공간감을 느끼게하는깊이라는요소가빠지기때문인듯하다. 따라서점B에초점을맞췄다면초점이맞는물체들은 ( 점B 에서그은접선) 상에있는것들 이된다.( 사실, 실제촬영에쓰이는렌즈는완벽하지않기때문에렌즈의 주변으로갈수록초점이맞지않은듯하게상의선명도는떨어진다.) 즉, 홍 석이는 의 거리 ( ) 에 초점을 맞추어야 비로소 점A 에초점이맞게할수있는것이다. 이런현상을 코사인오차 라고하며사진을찍을때는맞는것같지만 조금만확대하면그차이를알아버릴수가있다. 사실필름시절에는코사 인오차가큰화재거리가되지못하였으나디지털로넘어오고확대가자유 로워지면서인화된결과에는큰영향을미치지않는여러현상들이심각한 문제처럼다뤄지고있다. 그러나결과물에만큰영향이없다면거의무시 해도될만한현상이니, 괜한골머리를앓을필요는없다는게내생각이 다 손떨림 & 손떨림보정 사진에서 손떨림현상이발생했다. 는말은흔히듣는말이다. 이를원인을밝혀쓰자면 셔터가열려있는동안에손에 쥐고있는카메라가흔들려서사진이흐리게나왔다. 정도가된다. 이런현상이일어나는원인은매우간단하다. 센서가빛 을받아들이고있는동안에카메라가흔들려서상들이겹쳐져나오는것이다. 좀더자세한설명을하기위해다음그림 을보자. 일단광축과평행한물체로부터들어오는광선이화각을결정한다는가정하에설명을진행한다. 렌즈의오른쪽에있는얇은선이센서가되고사진에찍히는물체는굵은선과다른얇은선이 90 로겹쳐져있는것이다. 왼쪽그림이흔들리지않았을때이미지센서상에맺히는상의모습이되고, 오른쪽의경우가손이떨려서렌즈가원래의물체를정확히향하지않는경우가된다. 왼쪽그림은설명할필요가없겠으나오른쪽그림의경우는광축이원래와달리틀어졌기때문에원래광축과의간격이생기게된다. 이간격에는다른물체의빛이올수있으니정상적으로빛을받아들이던이미지센서에는원래의빛과는다른빛을받아들이게되어서상이겹치게되고그림에서알수있듯이초점도제대로맞지않게된다. 이렇듯이왼쪽그림의작은타원안에들어갈수있는다른상들(Other Images) 과코사인오차까지더해져서이미지를흐릿하게만드는요인이된다. 이런손떨림현상을해결하는궁극적인방법은아주간단하다. 셔터속도를높이면되는것이다. 그러나셔터속도를높이려면주위를밝게하거나조리개를연다던가, 감도를높여야하는데주의를밝게하는것은대부분의사진찍는상황에서불가능한상황이며조리개역시개방하는데에는한계가있다. 마지막수단으로감도를높여야하는데감도를높이는것조차도노이즈로인한한계에부딪히게된다. 그럼해결책은무엇인가? 궁극적인방법은아니지만 손떨림보정 이라는기술을이용하면된다. 사실이런아이디어는위의내용이이해가된다면아마도조금만생각해봐도떠오르지않을까싶다. 렌즈가틀어져서발생한광로의틀어짐을원래대로보정해주면되는것이다. 그럼이러한보정은어떻게하는것일까? 여기에는렌즈를이용한보정( 카메라렌즈에내장) 과카메라바디에서행하는보정이있다. 먼저렌즈를이용한보정을알아보자. 손떨림보정렌즈에는일반적인렌즈군외에도보정렌즈가들어있다. 이보정렌즈는자이로스코프( 또는압전소자) 를사용하여사용자의손이( 카메라가) 어떻게떨리는지감지하고이떨림으로발생하는광로의틀어짐을바로잡아준다.( 이글에서이런장치들이어떻게떨림을감지하는지에관한내용은다루지않는다.) 이런장치들을이용하기때문에손떨림보정기술이적용된렌즈가작동할때귀를기울여들어보면소리가난다.( 사람들은이를가리켜 돈값하는소리 라고하기도한다;;) 당연히렌즈가추가적으로들어가기때문에일반적으로손떨림보정렌

즈는값이매우고가이다. 좀더깊이들어가자면자동초점(Auto-Focus, AF) 을주관하는센서로가는이미지도안정되기 때문에바디에의한보정보다는 AF 에서더유리하다고볼수있다. 바디에서행하는보정은상의흔들림에맞춰이미지센서가같이움직여주는방식이다. 이방식의장점을꼽자면모든 렌즈에서손떨림보정이행해진다는것이되겠다. 일반적으로가격도손떨림보정렌즈를사는것보다저렴하다.

