이정근/jklee님의 댓글

이정근/jklee

04-11-06 02:49

자이스 이콘 렌즈와 기가비트의 결합시 우수한 성능을 낼 수있지만 선전하는(또는이미 인터넷에 퍼진) 정도의 resolution은 동화속 얘기다...그렇군요..우수하기는 하지만 몬가가 있다...

이상제님의 댓글

이상제

04-11-07 00:21

번역 전문 올립니다.
제가 광학을 전공한 전문가가 아니라서 매우 기술적인 부분에서는 오류가 있을 수 있습니다.

사족을 덧붙이자면, 어윈풋츠가 이번에 칼 짜이스 주장에 반론을 제기한 것은 다른 이유가 아니라
짜이스가 ZM렌즈를 금번 포토키나에서 발표하기 훨씬 이전부터 35미리 필름 시스템의 실제 구현
가능한 해상도에 대해 연구를 해왔고, 이미 어느정도 확신이 찬 결론을 내린 상태에서 짜이스가
그 결론을 정면으로 뒤엎는 내용의 대담한 주장을 펴자 과연 그럴까? 하고 발끈한 것으로 보입니다.

어윈의 말이 맞다면 칼 짜이스는 세계 최고의 광학회사라는 명성과 자존심에 걸맞지 않게, 광학에
무지한 일반 소비자들을 상대로 과장광고를 하다가 아마추어 전문가에게 덜미를 잡힌 셈입니다.
과연 어떻게 될지는 앞으로도 계속 지켜봐야겠지만 아무튼 한번 읽어보시기 바랍니다.


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짜이스와 해상도, 그리고 동화 같은 이야기 (2004년 10월 15일, Erwin Puts)
칼 짜이스의 잡지, “카메라 렌즈 뉴스” 20호를 보면 다음과 같은 놀라운 주장이 발견된다. “ÒZM-Objektive bilden auf Gigabitfilm Strukturen ab mit feinen Details von 400 Linienpaaren pro Millimeter!Ó.” 번역하자면 “ZM 렌즈들은 기가비트 필름의 구조에서 밀리미터당 400linepairs의 해상도를 실현할 수 있다.”는 것이다. ZM은 2004년 포토키나에서 발표된, 코시나제 짜이스-이콘 레인지파인더 카메라용 렌즈 라인을 말한다. 이것은 주목할만한 주장이며, 사실이 아닐 가능성이 매우 높은 진술이다. 왜 이 주장이 동화 속 허풍에 불과한지 살펴 보도록 하자.

그 기가비트 필름은 인터넷에서 논란이 되고 있다. 그것은 아그파 코펙스 다큐멘트 필름의 재포장 제품이다. 아그파는 그 제품에 대해 방대한 자료를 갖고 있다. 아그파는 그 필름의 해상도가 밀리미터당 600선이라고 밝히고 있다. 아그파는 이 해상도는 오직 컨트라스트 인덱스 3.0 수준에서 도달가능하다고 밝히고 있으며, 이 컨트라스트는 흰 바탕에 까만 글자만이 존재하는 기록 보존용 마이크로 필름에 적합한 수준으로 질이 떨어지는 것을 의미한다.

만일 우리가 이 수치를 linepairs로 계산한다면 0.0008mm 가늘기의 선이 된다! 이 해상도에 대응하기 위한 에어리 원판(airy disc)의 직경 0.0001mm는 f/2 렌즈에서 0.412의 광파장을 필요로 한다. 아그파가 말하는 수치는 600개의 개별 선으로 해석하거나 300쌍의 선(line-pairs/mm)으로 보는 것이 나을 것이다. 기가비트의 선전 문구는 특수한 현상 공식에 의해, 700선 이상의, 계조를 지닌 低 컨트라스트의 네가티브를 얻을 수 있다고 한다. 밀리미터당 line-pairs 의 기준에서 보자면 이것은 선의 가늘기가 0.0007mm가 되어야 함을 뜻한다. (역자주 : 700lp/mm은 밀리미터당 700쌍의 선이 들어가는 것으로 한 선의 가늘기는 그 두배의 역수인 1/1,400=0.0007mm이 된다)

