조리개를 조이면 별이 더 선명해질까

조리개를 조금 조이면 모서리 별의 모양이 좋아질 수 있습니다. 대신 한 스톱마다 빛을 절반씩 잃습니다. 필요한 만큼만 조이는 것이 핵심입니다.

초점을 맞추고 은하수를 찍었습니다. 가운데 별은 작은 점인데 모서리 별에는 꼬리가 달려 있습니다. f/1.4로 찍던 렌즈를 f/2.8로 조였더니 꼬리는 줄었습니다. 하지만 같은 시간 동안 찍은 하늘은 훨씬 어둡습니다.

어느 쪽이 더 좋은 사진일까요. 모서리만 보면 조인 사진이 낫지만, 희미한 은하수까지 보면 답이 달라집니다. 이번에는 별의 모양과 모으는 빛을 함께 보며 조리개를 고르는 방법을 살펴봅니다.

숫자가 커지면 구멍은 작아집니다

조리개는 렌즈 안에서 빛이 지나가는 구멍의 크기를 조절합니다. f/1.4, f/2, f/2.8처럼 적힌 숫자가 F값입니다. 이 값은 초점거리를 렌즈 앞에서 보이는 구멍의 지름으로 나눈 것입니다.

같은 14mm 렌즈라면 f/1.4일 때 구멍의 지름은 약 10mm, f/2.8일 때는 약 5mm입니다. F값이 두 배가 되면 지름은 절반이 됩니다. 구멍을 줄이는 일을 조리개를 조인다고 합니다. 반대로 구멍을 크게 만드는 것은 조리개를 여는 것입니다.

빛이 통과하는 면적은 지름의 제곱에 비례합니다. 지름이 절반이면 면적은 4분의 1입니다. 그래서 같은 렌즈에서 같은 시간 동안 찍으면, f/2.8은 f/1.4보다 빛을 약 4분의 1만 모읍니다. 숫자가 두 배라고 빛이 절반이 되는 것은 아닙니다.

렌즈가 허용하는 가장 작은 F값을 최대 개방이라고 부릅니다. f/1.4 렌즈의 최대 개방은 f/1.4입니다. f/2.8 렌즈라면 f/2.8입니다. 누구에게나 같은 조리개 값에서 시작하라는 뜻은 아닙니다.

한 스톱을 조이면 빛은 절반입니다

사진에서는 빛의 양이 두 배 또는 절반이 되는 차이를 한 스톱이라고 합니다. 조리개를 한 스톱 조이는 순서는 f/1.4 → f/2 → f/2.8 → f/4 → f/5.6입니다. 각 숫자는 쓰기 편하게 반올림한 값입니다.

f/1.4에서 f/2.8까지는 두 스톱입니다. 빛이 절반으로 줄고, 다시 절반으로 줄어 처음의 4분의 1이 됩니다. 같은 빛을 모으려면 촬영 시간을 네 배로 늘려야 합니다.

같은 렌즈·초점거리에서 한 스톱 간격으로 계산한 표입니다. 유리를 통과하면서 잃는 빛은 제외했습니다. 별의 경우에는 가장 밝은 화소 하나가 아니라, 별에 해당하는 여러 화소에 들어온 빛을 모두 합쳐 비교합니다. 조리개에 따라 별의 모양도 바뀌므로 한 화소의 밝기는 이 비율과 다를 수 있습니다.

왜 모서리 별이 나아질까요

실제 렌즈는 별에서 온 빛을 한 점에 완벽하게 모으지 못합니다. 이를 수차라고 합니다. 특히 화면 가장자리에서 별에 꼬리가 생기는 코마가 눈에 띌 수 있습니다. 조리개를 조이면 빛이 지나는 범위가 좁아지면서 이런 꼬리가 줄어드는 렌즈가 많습니다.

여기서 초점을 다시 맞추는 일과 조리개를 고르는 일을 구분해야 합니다. 가운데부터 흐리다면 초점을 먼저 확인합니다. 초점은 맞는데 모서리의 모양이 아쉽다면 조리개를 조금씩 바꿔 비교합니다. 자세한 증상 구별과 초점 맞추기는 무한대 초점 맞추기에서 다룹니다.

모든 렌즈가 같은 속도로 좋아지지는 않습니다. 최대 개방에서도 모서리 별이 작은 렌즈가 있고, 조여도 한쪽 모서리가 계속 흐린 렌즈가 있습니다. “별 사진은 반드시 f/2.8”처럼 하나의 값을 정해 두기보다 자신의 렌즈로 확인해야 합니다.

모서리가 밝아져도 전체 빛은 줄어듭니다

사진의 가운데보다 가장자리가 어둡게 찍히는 현상을 비네팅, 또는 주변 감광이라고 합니다. 렌즈에 따라 조리개를 조이면 이 밝기 차이가 줄어듭니다. 가운데와 모서리가 더 비슷해지는 것입니다.

그렇다고 모서리가 반드시 더 많은 빛을 받는 것은 아닙니다. f/1.4에서 f/2.8로 조이면 전체적으로 받는 빛이 크게 줄어듭니다. 주변 감광이 개선돼도, 같은 시간에 찍은 사진 전체는 어두워질 수 있습니다.

보정으로 사진의 밝기를 맞추면 모서리가 상대적으로 환해진 것을 보기 쉽습니다. 다만 밝기를 올렸다고 촬영할 때 놓친 빛이 돌아오지는 않습니다. 잡음과의 관계는 ISO와 잡음에서 이어 볼 수 있습니다.

