2022년 2월 25일카메라 픽셀 크기는 카메라 센서의 각 픽셀의 물리적 크기(가로와 세로)를 나타내며, 일반적으로 마이크로미터(μm) 단위로 측정됩니다. 이는 카메라의 감도와 미세한 디테일을 포착하는 능력에 영향을 미치는 중요한 사양입니다. 하지만 이미지 픽셀 크기(센서 픽셀 크기와 광학 시스템 배율에 의해 결정됨)는 이미지의 여러 특성을 결정하는 데 더욱 직접적인 역할을 합니다.
1. 센서 픽셀 크기와 이미지 픽셀 크기 간의 관계
센서 픽셀 크기 vs. 이미지 픽셀 크기:
센서 픽셀 크기는 센서 상의 단일 픽셀의 물리적 크기입니다. 하지만 이미지 픽셀 크기는 센서 픽셀 크기를 시스템 배율로 나눈 값에 따라 결정됩니다.
광학 시스템의 배율(렌즈나 현미경 대물렌즈와 같은 광학 부품에 의해 결정됨)은 실제 이미지 픽셀 크기에 중요한 역할을 합니다.
광학 시스템의 영향:
고정 초점면 시스템(예: 현미경 대물렌즈)과 가변 초점면 시스템(예: 일반 카메라 렌즈)의 차이점:
고정 초점면 시스템에서 픽셀 크기는 배율과 직접적인 관련이 있으며, 픽셀이 클수록 더 많은 빛을 모아 감도가 높아집니다.
초점 조절이 가능한 시스템에서는 피사체와의 거리를 변경하거나 줌 렌즈를 사용하여 확대율을 조절할 수 있으며, 이는 결과적으로 이미지의 유효 픽셀 크기를 변경합니다.
2. 감도 및 픽셀 크기
더 커진 화소와 향상된 감도:
픽셀 크기가 커지면 더 많은 빛을 모을 수 있어 카메라의 감도가 향상되며, 특히 저조도 환경에서 더욱 효과적입니다.
비유하자면, 더 큰 픽셀은 빗물을 모으는 데 사용하는 컵과 양동이에 비유할 수 있습니다. 면적이 클수록 더 많은 광자를 모아 감도가 향상됩니다.
예를 들어, 픽셀의 크기가 X축과 Y축 방향으로 모두 두 배로 커지면 픽셀 면적은 네 배로 늘어나므로 네 배 더 많은 광자를 모을 수 있습니다.
저조도 촬영의 이점:
픽셀 크기가 커지면 카메라가 약한 빛 신호를 포착하는 능력이 크게 향상되어 필요한 노출 시간이나 빛의 양이 줄어듭니다.
3. 픽셀 크기와 이미지 해상도
해상도 절충점:
픽셀 크기가 커지면 감도가 향상될 수 있지만, 미세한 디테일을 구분하는 능력은 떨어질 수 있습니다.
예: 1μm 픽셀은 인접한 특징들이 서로 섞여 흐릿해지기 때문에 2μm보다 작은 세부 사항을 구분하기 어렵습니다.
픽셀 크기가 커질수록 픽셀화 정도가 심해져 이미지의 미세한 디테일이 흐릿해집니다.
광학 시스템의 한계점:
광학 시스템 해상도 또한 미세한 디테일을 표현하는 데 있어 제한 요소입니다. 각 광학 시스템에는 한계가 있는데, 이 한계를 넘어서면 픽셀 크기를 줄여도 해상도는 향상되지 않고 오히려 감도가 떨어집니다.
현미경 대물렌즈 기반 시스템의 경우, 해상도 한계는 주로 개구수(NA)에 의해 결정됩니다.
4. 광학 시스템에 맞는 픽셀 크기 설정
고해상도 현미경에 이상적인 픽셀 크기:
픽셀 크기가 6.5μm인 카메라는 60배율의 고개구율 현미경 대물렌즈와 이상적으로 잘 어울립니다.
10μm 또는 11μm 화소의 카메라는 100배 고배율 개구수(high-NA) 대물렌즈에 가장 적합합니다.
픽셀 크기가 클수록 감도가 높아질 수 있지만, 픽셀 크기가 작다고 해서 반드시 세부 해상도가 향상되는 것은 아닙니다. 픽셀 크기가 작을수록 광학 시스템이 그러한 해상도를 지원할 수 있는 경우에만 더 미세한 이미지 디테일을 포착하는 데 유용합니다.
5. 결론: 픽셀 크기, 감도 및 해상도의 균형
픽셀 크기와의 상충 관계:
픽셀 크기가 클수록 저조도 촬영 및 감도 향상에 유리하지만, 미세한 이미지 디테일을 표현하는 능력은 떨어집니다.
픽셀 크기가 작아지면 이미지 해상도는 향상되지만, 특히 저조도 환경에서 감도가 떨어질 수 있습니다.
시스템 매칭:
이상적인 카메라 픽셀 크기는 사용되는 광학 시스템에 따라 다릅니다. 고배율 시스템(예: 고개구율 현미경)의 경우, 픽셀 크기는 광학 시스템의 해상력과 의도된 이미징 응용 분야와의 균형을 맞춰야 합니다.
