스마트폰으로 인생샷 남겨드립니다! 사진의 퀄리티를 결정하는 ‘이미지센서’ 이야기

삼성전자는 최근, 스마트폰으로 촬영했다는 사실이 믿기지 않을 정도로 최첨단 고감도 촬영 기술이 탑재된 1억 800만화소 이미지센서 ‘아이소셀 HM3’를 선보였습니다. 물리적 한계를 극복하고 우수한 기술력을 지닌 이미지센서가 탄생하기까지 과연 어떤 노력이 있었을까요?

선명한 화질의 비결, ‘1억 800만화소 픽셀’

사진을 찍을 때 가장 중요한 요소는 바로 ‘화질’입니다. 그리고 화질을 결정하는 것 중 하나가 ‘화소의 개수’이죠. 화소 수가 많을수록 정밀하고 해상도 높은 사진을 촬영할 수 있기 때문인데요. 삼성전자는 지난해부터 화소 수가 1억 800만에 달하는 이미지센서를 출시하며 프리미엄 이미지센서 시장을 선도하고 있습니다. 스마트폰으로 촬영해도 피부 결까지 확인할 수 있는 시대가 온 것이죠.

픽셀 간 간섭 현상을 줄이는 ‘아이소셀’ 기술

하지만, 1억 800만화소의 이미지센서를 만들기 위해서는 여러 한계를 극복해야 했습니다. 먼저 픽셀의 크기가 많이 작아져야 했죠. 새끼손톱만 한 이미지센서 칩 안에 1억 800만개의 픽셀을 집적해야 했던 것입니다.

당시 픽셀의 크기를 작게 만드는 것도 큰 도전이었지만, 픽셀이 작아지면서 또 다른 문제가 발생했습니다. 픽셀이 소형화됨에 따라 빛을 받아들이기도 어려워졌는데, 옆 픽셀로 빛이 새어나가는 ‘간섭현상’이 생긴 것이죠. 이 경우 옆 픽셀에서 들어오는 신호는 이미지센서가 노이즈 성으로 받아들이기 때문에 색상 선명도와 해상도가 낮아질 수 있습니다. 이 때문에 다른 픽셀로 빛이 새어 나가지 않도록 하는 것이 관건이었습니다.

이에 삼성전자는 각각의 픽셀 안에 절연층의 격벽을 쳐 픽셀 간 간섭 현상을 줄이는 ‘아이소셀’ 기술을 개발했고, 이 방법으로 광손실과 간섭현상을 획기적으로 줄일 수 있었습니다.

야간 촬영 노이즈 goodbye! 어두운 환경에서도 고감도 촬영이 가능한 ‘노나픽셀’

뛰어넘어야 하는 한계는 또 있었습니다. 어두운 환경이나 야간 촬영 시에 생기는 노이즈 문제인데요. 픽셀 하나하나의 크기가 작다보니 자연스레 들어오는 빛의 양이 줄었고, 야간 촬영에서 보기 싫은 노이즈가 생기게 된 것이죠.

삼성전자는 이 문제를 극복하기 위해 인접한 픽셀 9개를 하나의 큰 픽셀(3×3)처럼 활용해 빛을 더 많이 받아들이는 ‘노나픽셀’ 기술을 적용했습니다. 9개의 픽셀로 들어오는 빛의 정보를 하나로 합쳐 빛의 양을 늘렸고, 이로써 야간 촬영이나 어두운 환경에서도 노이즈가 없는 깨끗한 사진, 영상을 촬영할 수 있게 되었는데요.

빛이 충분한 환경에서는 0.8㎛(마이크로미터, 100만분의 1미터) 크기의 작은 픽셀 1억 800만개로 선명한 고화질 이미지를, 어두운 환경에서 인접한 픽셀을 2.4㎛ 크기의 큰 픽셀로 사용해 고감도 촬영을 할 수 있게 된 것입니다.

지금까지 스마트폰의 작은 렌즈 속, 여러 물리적 한계를 넘어선 삼성전자의 이미지센서 기술력에 대해 알아봤는데요. 더 자세한 이야기는 영상을 통해 확인해 주세요!