아래 조리개 실험에서 f/1.4와 f/2.8을 번갈아 골라 보세요. 왼쪽은 최대 개방의 기준이고, 오른쪽은 선택한 조리개입니다. 두 사진 모두 실제 노출 시간은 20초로 두었습니다.

실험에서 해 볼 만한 것들입니다.

• “밝기 맞춤”에서 f/1.4와 f/2.8을 비교합니다. 오른쪽 모서리 별의 꼬리가 줄고 가운데와 주변의 밝기 차이도 작아집니다.
• f/2.8인 채 “20초 그대로”를 누릅니다. 모양은 개선됐지만 사진은 어두워집니다. 같은 시간에 모은 빛은 기준의 25%입니다.
• f/2로 바꾸면 모은 빛은 50%, 같은 빛에 필요한 시간은 약 40초입니다. f/2.8보다 덜 조이는 선택이 무엇을 남기는지 비교합니다.
• 슬라이더를 f/5.6까지 옮깁니다. 이 예에서는 꼬리가 더 작아지지만, 같은 빛을 모으는 시간은 약 320초가 됩니다.

별의 모양과 주변 감광은 가상 렌즈의 개념도입니다. 특정 제품의 성능이나 최적 조리개를 예측하지 않습니다. 그림에는 잡음과 회절, 별의 흐름을 넣지 않았습니다. “밝기 맞춤”은 표시만 밝힌 것이며, 모은 빛의 양은 그대로입니다.

필요한 시간을 그대로 늘릴 수는 없습니다

표에서 f/2.8의 80초를 보고 그대로 촬영하면 다른 문제가 생깁니다. 고정 삼각대에서는 그동안 별이 움직여 길게 찍힐 수 있습니다. 같은 빛을 모으는 시간과 별이 점으로 남는 시간은 서로 다른 값입니다.

우선 셔터 속도 실험으로 자신의 초점거리와 화소 크기에 맞는 출발점을 찾습니다. 그 범위 안에서 조리개를 바꿔 시험 촬영합니다. 조리개를 조였을 때 모서리의 개선이 작다면, 빛을 더 받도록 여는 편이 나을 수 있습니다.

모서리의 개선이 크다면 조인 설정을 쓰면서 촬영 장수를 늘릴 수도 있습니다. 같은 노출 여러 장을 모으는 방법은 스태킹에서 다룹니다. 하늘을 따라가는 적도의를 쓰는 선택도 있습니다. 어느 경우든 별 모양을 얻기 위해 시간을 얼마나 더 쓸지 생각해야 합니다.

실제로는 세 장부터 비교합니다

같은 구도에서 최대 개방, 한 스톱 조임, 두 스톱 조임으로 각각 한 장씩 찍어 보세요. 예를 들어 f/1.4 렌즈라면 f/1.4, f/2, f/2.8입니다. 초점은 각 설정에서 확인하고, 셔터 속도와 ISO는 우선 같게 둡니다.

먼저 사진 전체의 어두워진 정도를 비교합니다. 그다음 보정에서 밝기를 비슷하게 맞춘 뒤 가운데와 네 모서리를 같은 배율로 확대합니다. 밝기가 다른 채로만 비교하면 어두워진 꼬리가 덜 보이는 것을 선명해진 것으로 착각하기 쉽습니다.

별의 꼬리가 충분히 줄었다면 더 조일 필요가 있는지 생각해 봅니다. 조리개를 많이 조이면 회절, 즉 작은 구멍을 지난 빛이 퍼지는 효과도 커집니다. 수차를 줄이는 이득이 계속 커지기만 하는 것은 아닙니다. 위 개념도에는 이 효과가 없으므로, 오른쪽 끝이 최적이라는 뜻으로 읽지 않아야 합니다.

마지막 판단은 실제로 사용할 사진 크기에서 합니다. 크게 확대하면 보이던 모서리의 작은 꼬리가 완성 사진에서는 거의 드러나지 않을 수도 있습니다. 보여 줄 크기에서 별 모양이 충분히 괜찮고, 빛을 가능한 많이 받는 설정을 고르는 것이 목표입니다.

참고 자료와 계산의 범위

• Nikon, A Basic Look at the Basics of Exposure: 조리개와 노출, 한 스톱의 관계.
• Edmund Optics, Lens Iris Aperture Setting: 조리개 크기와 광량, 광학 성능의 관계.
• Laowa, Coma in Astrophotography: 중앙·모서리 별의 비교와 조리개를 조였을 때의 변화.
• Nikon, Keeping Pictures Sharp at Small Apertures: 큰 F값에서 나타나는 회절의 영향.
• 광량은 같은 초점거리에서 F값 제곱에 반비례하도록 계산했습니다. 표시 F값의 반올림 때문에 생기는 작은 차이는 정확한 한 스톱 간격으로 정리했습니다. 별 모양·주변 감광·화면의 표시 밝기는 원리를 설명하는 도식입니다.

정리

• 같은 렌즈에서 F값이 커지면 빛이 지나는 구멍은 작아집니다.
• 한 스톱 조이면 같은 시간에 모으는 빛은 절반, 같은 빛에 필요한 시간은 두 배입니다.
• 모서리 별과 주변 감광은 개선될 수 있지만, 렌즈마다 차이가 있습니다.
• 밝기를 맞춘 보정은 잃은 빛을 되찾지 못합니다. 길어진 노출에서는 별의 흐름도 확인합니다.
• 최대 개방부터 조금씩 비교하고, 필요한 만큼만 조입니다.