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Cinema Lenses, The Age of Streaming, and Aspheres

고품질 동영상 스트리밍의 시대를 열어주는 비구면 렌즈

 

동영상 스트리밍 산업이 폭발적으로 성장하면서 온라인 스트리밍을 위한 영화와 티비 프로그램의 특수 촬영으로까지 이어지고 있습니다.

 

피사계의 심도가 낮은 영상 촬영은 동영상 압축 및 고품질 스트리밍에 더욱 유리합니다.

 

심도가 낮은 시네마 렌즈는 f/#가 작아야 하기 때문에 제작이 까다롭습니다.

 

이처럼 고감도, 고품질 시네마 렌즈를 설계할 때 빠질 수 없는 렌즈가 바로 비구면 렌즈입니다.

넷플릭스의 최신 티비쇼, 유튜브의 인기 동영상 혹은 디즈니의 고전 프로그램이든 세계적으로 동영상 스트리밍에 대한 수요가 그 어느 때보다도 높습니다. 동영상 콘텐츠에 대한 소비가 크게 증가하면서 인터넷 대역폭에 가해지는 부담 또한 점차 증가함에 따라 네트워크 성능을 지속적으로 개선하기 위해 많은 노력이 가해지고 있습니다. 영화 촬영 기사들은 영상 압축력과 스트리밍 화질 개선을 위해 피사계의 심도가 낮은 영상 촬영 방식을 채택하지만 이러한 경우 보다 전문화된 시네마 렌즈를 사용할 필요가 있습니다. 시네마 렌즈 내부에 들어가는 고급 비구면 렌즈는 심도를 낮추어 영상의 품질을 유지해야 할 때 반드시 필요한 요소로이자 궁극적으로 전세계 넷플릭스 시청자에게 최적의 영상 체험을 선사합니다.

시네마 렌즈란 무엇인가?

시네마 렌즈(cinema 또는 cine lens)는 영화 제작 시 요구되는 고품질 영상에 맞게 특수 설계된 렌즈 조립품입니다. 이러한 렌즈는 머신 비전이나 상업용 사진 촬영에 동원되는 렌즈 조립품에 비해 부피가 더 크고 고가인 경향이 있습니다.

심도가 얕아지면 대역폭은 10% 절약1

고품질 동영상에 대한 수요는 그 어느 때보다도 높습니다. 2019년도를 기준으로 전세계 스트리밍 동영상 시장의 규모가 미화 426억 달러에 달할 정도로 폭발적인 증가세를 보임에 따라 2020년부터 2027년 2월까지 연평균 성장률(CAGR)이 20.4%를 기록할 것으로 내다보고 있습니다. 2

영화 촬영 기사들은 스트리밍에 적합한 컨텐츠를 제작하기 위해 초점을 재조정하지 않고도 피사체의 특정 해상도를 유지할 수 있는 가장 가까운 지점과 가장 먼 지점 사이의 거리를 가리키는 심도(DOF)를 얕게 촬영하는 방식을 채택해왔습니다(그림 1). 심도의 깊이가 낮다는 것은 배경이 흐릿하더라도 관심 촬영 영역 내의 주요 지점이 초점 안에 들어온다는 것을 의미합니다. 이는 시청자의 관심을 끌기 위해 자주 사용되지만, 영상물을 압축하고 스트리밍하는 데도 유리합니다.

f/#가 낮은
그림 1:f/#가 낮은 "fast" lens(대구경 렌즈)는 DOF를 작게 만들어 피사체의 초점을 맞춤

동영상은 파일 크기가 상당히 크기 때문에 스트리밍을 위해서는 파일 크기를 줄이는 압축 과정을 반드시 거쳐야 합니다. 압축 알고리즘은 프레임마다 있는 모든 단일 화소의 변화가 아닌 프레임마다 변경되는 정보만을 지능적으로 암호화합니다. 흐릿한 배경은 일반적으로 프레임간 전환 시 변화가 크지 않기 때문에 심도가 얕을수록 압축된 이미지의 전반적인 품질에 관한 요건이 덜 까다롭습니다. 또한 압축은 눈에 잘 띄지 않음에 따라 흐릿한 배경은 더 많이 압축될 수 있으면서도 압축 알고리즘은 영상의 초점 영역 내에 있는 더 많은 세부 정보를 유지할 수 있습니다. 통상적으로 DOF 값이 낮으면 대역폭의 10%를 남겨둘 수 있지만, 배경의 사용 빈도와 DOF의 정확한 값에 따라 달라집니다.1

