여러 미러리스 AF 시스템의 장단점과 미래 by eggry


 최근 파나소닉 S1 시리즈가 출시되면서 컨트라스트 AF(이하 CDAF, Contrast Detection AF)와 위상차 AF(이하 PDAF, Phase Detection AF)에 대한 얘기들이 늘어나면서 한번 정리해보기로 했습니다. 사실 대부분의 내용은 위 유튜브 영상이 거의 최신 트렌드를 잘 커버하고 있습니다. 하지만 영어이고 길기 때문에, 그리고 요약정리 같은 게 따로 없어서 글로 써보기로 했습니다.



DSLR의 PDAF


 PDAF와 CDAF는 그 기술 자체는 카메라의 방식에 구애되지 않습니다. 그리고 두 기술은 모두 DSLR(렌즈교환식의 경우)에서 출발했습니다. 필름 SLR에 채택된 PDAF는 DSLR까지 이어졌고, 전용 AF 모듈을 가지지 않는 컴팩트 카메라들은 CDAF를 써왔습니다. CDAF는 느리고 저열한 것으로 인식되었지만, 처리성능 향상에 따라 속도와 정확도 모두 크게 향상되었고 실시간으로 이미지를 확인할 수 있는 라이브뷰가 인기를 얻으면서 DSLR에도 들어왔습니다.

 PDAF의 원리는 PDAF 센서를 통해서 거리를 감지하는 것입니다. '위상차'라는 이름에 걸맞게, 위상차가 발생하는 두 빛의 일치 여부를 통해서 초점이 맞는지 여부를 판별하는 방식입니다. 이는 양눈 시도차를 통해 거리를 판별하는 인간 눈의 원리와 유사성이 있습니다.

 PDAF의 장점은 지금 피사체의 앞에 초점이 있는지, 뒤에 초점이 있는지 알 수 있다는 것과 그 거리도 알 수 있다는 점입니다. 물론 거리의 판별은 센서의 성능에 크게 좌우되기 때문에 카메라가 얼마나 저가형이거나 고급이냐에 따라 그 성능이 크게 갈라집니다. 즉, AF 센서의 성능이 AF 성능을 크게 좌우합니다. DSLR의 PDAF 처리성능은 그렇게 크게 요구되지 않습니다. 측거점 수가 적고 계산이 단순하기 때문이죠. 센서 자체의 성능이 가장 큰 변수입니다.

 하지만 PDAF는 간단하고 빠른 반면, 태생적으로 오차의 한계를 가집니다. 최종 이미지가 아니라 분리된 파장을 일치시키는 것으로 판별하는데 이는 이미지 센서의 분해능과는 다를 수 있습니다. AF 정확도가 AF 모듈 만큼의 한계를 가지는 거죠.(모터 등을 제외한다면요.) 또 시도차를 이용한다는 개념 자체도 근본적으로 오차를 발생시킬 여지를 가집니다.

 또다른 문제는 중앙과 주변부가 다른 정확도를 가진다는 것입니다. 심지어 렌즈 마다도 달라지죠. 사실 이 문제 중 상당부분은 렌즈가 근본적으로 수차를 가지고, 주변부로 갈 수록 심하다는 점에서 오긴 합니다. 이는 오랜 기간 SLR 방식의 근본적 문제로 핀교정의 어려움을 낳았습니다. 근래 DSLR들은 카메라 내부에 미세교정 기능을 넣어 이를 커버하고 있지만, 반복적 수작업이 필요한 번거로운 과정입니다.



 PDAF의 또다른 단점은 기구의 복잡성입니다. DSLR은 미러 방식으로 되어있고, 렌즈를 통과한 광량 대부분은 반사를 거쳐서 파인더를 통해 눈으로 들어오게 되어 있습니다. 사진에 AF 센서는 미러 아래에 있다고 되어 있는데 그럼 미러론 어떻게? 미러를 잘 보신 분은 아시겠지만 정확히는 미러의 중앙부분은 AF 영역 만큼 반투명 유리로 되어 있습니다. 그 뒤에 또다른 반사유리가 있어서 미러 아래쪽으로 빛을 보내줍니다. 이런 구조는 눈으로 들어오는 광량에도 손해를 주지만, 궁극적으로 AF 모듈로 가는 빛의 양을 제한합니다. 그리고 이는 AF 모듈의 성능과 맞물려서 특정 조리개값 이상에서만 작동된다거나, 최적의 성능이 나온다거나 하는 특징이 생깁니다. DSLR 사양표에서 곧잘 확인할 수 있죠.