11 즈는값이매우고가이다. 좀더깊이들어가자면자동초점(Auto-Focus, AF) 을주관하는센서로가는이미지도안정되기 때문에바디에의한보정보다는 AF 에서더유리하다고볼수있다. 바디에서행하는보정은상의흔들림에맞춰이미지센서가같이움직여주는방식이다. 이방식의장점을꼽자면모든 렌즈에서손떨림보정이행해진다는것이되겠다. 일반적으로가격도손떨림보정렌즈를사는것보다저렴하다. 그러 나렌즈를이용한보정과는달리파인더상에서보정되는실시간의모습을확인할수가없다는단점이있다 Bit와 16Bit의진실 이부분의본론으로들어가기전에먼저이런수많은색을컴퓨터가어떻게표현할수있는지를알아볼필요가있다. 컴퓨터는모든정보를 0, 1로저장하고처리한다는것과컴퓨터정보의최소단위는비트라는사실은대부분알고있을것 이다.( 이사실을풀어쓰자면 1비트의정보는이진수한자리로표현되고 비트의정보는이진수 자리로표현된다. 정도 가되겠다.) 역시사진파일도 0, 1 로만이루어진정보로저장, 처리가이루어진다. 사진파일은수백만개의픽셀로이루어져있는 데각픽셀마다색정보가있어야색이있는, 명암이있는사진이나올수있을것이다. 이러한색정보는 R(Red), G(Green), B(Blue) 의세가지채널(Channel) 로나누어져저장되는데각채널의명암조합에의해서수많은색들이나오게된다. 컴퓨터화면의해상도를조절하는창을잘보면?? 비트(?? 컬러) 혹은??(?? 비트) 라는문구를찾을수있다. 이말은화면을표시하는픽셀하나가가질수있는색의가짓수를나타내는말인데예를들어 8 비트 라는말은각채널이 8자리의이진수가가질수있는값의갯수 ( ~, 256 가지) 만큼의명암단계를가질수있다는것을의 미하며채널이 3개이므로 가지의색을픽셀하나가가질수있다는말이된다. 대충 1600만가지가넘 는다. 사실상이런색들을다구분하지도못할것이니그이상은필요가없을것이라는생각을하게된다. 결국컴퓨터로 그냥사진이나보고인터넷, 게임정도만한다고하면이보다더많은색은메모리의낭비에불과한것이다. 그러면 16 비트, 24 비트. 32 비트의색은왜있는것일까? 디지털사진이등장하면서포토샵과같은프로그램등으로사 진의수정이매우쉬워졌다. 문제는여기서발생한다. 일반적으로디지털카메라는무압축(Non-Compression) 파일의경우 12또는 14비트로색의정보를읽은후 16비트로 변환하여저장을한다. 압축파일의경우는 Jpeg라는확장자로저장을하며이형식은 8비트이상의색정보를가지지못 한다.( 당연히 12,14비트를 8 비트로변환하는과정에서색정보의손실이일어난다.) 그러니이런 8비트의파일을가지고 수정을하면 16 비트로변환되어저장된파일을수정한것보다품질이떨어지는결과물을얻을수밖에없다. 다음그림에 서확실히알수있다. 분명히밝혀놓지만예의그림은아주극단적인경우로이런현상이일어난다는것은사실상불가 능하다. 그러나다음그림처럼심하지는않더라도사진의후처리를많이할수록이런현상이눈에띌정도로두드러지게 나타나는것은분명한사실이다. 바로앞의그림에서확인할수있듯이오른쪽그림에서계단현상이발생했다. 앞내용에서 품질이높은결과물 이란말이왼쪽그림을지칭한다고보면되겠다. 사진을찍고나서바로인화를하러사진관으로달려간다면어차피인간의눈은그많은색들을구분할수없을것이므로 8비트니 16 비트니하는구분은아무런의미도갖지를못하나, 그래픽작업을업으로삼는사람들은이모든것들이최종결과물의품질과좌우되기때문에이런사소한것에민감할수밖에없다. 글을끝내며... 원래이글을처음기획할때는디지털카메라에관한기초적이해만아주쉬운언어(?) 로다루려고했었다. 그런데글을쓰다보니정말어렵기짝이없는글이되고말았다.( 정말죄송하다ㅠㅠ) 아마도이글과관련된분야관심을가지고어느정도공부(?) 를하지않은이상이글을척척이해하기란매우어려울것이다. 그러니이글을이해하는것이어렵다면그분야에관심이생기게된후에이글을다시읽어줘도나는정말감사할것이다. 더불어이글에쓰인 일반적 이라는말은 대부분의것들이그렇게되지만일부는그렇게되지않는것도있다. 라는문장과동일하다고생각하면된다. 그리고내가아는모든지식들을최대한정확하게쓰려고노력했으나앞의내용중일부는정확하지않은것들도있을수있음을밝히는바이다.( 사실틀린게그렇게눈에띄지는않는다. ^^;;)

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