핀홀 카메라란?

 핀홀 카메라란 렌즈 없이 사진촬영이 가능한 '바늘구멍 사진기'를 말합니다. 시력이 나쁜 사람은 사물을 더 정확하게 보기 위해 눈을 찡그리곤 합니다. 예전에는 볼펜 구멍과 같이 작은 구멍을 통해 물체를 바라보면 사물을 더 또렷하게 볼 수 있다는 효과를 이용해 렌즈대신 바늘구멍이 무수히 뚫린 플라스틱으로 만든 안경이 시력 교정용 도구로 출시되기도 했었습니다. 이처럼 작은 구멍을 통과해 선명한 상이 맺히는 효과를 카메라로 응용한 것이 바로 핀홀 카메라입니다.

  핀홀 카메라의 역사는 사진이 발명되기보다 훨씬 이전인 기원 전으로 거슬러 올라갑니다. 핀 홀에 대한 광학 원리는 기원전 15세기 경 중국의 한 책자에서 언급되고 있으며 르네상스 시대에 접어 들어서는 핀홀 카메라의 원리를 일식 관측과 같은 천문학에 이용하기도 했습니다.

  핀홀 카메라라는 명칭은 영국의 과학자인 David brewaster가 1856년 자신의 저서에서 '핀홀 카메라'라는 단어를 처음 사용하면서 등장했습니다. 핀홀 카메라의 기본적인 모습은 한 쪽에 바늘구멍이 뚫린 작은 구멍이 있고 그 반대편에 필름이나 인화지가 있는 간단한 상자형태입니다. 이 바늘구멍에 의한 노출과 화면 크기에 따른 화각 등 간단한 몇가지 기본적인 원리만 이해하면 작게는 필름 통을 이용한 것부터 크게는 사무실이나 방 전체까지 핀홀 카메라로 활용 가능합니다.

<출처  : © encyber.com>

 

핀홀 카메라의 가장 기본적인 광학적인 원리는 '핀홀의 직경'과 '핀홀에서 필름면까지의 거리'라는 2가지 변수입니다. 이들 2가지 변수에 의하여 렌즈 F값이 결정되어진다는 점에서는 일반적인 카메라에 적용되어지는 F값=(초점거리)/(유효구경)이라는 공식이 적용되어지지만 기존 카메라와는 몇가지 점에서 차이를 보입니다. 핀홀카메라의 특징은 다음과 같습니다.

<출처 : http://www.infocam.co.kr>

핀홀 카메라의 특징

  1. 독특한 색감

  핀홀 카메라에 의한 사진은 렌즈를 이용하는 카메라와 비교해 훨씬 부드러운면서 질감이 독특합니다. 또한, 색감에 있어서는 칼라사진을 비교했을 때 광학렌즈를 이용하는 일반 카메라보다 색수차에 대한 영향을 많이 받는다고 합니다.

  2. 피사계 심도

  피사계심도가 매우 깊다는 점도 핀홀 카메라의 특징 중 하나입니다. 조리개 값이 일반 카메라와 비교해 상당히 어두운 편이며, 이에 따라 노출시간도 상대적으로 길어집니다. 우리가 흔히 사용하는 35mm 렌즈의 경우 최소 조리개 값은 F22 ~ F32이며 중대형 카메라도 F45 ~ F64정도입니다. 이에 비해 핀홀 카메라의 조리개 값은 대부분 세자리 수가 넘는 경우가 많습니다. 렌즈를 이용하는 카메라에 비해 조리개 값이 상당히 어두워 근거리에서 무한대에 이르기까지 거의 모든 초점거리에서 초점이 맞는 심도 깊은 사진을 얻을수 있습니다. 노출시간 역시 기본 수 초대에서 상황에 따라 몇 시간까지 길어지는 경우가 있으므로 핀홀 카메라로 촬영할 때 삼각대가 반드시 필요합니다.