동영상 스트리밍의 가능성을 열어준 비구면 렌즈

DOF가 낮은 영상 촬영 시 사용되는 시네마 렌즈는 낮은 f/#나 가파른 초점각에서도 고품질의 이미지를 전달할 수 있어야 합니다. 렌즈가 초점을 맺게 되는 빛의 각도가 가파를수록 구면 수차가 증가하거나 렌즈의 구경 전체에서 초점 거리가 바뀌기도 합니다. DOF가 얕은 시네마 렌즈를 설계할 때 가장 어려운 점은 구면 수차를 제거하는 것입니다. 따라서 부피가 큰 시네마 렌즈에 고급 비구면 렌즈 요소를 결합해야 이를 해결할 수 있습니다(그림 2).

일반적인 구면 렌즈 요소(좌측) 대 비구면 렌즈(우측)의 구면 수차
그림 2: 일반적인 구면 렌즈 요소(좌측) 대 비구면 렌즈(우측)의 구면 수차

비구면 렌즈는 더욱 복잡한 구조의 표면 형태를 활용해 수차로 인한 영향을 최소화합니다. 비구면 렌즈를 제작하는 과정은 구면 렌즈에 비해 복잡하고 까다로운 면이 많기 때문에 심도를 낮추기 위해 비구면 렌즈를 활용하는 시네마 렌즈의 가격 상승을 불러일으킵니다. 언뜻 납득이 잘 안될 수도 있지만 데이터를 덜 차지하는 동영상을 캡처하려면 더욱 고가의 렌즈를 사용해야 합니다. 이제는 최신 시네마 렌즈 내부에 결합된 고급 비구면 렌즈 덕분에 넷플릭스 사용자는 주말 동안 원하는 프로그램의 시즌 전편을 시청할 수 있게 되었습니다.

에드몬드 옵틱스의 비구면 렌즈

에드몬드 옵틱스의 비구면 렌즈 대량 제조 셀은 하루 24시간 운명되며 최신 제조 시설 및 계측 장비를 이용해 매월 수천개의 고정밀 비구면 렌즈를 생산합니다. 즉시 납품이 가능한 기성 비구면 렌즈 혹은 EO의 전문 엔지니어에 의해 설계되는 완전 맞춤식 비구면 렌즈가 필요할지라도 당사의 숙련된 광학 설계 및 제조 엔지니어는 고객의 요건에 딱 맞는 솔루션을 제공해드릴 수 있습니다. 고객의 어플리케이션 지원 혹은 견적 요청의 경우 오늘 바로 EO로 문의 바랍니다.

참고 문헌

  1. VMI. Shallow DoF for Streaming. 1 Nov. 2017, vmi.tv/training/usefulstuff/Shallow_DoF_streaming.
  2. Grand View Research. Video Streaming Market Size, Share & Trends Analysis Report By Streaming Type, By Solution, By Platform, By Service, By Revenue Model, By Deployment Type, By User, And Segment Forecasts, 2020 - 2027. No. GVR-2-68038-629-5. Grand View Research, 2020.

자주 묻는 질문(FAQ's)

FAQ  에드몬드 옵틱스에서는 시네마 렌즈를 취급합니까?
아니요, 에드몬드 옵틱스에서는 시네마 렌즈 어셈블리를 판매하지 않습니다. 대신 DOF가 낮은 시네마 렌즈에 사용되는 고급 렌즈 요소처럼 매월 수천개의 고정밀 비구면 렌즈를 생산합니다. EO의 비구면 렌즈 제조 역량에 관한 더 많은 정보를 알아보려면 여기를 클릭하십시오.
FAQ  피사계의 심도(depth of field)와 초점 심도(depth of focus)의 차이점은 무엇입니까?