 DSLR PDAF과 미러리스 AF의 가장 두드러지는 차이는 AF 영역의 차이입니다. 위에 말한 기구적, 정확성적 이유로 주변부를 커버하기 상당히 어렵습니다. 특히 풀프레임이 더 심합니다. 그래서 최고의 DSLR이라고 하는 D5의 경우에도 실제 AF 측거점이 커버하는 영역은 저정도 밖에 되지 않습니다. 단순 면적으로 보면 절반 이하이죠. 구석진 곳은 AF를 할 수 없는 것입니다.

 또 다른 한계점은 1차원적으로만 판별하기 때문에 센서의 방향에 따라 판별력이 크게 갈라진다는 점입니다. 대부분의 PDAF 센서는 수평으로 만들어져 있으며, 수직 패턴을 훨씬 잘 인식합니다. 반면 수평선 같은 것들은 잘 잡지 못 합니다. 이를 해결하기 위해 수직/수평 위상차를 동시에 갖춘 크로스타입 센서가 등장했습니다. 물론 이것들은 AF 모듈의 전체 단가 상승을 일으키기에 고가 기종에서만 만나볼 수 있습니다.

 이런저런 문제에도 불구하고 DSLR은 미러를 이용해 광학 파인더를 본다는 기본구조 때문에 PDAF에서 벗어날 수가 없었습니다. 여러 문제점을 갖고 있지만 오랜 기간 향상해왔고 개량해와서 그럭저럭 믿을 만 한 시스템이기도 합니다.


장점
- 속도가 빠르며 워블링이 적다
- 데이터 량이 적고 간단하다
- 동체추적 성능 뛰어남
- SLR의 미러 구조와 잘 맞는다

단점
- 정확도에 한계가 있다
- 커버리지에 한계가 있다
- 정확도와 커버리지를 얻기 위해 비싼 부품이 필요하다
- 크로스타입이 아닌 경우 특정 축만 인식할 수 있다
- 동영상에 사용할 수 없다
- 점 단위로 분석하기 때문에 얼굴인식 등을 구현할 수 없다


전통적 CDAF


 DSLR이라고 했습니다만, 정확히는 컴팩트 카메라부터 쓰인 원시적인 CDAF를 통칭합니다. CDAF의 원리는 매우 간단합니다. 센서로 이미지를 읽어 들이면서, 컨트라스트가 가장 높은 지점에 멈추는 것입니다. 컨트라스트가 가장 높은 지점이 초점이 맞는 지점이라는 간단한 원리를 이용한 것이죠. 원래 샤프니스라는 개념은 단순 분해능과 컨트라스트가 조합된 개념입니다. 초점의 목적이 최상의 샤프니스를 찾기 위함임을 생각하면 CDAF는 이론 상으로 거기에 아주 적합합니다. 절대 초점이 빗나갈 수도 없고, 처리성능만 받침이 된다면 정확도도 아주 높아집니다.

 CDAF가 DSLR로 찾아오는데 시간이 걸린데는 처리성능과 발열 문제 등이 있습니다. 센서 전체를 상시 이용해야 하기 때문에 데이터량이 많으며, 그걸 처리하는 과정에서 속도와 정확도의 트레이드 오프가 필요하게 됩니다. 속도와 정확도 모두 얻으려면 매우 높은 처리성능이 필요했고 오랫동안 큰 판형, 고화소에선 가능하지 않았습니다. 하지만 2010년 전후로 CDAF를 처리하기 위한 기술적 조건은 모두 해결되었습니다. 덕분에 미러리스 카메라도 실현 가능하게 된 것이죠.