  오늘날 일부에서 핀홀 카메라를 사용하는 이유 중 하나가 일반 카메라로는 도저히 표현이 불가능한 깊은 피사계 심도를 가지기 때문이기도 합니다.
  
  하지만 핀홀 카메라의 경우에도 핀홀 직경이 너무 작을 경우, 빛의 회절현상으로 오히려 상이 흐려집니다.

  3. 원근감

  핀홀 카메라는 벨로우즈(주름상자)를 이용하는 대형 카메라처럼, 핀홀에서 필름면까지 거리가 길어질수록이미지는 커지고 화각은 좁아집니다. 이 거리를 이용하면 원하는 화각이나 크기의 이미지를 얻을 수 있는데, 일반 광학렌즈와 비교해 한가지 특이한 점은 초점거리에 따른 원근감 변화가 없다는 점입니다.

   일반 광학렌즈들의 경우 광각렌즈에서는 원근감이 강조되고 망원에서는 원근감이 압축되지만 핀홀 카메라의 경우 초점거리에 따른 원근감 변화는 거의 없으며 눈으로 보는 것과 유사한 적당한 원근감으로 표현됩니다. 특이한 점은 초점 거리외에 이미지 중심에서 주변부로 갈수록 왜곡이 생긴다는 점입니다.

  4. 초점 변화

  초점거리가 길어질수록 F값이 커지므로 노출시간은 상대적으로 길어집니다. 핀홀과 필름면 사이의 거리가 변하더라도 피사계 심도가 깊은 관계로 초점(이미지의 선명도)에는 거의 영향을 주지 않습니다.

  5. 왜곡

  먼저 일반 카메라에서 말하는 초점거리(Focal Length)란 무한대에 촛점을 맞추었을 때 렌즈의 제 2주점부터 필름면까지 광축 상의 거리를 의미합니다. 핀홀 카메라는 무한대 거리까지 초점이 맞는 높은 피사계 심도를 가지므로 초점거리를 따지기 어렵지만 일반적으로 핀홀 카메라에서의 초점거리란 일반카메라의 경우와는 달리 간단히 핀홀면에서 필름면까지의 거리라고 생각하면 됩니다.

  따라서 핀홀 카메라의 경우 초광각에서 초망원에 이르기까지 다양한 초점거리를 가지는데 하나 유의하여야 할 점은 핀홀 카메라에 의하여 만들어지는 상이 원주상 이미지인데 비해 대부분의 핀홀 카메라들의 경우 필름이 평면상으로 위치하므로 중심에서 주변부로 갈수록 광량 차이가 생기며 또 초점거리가 짧을수록 핀홀 카메라 특유의 왜곡이 더 두드러지게 나타납니다.

  6. 직경

  그리고 핀홀 크기와 같은 경우, 렌즈 유효구경에 해당하는 것이 핀홀 직경입니다. 일반적으로 그 직경이 작을수록 보다 선명한 사진을 촬영할 수 있습니다. 하지만 그 직경이 작아짐에 따라 F값이 어두워지므로 노출시간이 길어지며, 또 너무 작을 경우 빛의 회절현상으로 인해 오히려 상이 더 흐려지기도 합니다.

 

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F(조리개값) 구하는 공식

 

F = 초점거리(f)/핀홀지름(D)

 

즉 핀홀의 위치에서 부터 필름면까지의 거리를 핀홀의 지름으로 나누면 조리개값이 나옵니다.

 

 

   -. Optimal Diameter
       optimal diameter = square root(.00007 * focal length)
   -. Pinhole Diameter
       pinhole diameter = focal length / f stop
       optimal focal length = Square(pinhole diameter) / .00007
   -. F Stop
       f stop = focal length / diameter
   -. Angle of View
       angle of view = 2 * arctan(FilmDimension / (2 * FocalLength))
   -. Coverage
       coverage = focal length * 1.92
   *. 위 계산식은 범용적으로 널리 알려진 식입니다. 이 외에도 다른 계산 방법이 있습니다.