이것은 물리적으로 기적과 같은 일이다. 필름의 감광유제가 갖고 있는 해상력보다도 더 높은 해상도를 끌어내는 것은 사진기술 역사에 있어서 혁명(revolution)을 의미한다. 그런데 지금 놀랍게도 칼 짜이스는 400 linepairs/mm 또는 밀리미터당 800선을 말하고 있다. 칼 짜이스와 기가비트는 둘 다 이 수치가 이론적인 것이 아니라 실제로 달성 가능한 것이며, 촬영으로 검증되었다고 밝히고 있다.(짜이스이콘홈페이지 참조) 나는 위의 두 회사에 그 증거를 요구하였으나, 아직까지 아무런 답신을 받지 못하였다. 사실 이 주장은 과장 광고에 불과한 것이다. 우리가 필름의 미세 디테일을 얘기할 때, 그것은 0.001mm 정도의 크기를 의미한다. 필름의 confusion circle은 보통 0.03mm 정도에서 발생하는데, 코펙스 필름과 짜이스 렌즈의 결합으로 이보다 “30배”나 더 작은 디테일을 기록한다는 것이 그들의 주장이다.

해상도 (용어)에 관한 혼동
확실하게 짚고 넘어가야할 개념이 몇 개가 있다. “밀리미터당 몇 선, 또는 밀리미터당 몇 쌍의 선, 밀리미터당 몇 싸이클 그리고 l/mm, lp/mm, cy/mm, lppmm”와 같은 것들이다. 하나의 선은 일정한 넓이와 높이를 가진 희거나 검은 색의 막대를 의미한다. 잘 알려진 USAF 91951의 선 막대 테스트 챠트는 좋은 예이다. 여기서 우리는 세 개의 검은 선과 두 개의 흰 선의 패턴을 보게 된다. 하나의 막대와 그에 인접한 흰 색의 공간은 하나의 ‘옵티컬 라인’ 또는 ‘선의 쌍line-pair’ 또는 ‘공간 싸이클’을 구성한다. 광학 설계자들은 이 용어들을 정확하게 이해하고 있기 때문에 자유롭게 섞어서 사용한다. (인접한 공간의 두께는 전체 선의 절반에 해당한다. 전체 두께는 흰 선과 검은 선의 합과 같다) 보통 광학 디자이너들이 ‘그 렌즈는 50선 또는 50쌍의 선(line-pairs) 또는 50 싸이클의 해상력이 있다’ 고 말할 때는 같은 것을 말하는 것이다. 실제로 이 때 한 선의 길이는 0.01mm가 된다. (역자주: 1/(50X2)=0.01 ) 50 싸이클/밀리미터는 100개의 개별적인 선을 의미하며, 한 개 선의 넓이는 0.01mm가 되는 것이다. 해상도는 밀리미터당 공백 빈도의 싸이클로 표현되며, 이것이 해상력을 측정하는 잣대가 되는 것이다. 이것은 이해하기 쉬운 것이다. 그러나, 많은 경우에 우리는 용어 사용에 있어서 과연 같은 개념을 말하고 있는지 확신할 수 없을 때가 있다. 텔레비전용 카메라에서 ‘라인’의 개념은 검거나 흰 선을 뜻한다. 여기서 해상도는 사진에서 말하는 것보다 두 배나 높은 수치인 것이다. 그리고 텔레비전 카메라 업계에서는 흰 색의 선을 라인으로, 검은 색 선을 공간으로 말하는 것이 관습이다. 따라서, 짜이스의 잡지에서 말하는 ‘line’이 과연 사진업계에서 쓰는 용어인지, 아니면 다른 무엇을 의미하는지는 의심해볼 필요가 있다.

회절-한계 렌즈
고전적인 해상력 측정의 기준은 아주 가깝게 존재하는 피사체들을 구별하는 능력이었다. 수차가 전혀 없는 렌즈에서 한 점의 이미지는 다양한 두께를 가진, 명암이 교차하는 고리모양의 밝은 중심부를 갖는다. 이 패턴을 에어리 원판(airy disc)이라 한다. Rayleigh의 척도에 의하면 두 점간의 해상도의 한계는 밝은 중심부에서 처음 dark ring 까지의 반경으로 결정된다고 한다.
R= 1.22 x Lambda x Aperture.
D= 2.44 x Lambda x Aperture.
이 반경은 한 점의 밝은 중심부로부터 다른 점의 밝은 중심부가 있는 곳 사이에 있는 최초 dark ring까지의 거리를 뜻한다. 이 값은 밀리미터당 싸이클을 의미하며 렌즈의 해상력은 R의 역수이다.

S = 1/R in cy/mm = linepairs/mm
Rayleigh의 척도는 오로지 특정한 파장에서만 유효하며 간섭되지 않은 pupil을 요구한다(비네팅이 없는). 안전하게 하자면 해상력의 절반을 도출하는 D-방정식으로 계산하는 것이 더 나을 때가 있다는 것이다.