 CDAF의 가장 큰 단점은 컨트라스트가 맞는 지점을 찾기 위한 왕복 과정, '워블링'이 필요하다는 것입니다. PDAF와 달리 CDAF는 단순히 지금 맞았나 안 맞았나만 알 수 있기 때문에 AF 모터가 전체 영역을 흝어가면서 확인하는 과정이 필요합니다. 이건 단순히 최단거리에서 최장거리까지 왕복 한다는 것만이 아니라, 그 중간에도 여기가 맞나 확인하기 위해 좁은 범위를 왕복해 확인하는 과정을 거칩니다. 그에 따라 당연히 전체 AF 속도는 느려질 수 밖에 없습니다.

 이런 AF의 작동 방식과 포커스 모듈의 거동 차이 때문에 DSLR에 적합하게 만들어진 렌즈들은 모터들의 스펙 자체가 CDAF 구동에 적절하지 않습니다. 그래서 DSLR의 라이브뷰는 매우 느립니다. 단순 처리성능 때문이 아니라 렌즈와의 궁합 문제 때문에 말이죠.

 초기 미러리스는 모두 CDAF 만을 이용했습니다. 마이크로포서드를 시작으로 소니, 후지필름, 캐논, 삼성 등등 모두 말이죠. 처음부터 하이브리드 AF를 이용했던 메이커는 니콘 정도입니다. 규격으로썬 실패하긴 했지만 니콘 1, 혹은 CX 포맷은 하이브리드 AF로 처음 높은 퍼포먼스를 달성한 포맷이기도 합니다. 어쨌든 하이브리드 AF가 나오기 전의 미러리스는 이때문에 AF 성능이 DSLR보다 떨어진다는 평판을 얻었습니다. 파나소닉 같은 경우엔 처리속도를 끌어 올림으로써 단순 속도에선 뒤쳐지지 않게 만들기도 했지만, 그래도 워블링이 없어진 건 아니었습니다. 또 마이크로포서드 외의 메이커들은 하이브리드 AF가 나오기 전까지 AF 성능이 확연히 뒤쳐졌습니다.

장점
- 정확도가 매우 높다
- 센서 전체를 커버할 수 있다
- 센서 성능이 높을 수록 저조도 탐지력이 높아진다
- 피사체나 패턴의 형태에 상관 없이 작동한다
- 동영상과 양립할 수 있다
- 얼굴인식 등 피사체 인식 기술과 겸용 가능하다

단점
- PDAF보다 높은 처리성능을 요구한다
- 워블링이 발생해 느리다
- 동체추적 성능이 떨어진다
- PDAF용 렌즈와 궁합이 좋지 않다


센서면 PDAF와 하이브리드 AF


 한편 시간이 흐르면서 센서에 PDAF를 넣을 수 있는 기술이 등장합니다. 제 기억으로 이 기술을 처음 도입한 건 후지필름의 컴팩트 카메라였던 걸로 기억합니다. 맨 위 이미지로, 아직 당시 독자적인 허니컴 CCD의 패턴 모습을 알 수 있습니다. 좀 더 오늘날에 가까운 모습은 아래의 캐논 하이브리드 CMOS AF 계열입니다.



 센서면 PDAF는 센서의 픽셀에 각각 절반을 마스킹 한 픽셀 한 상을 만들어서 이 둘을 마치 DSLR의 위상차 AF 모듈처럼 작동하게 하는 것입니다. 두 픽셀 간의 거리는 픽셀의 감도나 처리성능 등 여러가지 요인에 따라 거리나 배치가 달라질 수 있습니다. 좁을 수록 빠르지만 정확도는 떨어지게 됩니다.



 센서면 PDAF 역시 DSLR의 PDAF와 마찬가지로 수직, 수평 중 한쪽 밖에 대응하지 못 한다는 한계를 갖고 있습니다. 예외적으로 삼성 NX1이나 올림푸스 E-M1 시리즈가 크로스타입 센서면 PDAF를 갖추고 있는데, 캐논, 소니, 니콘 등은 수직인식력만 갖추고 있습니다. 그래서 수평 탐지력이 떨어집니다. 다만 크로스타입이 아니더라도 요즘 이미지 센서는 픽셀이 워낙 많기 때문에 위 후지의 경우처럼 AB 쌍을 수평만이 아니라 수직으로도 배치하는 형식으로 극복할 수 있습니다. 물론 이 경우엔 픽셀 패턴 자체가 복잡해지기 때문에 좀 더 높은 처리성능을 요구하게 됩니다.



