롤링 셔터 VS 글로벌 셔터 카메라

 

카메라 스펙을 살펴보거나 영상을 촬영하다 보면 '롤링 셔터(Rolling Shutter)'와 '글로벌 셔터(Global Shutter)'라는 용어를 자주 마주하게 된다. 이 두 방식은 이미지 센서가 빛을 받아들이고 이미지를 기록하는 방식을 뜻하며, 영상의 품질과 왜곡 여부를 결정하는 매우 중요한 요소이다. 이 두 방식의 원리와 차이를 제대로 이해하면, 현장에서 발생하는 왜곡 현상을예방하고 촬영 목적에 최적화딘 장비를 선택하는 데 도움이 될 것이다. 

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📸 CMOS 센서와 롤링 셔터의 관계

과거에는 태생적으로 글로벌 셔터 방식을 지원하는 CCD 센서가 방송용 및 고가 장비에 주로 쓰였다. CCD 센서는 모든 픽셀이 동시에 빛을 기록하므로 롤링 셔터 왜곡이 전혀 없다는 명확한 장점이 있었다. 하지만 전력 소모와 발열이 심하고, 고해상도·고속 연사 구현이 어려우며 제조 비용이 비싸다는 치명적인 한계 때문에 시장에서 점차 퇴출되었다.

 

그 자리를 대체한 것이 바로 오늘날 대부분의 카메라와 스마트폰에 탑재되는 CMOS 센서다. CMOS 센서는 전력 효율이 뛰어나고 고해상도 대량 생산에 유리하지만, 수천만 개의 픽셀 데이터를 동시에 읽어내려면 센서 구조가 지나치게 복잡해진다는 문제가 있다.

이 때문에 일반적인 CMOS 센서는 비용 절감과 생산 효율을 위해 위쪽 라인부터 아래쪽 라인까지 한 줄씩 순차적으로 데이터를 읽어들이는 롤링 셔터 방식을 채택하게 되었다. 결국 우리가 겪는 롤링 셔터 현상은, 합리적인 가격으로 고화질 센서를 대량 생산하기 위해 선택한 CMOS 센서의 구조적 타협점에서 비롯된 것이다.

 

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이후 기술이 발전함에 따라, 오늘날 일부 고성능 CMOS 센서는 각 픽셀 내부에 스토리지 노드를 집적하는 설계를 통해 롤링 셔터의 틀을 깨고 글로벌 셔터를 구현해 내기도 한다.

 

 

📸 롤링 셔터(Rolling Shutter), 순차적으로 빛을 받아들이는 방식

롤링 셔터는 센서의 위쪽 라인부터 아래쪽 라인까지 순차적으로 빛을 노출하며 촬영하는 방식이다. 마치 복사기나 스캐너가 문서를 위에서 아래로 훑어 내려가는 것과 매우 유사하다. 현재 시중에 판매되는 대다수의 스마트폰, 미러리스 카메라, 그리고 일반적인 디지털 비디오 카메라는 비용 효율성과 고해상도 센서 제작의 용이성 때문에 이 롤링 셔터를 채택하고 있다.

 

 

하지만 롤링 셔터에는 치명적인 약점이 존재하는데, 이를 '젤로 현상(Jello Effect)' 또는 롤링 셔터 왜곡이라고 부른다. 빠르게 움직이는 피사체를 촬영하거나 카메라를 급격하게 흔들면, 센서가 위에서 아래로 스캔하는 미세한 시간 차이 때문에 피사체가 사선으로 휘어지거나 찌그러져 보인다. 선풍기 날개가 기형적으로 꺾여 보이거나, 자동차 바퀴가 타원형으로 일그러지는 현상이 대표적인 예이다. 또한 형광등 아래에서 촬영할 때 화면 줄무늬가 생기는 플리커 현상에 취약하다는 단점도 있다.

 

 

📸 글로벌 셔터(Global Shutter), 모든 픽셀이 동시에 빛을 받아들이는 방식

반면 글로벌 셔터는 센서의 모든 픽셀이 동시에 빛을 받아들이고 노출을 끝마치는 방식이다. 카메라의 기계식 셔터처럼 센서의 모든 화소가 일제히 '찰칵' 하고 반응하여 한순간의 정지 화면을 완벽하게 캡처하는 셈이다.

 

 

글로벌 셔터의 가장 큰 장점은 시간 차에 의한 왜곡이 원천적으로 발생하지 않는다는 것이다. 시속 수백 킬로미터로 달리는 레이싱카, 날아가는 총알, 혹은 격렬한 스포츠 장면을 촬영하더라도 피사체가 찌그러지지 않고 눈으로 보는 것과 똑같이 정확한 형태로 담긴다. 비행기 프로펠러나 선풍기 날개도 왜곡 없이 깨끗하게 정지 화면처럼 촬영할 수 있다.

 

 

📸 롤링 셔터 현상을 최소화하는 촬영 및 세팅

롤링 셔터의 구조적인 한계로 인해 발생하는 왜곡 현상을 완전히 없애는 것은 물리적으로 불가능하지만, 촬영 환경과 장비 세팅, 그리고 후가정을 통해 눈에 띄지 않을 정도로 대폭 줄이는 몇 가지 방법들이 있다.

 

왜곡 예시

 

• 셔터 속도 높이기 : 노출 시간을 짧게 가져가는 것이 가장 기본적인 대책이다. 셔터 속도가 느리면(예: 1/50초) 센서가 위에서 아래로 스캔하는 동안 피사체가 움직인 거리가 길어져 잔상과 늘어짐이 심해진다. 셔터 속도를 빠르게(예: 1/500초 이상) 설정하면 각 라인이 노출되는 찰나의 순간 동안 피사체의 이동 거리가 짧아져 왜곡이 훨씬 덜해진다. 추가적으로 플리커 현상이 발생할 수도 있음으로 프레임 레이트와 조명 상황을 고려하여 적정선을 찾아야 한다.
  
• 프레임 레이드 높이기 :  초당 기록하는 프레임 수를 높이는 방법이다. 60fps, 120fps 또는 그 이상의 고속 프레임으로 촬영하면 프레임과 프레임 사이의 시간 간격이 촘촘해지기 때문에, 화면 전체의 움직임이 부드러워지고 젤로 현상 특유의 꿀렁거리는 왜곡이 분산되어 눈에 덜 띄게 된다. 특히 슬로모션으로 활용할 소스를 촬영할 때 매우 효과적이다.
  
• 팬, 틸트 속도 조절: 촬영 시 카메라를 좌우나 위아래로 너무 빠르게 움직이면 롤링 셔터의 스캔 방향과 맞물려 배경이 사선으로 심하게 찌그러진다. 카메라를 이동할 때는 최대한 천천히 부드럽게 움직이는 습관을 들이는 것이 물리적인 왜곡을 줄이는 확실한 방법이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

📸 Ref.

https://en.wikipedia.org/wiki/Rolling_shutter