만일 짜이스의 주장이 진실이라고 가정해보자. 과연 물리적으로 가능할까? 우리는 이론적인 해상도 한계는 회절의 한계에 의해 결정된다는 것을 알고 있다. 어떠한 수차도 없는 완벽한 렌즈라면 한 점을 묘사할 때, 에어리 원판에 의해 결정되는 특정 차원의 빛으로 구성된 묶음으로 재생할 것이다. 나는 짜이스가 상당히 우수한 렌즈들을 생산할 능력이 있다고 확신하지만, 완벽하게 수차가 존재하지 않는 렌즈를 만들어낼 수 있는 능력이 있다고 생각하진 않는다. 설령 짜이스가 그것을 해낼 수 있다고 해도 이론적인 한계는 어떻게 돌파할 것인가? 회절 효과에 의해 한계를 갖는 이미지 점의 사이즈는 다름 아닌 조리개와 파장에 결정된다. 파장은 마이크로미터로 측정되며, 람다(L)로 표기된다. 조리개는 K로 표기되며 공식은 다음과 같다 :

R= 1.22 x Lambda x Aperture.
가시 스펙트럼은 블루에서 레드까지이다.(0.45 마이크로 미터에서 0.7 마이크로미터이며, 그린은 그 중간인 0.55 마이크로미터에 있다.) 손쉬운 계산을 위해 우리는 녹색광을 방정식에 사용하기로 한다.

Aperture MTF cutoff in cy/mm Diffraction limited radius at wl 546nm Resolution in cy/mm
2 916 0.0013 769
2.8 654 0.0019 526
4 458 0.0027 370
5.6 327 0.0037 270

이 테이블에서 우리는 조리개 2.8의 회절-한계렌즈는 526 cy/mm(lp/mm)의 한계해상력을 가진다는 것을 알 수 있다. R-방정식을 사용할 때, 밝은 중심부와 다크 링의 밝기 차이는 26%로 가정했다. 이 밝기 차이는 망원경 또는 현미경으로 두 작고 밝은 점(또는 별)을 구별하기에 충분한 밝기이다.
이 수치들은 기가비트와 짜이스가 주장하는 수치들과 거의 같은 수준의 값들이다. 그러나 이 수치들은 렌즈가 광학적으로 완벽하고, 렌즈에서 필름까지의 이미지 시스템에서 해상도의 손실이 전혀 없다는 이상적인 두 개의 가정 하에서의 이야기다. 이 두 가지 가정이 비현실적이라는 것은 너무나도 명백하다.

수차가 전혀없는 렌즈의 순수하게 이론적인 계산에 근거한다면 짜이스/기가비트의 주장은 맞을 수도 있다. 그러나, 그들은 이러한 이론적인 숫자를 아무런 가감 없이 실제 포토그라피의 영역에 끌어들이고 있다.
D-방정식은 개방 조리개 값과 광각 렌즈군에서 훨씬 더 실제적일 것이다. 짜이스/기가비트의 주장은 이론적 기준에서조차도 너무나 높다.

MTF에 근거한 해상도
확장된 object의 경우에는 반경에 근거한 Rayleigh의 척도는 최선의 접근방법은 아니다. 확장된 object는 다양한 사이즈와 밝기의 점을 갖는다. 이 경우 빛의 분포는 점확산함수(point spread function)를 통해 수학적으로 도출된다. 여기서 MTF를 도출하기 위한 OTF값을 구하기 위해 푸리에 변환을 계산하게 되는데, 다음의 두 가지 를 반드시 구별해야 한다:

그것은 회절-한계MTF(수차 없음)와 기하MTF(수차 포함)이다. 첫번째 타입의 MTF에서 얻는 수치는 R-방정식을 사용했을 때 얻게 되는 값과 거의 동일하다. 두번째 타입의 MTF 값은 그보다는 훨씬 낮으며, 실제 우리가 일상생활에서 사용하는 렌즈들을 잘 대변하는 실제적인 수치에 해당한다.
회절한계 MTF(D-MTF)와 기하MTF(G-MTF) 값은 광학 디자인 프로그램에서 볼 수 있다. 가령 f/4 렌즈에서 나는 다음의 결과를 얻었다. f/4 렌즈의 한계 값(D-MTF)은 400 cy/mm이고 동일 조건에서 기하MTF(G-MTF)는 170 cy/mm이었다. 나는 이 값이 f/4 렌즈에서 가장 낮은 수준의 잔여 수차 하에서 얻을 수 있는 최고의 퀄리티라고 본다.