 센서면 PDAF의 가장 큰 장점은 CDAF에 부재했던 '거리'와 '방향' 판별력을 가진다는 것입니다. 그리고 CDAF와 혼재해 하이브리드 AF로 이용할 경우엔 속도와 정확도를 모두 얻을 수 있습니다. 또 초기에는 센서면 PDAF의 정확도에 한계가 있어 최종 미세조정 단계에선 CDAF가 필수적이었지만, 요즘 PDAF는 정확도도 높아져서 PDAF 만으로도 작동할 수 있습니다. 그리고 이 PDAF Only 모드는 AF-C에서 워블링을 없애주는 큰 장점이 있습니다. 다만 현시점에서도 PDAF의 정확도 자체는 CDAF 보다는 낮습니다. 그저 '충분히' 좋아졌을 뿐이죠. 이런 한계가 있기에 정확도가 중시되는 AF-S에선 하이브리드 AF, 속도가 중시되는 AF-C에선 PDAF Only로 작동하고 있습니다.

 센서면 PDAF이 DSLR의 PDAF와 크게 차이가 나는 건 미러의 반투명 구역이나 AF 모듈의 사이즈 등과 같은 요인에 구애받지 않기 때문에 센서 전체를 커버할 수 있다는 점입니다. 주변부를 커버하기 힘들던 한계가 미러리스에선 생기지 않습니다. 물론 주변부까지 센서를 배치할 순 있다고 해도, 렌즈의 주변부 성능 때문에 발생하는 주변부 탐지성능 저하는 여전히 있을 수 밖에 없습니다. 다만 요즘 미러리스 렌즈들은 주변부까지 해상력이 좋은 경우가 많아 큰 문제가 되진 않습니다.

 또다른 단점은 PDAF 자체가 CDAF 보다는 광량에 더 민감하다는 점에서 오는 것으로, 상시 라이브뷰를 위해 조리개를 조이고 있을 수 있는 미러리스에선 작동 가능한 조리개 한계치가 생깁니다. 소니의 경우엔 꽤 오랜 기간동안 f8 보다 밝은 조리개에서만 PDAF가 작동했고, 근래 F11, F16까지 확장되어서 이제는 제약이 거의 없어졌습니다만, 여전히 F22 수준까지는 안 되는 것입니다.

 AF 성능 외의 문제점을 따지자면, 센서의 일부를 이용하기 때문에 화질에 영향을 준다는 것입니다. 확실히 RGB를 커버해야 할 픽셀들이 군데군데 빠지게 됩니다. 이는 PDAF 수가 늘어나고 커버리지가 늘어날 수록 더 큰 문제가 됩니다. 물론 베이어패턴 센서는 애초에 한 센서가 RGB 정보를 완벽하게 가질 걸 전제로 만들어진 게 아니고, 수백개의 PDAF 픽셀이라고 하더라도 수천만 화소나 되는 전체 픽셀 수에서는 적은 양이기 때문에 이를 인터폴레이션해서 커버하는 건 문제가 안 됩니다.

 실제로 최종 이미지에서 PDAF로 인한 화질저하를 체감하기는 거의 불가능합니다. 하지만 센서 벤치마크에서는 다이나믹 레인지 저하와 같은 현상이 나타납니다. 물론 동일 센서에 PDAF가 있고 없고가 있었던 시기에나 비교할 수 있었고 지금은 거의 모든 센서가 PDAF를 탑재해서 나오므로 비교대상이나 대안은 딱히 없습니다.