피사계의 심도는 초점을 재조절하지 않고도 피사체가 일정 수준의 해상도를 유지할 수 있는 가장 가까운 곳과 가장 먼 곳의 거리차를 가리키며, 이에 반해 초점 심도는 고정된 피사체의 초점을 유지할 수 있는 센서의 여러 위치를 가리킵니다.

FAQ  비구면 렌즈는 어떠한 과정으로 제작됩니까?

EO의 비구면 렌즈 제작 과정 동영상을 시청하면, 곡선 생성, 제조공정 계측, CNC 연삭, CNC 연마, MRF, 센터링, 코팅, 최종 검수 등의 과정을 직접 확인할 수 있습니다.

FAQ  표준 단일 렌즈와 비교 시 비구면 렌즈는 어떠한 이점을 가지고 있습니까?

비구면 렌즈는 설계 시 적용되는 렌즈의 수를 줄임으로써 어셈블리를 간소화하고 미광을 최소화할 뿐만 아니라 구면 수차를 제거하여 해상도 및 시스템 성능을 개선해줍니다. 이외에도 구면 수차 및 비축(off-axis) 수차를 보정하는 기능을 가지고 있습니다. 단일 비구면 렌즈는 두 개 이상의 구면 렌즈를 사용해야 얻을 수 있는 구면 수차 보정 효과와 동일한 효과를 제공합니다. 일반적인 평면-볼록 및 양면 볼록 비구면 렌즈에 기본적으로 내재되어 있는 구면 수차가 비구면 렌즈에서는 본래 발생하지 않습니다. 구면 수차 보정 외에도 비구면 렌즈는 상면만곡, 비점수차, 왜곡 등의 영향을 받는 비축/시야 보정력 또한 매우 뛰어납니다. 이에 따라 10개의 요소로 설계되는 복잡한 디자인을 상대적으로 4개에서 5개의 요소로 줄어든 간단한 디자인으로 변경할 수 있습니다.

비구면 렌즈의 종류는 크게 세 가지로서 각기 다른 장점을 가지고 있습니다. Precision glass molded aspheric lens는 다수의 렌즈를 신속하게 제작할 수 있고 공구 유지비가 적기 때문에 대량 생산 용도에 사용하기 적합합니다. Polished aspheric lens는 납품 기한이 짧고 특수 공구 및 설치 비용을 최소화함에 따라 프로토타입 및 소량 생산 용도에 사용하기 적합합니다. Aspherized hybrid lens는 구면 수차와 색 수차를 보정해주기 때문에 멀티 스펙트럼 용도에 사용하기 적합합니다.

그림 3: 평면-볼록 구면 렌즈에서 나타나는 구면 수차. 중심부에서 나오는 광선은 가장자리 쪽에서 출사하는 광선에 비해 여러 지점에서 초점을 맞춤.
그림 4: 단일 비구면 렌즈로 초점의 크기를 줄이면 수면 수차를 크게 보정할 수 있음.

기술 자료

출판 기사

에드몬드 옵틱스가 산업 간행물에 저술한 기술 기사와 EO 엔지니어 팀과 주요 관리 부서에서 기고한 기술 자료 링크 모음.

f/# (Lens Iris/Aperture Setting)
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All About Aspheric Lenses
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Need an Asphere Fast?
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Depth of Field and Depth of Focus
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동영상

간단한 조언부터 어플리케이션을 기반으로 제품의 이점까지 보여주는 데모 영상.

How an Aspheric Lens is Made 
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웨비나

광학 및 이미징과 관련된 다양한 주제를 가지고 에드몬드 옵틱스의 광학 전문가와 함께 진행된 웨비나 녹화 영상

High-End Asphere Design for Manufacturability
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트렌딩 IN 광학

미래는 테크놀로지와 어플리케이션의 발달에 따른 광학에 의해 좌우됩니다. 에드몬드 옵틱스는 최신 제품 및 기술과 관련된 정보를 제공함으로써 미래를 지속적으로 수용해가고 있습니다.

Aspheric Lens Takeover
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