우리는 지금 0의 MTF 값에서 한계 해상도를 논하고 있다는 사실을 기억하자. 실제로 우리가 필름의 디테일을 보기 위해서는 최소한 15% 컨트라스트가 요구된다. 그리고 이 최소 조건은 한계 해상도를 훨씬 낮은 수준까지 떨어뜨리게 된다. 두 경우 모두 실제 값은 이론값보다 훨씬 낮다. 굉장히 뛰어난 렌즈에서 150에서 200cy/mm 값이면 어느 정도 이치에 맞다고 이해할 수 있다. 이제 이 높은 렌즈 해상력을 갖고 100~200 cy/mm 해상력의 필름과 결합시킨다면 내가 앞서 보고서에서 언급했던 결과를 얻게 될 것이다. 현재 존재하는 최고 수준의 렌즈와 최고 수준의 필름의 결합으로 얻을 수 있는 한계 해상도는 80~130 cy/mm에 불과하다는 결론이다.

보다 현실적이 되기 위해서는 다음과 같은 실제적인 가정들을 염두에 두어야할 것이다:

• ZM렌즈중 어떤 렌즈도 f/2, 2.8 그리고 f/4에서조차 수차 회절의 한계에 도달하지 못했다
• 연속 톤 재생 조건 하에서 기가비트 필름이 갖는 최대 해상력은 200lp/mm에 불과하다.
• 렌즈와 필름, 그리고 확대기에 이르기까지 시스템 해상도의 저하는 매우 크다.

따라서, 우리는 짜이스와 기가비트가 그들이 지어낸 동화를 사람들이 사실로 믿어주길 바라고 있다는 결론을 내릴 수 밖에 없는 것이다.

박성식님의 댓글

박성식

04-11-07 11:15

칼 자이스가 근거없는 주장은 하지 않겠죠. 더구나 기가비트까지 걸고 넘어졌으니 어느 쪽이든 발끈하지 않을까 싶은데 ...
(기가비트 필름의 해상도는 어느 정도 확인이 된 것으로 아는데 ...)

중요한건 자신이 아는 이론적인 얘기이지 실제의 제품을 접하고 쓴 글이 아니니 너무 성급하게 발끈한건 아닐까 싶습니다.

올해 안에 답이 나오겠죠.

이상제님의 댓글

이상제

04-11-07 13:54

예, 렌즈가 시장에 출시되면 곧 답이 가려질 것 같습니다.
어윈 풋츠는 ZM 렌즈가 나오자마자 라이카 렌즈에 사용했던 것과 똑같은 방법으로
테스트에 들어갈 것으로 예상됩니다.

전세계 RF 애호가들의 시선이 짜이스社와 어윈 풋츠씨의 공방을 지켜보고 있는데,
2라운드-실제 테스팅 결과는 무척 흥미진진한 이슈가 될 것 같습니다.

송화중님의 댓글

송화중

04-11-07 21:20

국내 최대의 디카 관련 사이트에서도 자주 있는 일이지만.. 신제품 출시도 전에 무조건 안될것이다.. 회의적인 주장들이 많이 올라옵니다. 어윈씨의 이번 글도 좀 성급한 감이 있네요.. 짜이즈에서 무슨 자료를 받아서 진행을 한것인지는 모르겠지만..

아직 나오지도 않고..써보지도 않은 제품을 기존의 지식만 가지고 무조건 가망이 없다는 식의 얘기는.. 좋지 않은 자세로 보이네요.. 비행기가 발명되고 로켓이 발사되기 바로 직전에 회의적인 말들을 쏟아낸 지식인들이 나중에 얼마나 망신을 당했는지 어윈씨는 잘 모르는 것은 아닐텐데..

나중에 짜이즈의 과장 광고가 될 것일수 있습니다만.. 과학 기술의 진보는 알수 없는 것이니.. 섣부른 판단은 하기 싫군요.

어떻게 보면.. 어윈씨가 좋아하는 라이카 렌즈의 아성을 무너뜨릴 짜이즈 렌즈의 등장이 달갑지 않아 보인다고 오해할 수도 있겠네요.. 처음 이 렌즈가 발표될때.. 상당수 분들이 일본에서 제조된 다는 것 자체로 발매도 되지않은 이 렌즈를 폄하하는 것을 보았을때 어윈씨도 비슷한 심정이 아니었을까 생각도 듭니다..

암튼..뚜껑은 열어봐야 알겟습니다.. 초 고해상도 슈퍼 울트라 렌즈의 탄생.. 카메라 역사의 한 획을 그을 것인지.. 아님 자이쯔의 시장점유를 위한 코미디가 될 것인지...

전우현님의 댓글

전우현

04-11-08 01:58

이상제님 잘 계시죠?
올려주신 좋은 글 참 재미있게 잘 보았습니다. 다음 이야기가 궁금해 집니다.
건강하세요.

이중길님의 댓글

이중길

04-11-08 13:51

어윈푸츠의 반응을 보면, 자이스의 발표가 자신이 행해본 라이카의 결과를 능가하는가 봅니다.
저리 표나게 발끈할것까지야...^^
콘탁스클럽에서 무단으로 퍼왔습니다. 어차피 원문도 다른 사이트에서 퍼오신거라서요~
결론은 어윈을 초대해서 결과를 보여 줄 수 있다는군요~

This is a post from the very Zeiss guy who did that test which causes so much discussion, and who is the editor of Zeiss Camera Lens News.

1. Yes, I claim fourhundred, not just forty. And, yes, it is linepairs - couples of white and black. If it were just "lines" with nothing inbetween, how could you visualize any structure?

2. I have been doing tests like this for decades, so I consider myself rather experienced in this field. My results so far very well matched those that the film manufacturers achieved in their labs whith their methods. Which means: although my method differs from their s, the results are pretty much the same.

My test target is an Eastman (Kodak) test table showing white lines on black background (object contrast around 50:1, not greater). I attach several of them to one wall of my house and shoot in ordinary sunlight or even with overcast sky, like a normal photographer would when shooting a landscape, cityscape or similar motivs. In short: I apply no sterile lab methods, but real world photographic conditions. Of course I do use good tripods and painstakingly avoid everything that could cause vibrations, thus eating away the top of the achievable resolution.

3. I started all that testing when Kodak film people turned at me for help, when they were unable to prove the resolving power of their Ektar 25 film in real world photos. The figure that they claimed was 200 linepairs per millimeter. And they suspected that normal photographic lenses were unable to deliver this performance.

In my previous career as scientific photographer I had developed photographic methods to achieve high resolution on film for photoelasticity analysis, where resolution on film is critical for measurement accuracy. From there I knew that lenses existed which could possibly deliver a performance of 200 and beyond, on film. I had tested most of the available macro lenses on the market from 35 mm to large format, and achieved the best result with Zeiss Makro-Planar 2,8/60 and 5,6/120 on Agfaortho 25, back then in the 1980s. One of my targets back then was to find ways to use 35 mm equipment where only 4 x 5 inch was deemed good enough before.

I proved to Kodak, that 200 lp/mm can be recorded on Ektar 25 with several Carl Zeiss lenses from the Contax RTS and the Hasselblad system and Rollei 6000. With very good enlargement lenses one can retrieve 160+ from the negative onto photographic paper (which, in itself can "play back" some 20 lp/mm) with a very good enlarger, which is precisely adjusted optically and avoids vibration from its cooling fan.

Ever since, I have continued my search for the limits of resolution in photographic technique. My assessment of the new ZM lenses is just a new link in that chain.

4. I am fully aware that the normal snapshooter will never find it important to achieve anything more than 30 lp/mm. And those who shy away from tripods w? not go much further, either. I clearly see that a resolving power of 400 lp/mm is hardly useable for demanding photographers, as long as even the very best commonly available enlarging lenses cannot retrieve much more than 200 lp/mm. Same with Maserati cars on speed limited roads.

5. Contrary to what Erwin Puts claims, I have so far not been contacted by him to show him the negatives I shot on Gigabit film. If he had actually done so, I would have invited him to Zeiss Oberkochen for an informative session at my microscope.

양정모님의 댓글

양정모

04-11-08 16:00

제가 보기엔 어설픈 아마추어가 광학계의 전설에 훈수두고 있는 듯한 모습이군요..
광학계의 전설이 뻥이나 치고 있겠습니까마는...
만약 사실이라면 짜이즈 이미지에 먹칠이고...
아직 반론조차 나오지 않은 상황에서 저런 글을 자주 쓰는걸로 봐서는
라이카 광신도가 아닌가 조심스럽게 추측해 봅니다..

짜이즈가 와서 보라고 했다니 함 찾아가 보라고 해야겠네요..^^;;