 부차적인 문제는 PDAF 픽셀이 절반을 마스킹 한 구조에서 나오는데, 마스킹 된 부분 말고 실제로 측정을 위해 수광하는 부분의 반사율이 RGB 필터가 입혀진 영역보다 밝다는 점입니다. 그때문에 여기서 반사된 빛이 마이크로렌즈, 센서 앞의 각종 필터 스택 등을 통해 내부반사를 일으킬 수 있습니다. 그리고 이렇게 해서 발생하는 게 그 유명한 '밴딩 노이즈'(일반적으로 고감도에서 발생하는 밴딩 노이즈와 다른 증세이지만 이렇게 부르는 사람이 많습니다) 혹은 해외에서의 통칭은 아예 PDAF Strife 입니다. 역광에서 플레어가 강하게 발생하는 경우 생기는 증세로 아직 해결되진 않았습니다.

 이 이슈에 대해서 말들이 많지만 저는 제 스스로 겪은 참담한 피해에도 불구하고(위 사진;) 원인과 회피법을 이해하고 있다면 감당할 수 있는 트레이드오프라고 생각합니다. 물론 결점이긴 하지만 센서나 특정 기능의 결점은 사실 왠만한 카메라에는 다 있고, 카메라 회사들이 인정해주길 기대할 순 없기 때문에 그냥 자연재해 같은 거라고 생각하려 합니다. 그 댓가는 현존 미러리스에서 가장 강력한 AF이기 때문에 당근이 너무 강한 것이죠;;

 물론 절대 이런 일이 발생하면 안 되는 사람도 있겠고(특정 환경에서 활동하는 프로 사진가라거나) 그런 사람들은 장비를 가려서 선정해야겠죠. 이에 대해서는 이전에 긴 FAQ 글을 번역한 게 있으니 자세한 내용은 그쪽을 봐 주세요.(소니 a7 III 밴딩(PDAF 스트라이핑) 이슈 FAQ)


장점
- 방향, 거리 판별 가능
- 동체추적에 용이
- 워블링이 없거나 최소화(하이브리드 AF의 경우) 가능
- 센서 거의 전체 커버 가능
- CDAF와 조합해 정확도를 높이거나 다양한 피사체 인식과 혼용 가능
- DSLR 렌즈 어댑터 이용 용이

단점
- 아직 CDAF 만큼 정확도가 높진 않다
- 이미지 품질에 미미한 손해
- 크로스타입이 아닌 경우 수평 인식 성능 낮음
- 저조도 탐지력이 CDAF보다 떨어진다
- 특정 조건에서 스트라이프 이슈가 발생할 수 있다


캐논 듀얼픽셀


 캐논 듀얼픽셀 AF는 엄밀히 말하자면 센서면 PDAF의 하위 카테고리입니다. 다만 타사가 쓰는 센서면 PDAF와 차이도 있고, 스스로 브랜딩도 다르게 설정한데다 몇가지 차이점이 있어서 따로 설명해 봅니다. 듀얼픽셀 AF가 초점을 판별하는 원리는 PDAF 방식 그대로입니다. 신호 차이를 통해 거리와 앞뒤를 판별하고, 이게 일치되면 맞췄다고 보는 것이죠.

 일반적인 센서면 PDAF와 다른 점은, PDAF를 담당하는 픽셀이 몇개 정해져 있는 타사와 달리 듀얼픽셀은 모든 센서가 PDAF 기능을 갖고 있다는 것입니다. 이는 센서 하나를 절반으로 나눠서, 그 각각의 시도차를 이용하는 개념이기 때문입니다. 이런 원리 때문에 듀얼픽셀은 단순히 센서 전체 영역을 '커버'하는 수준이 아니라, 모든 픽셀이 위상차 능력을 가지게 됩니다.

 타사 PDAF와 차이점은, 타사가 아무리 PDAF를 많이 박았다고 해도 분명히 그 사이사이엔 공백이란 게 존재한다는 점입니다. 그 경우엔 가장 인접한 PDAF를 기준으로 판별하거나, 아니면 CDAF의 도움을 받아서 마무리해야 합니다. 반면 듀얼픽셀은 모든 픽셀이 위상차 검출력을 가지기 때문에 문자 그대로 픽셀 하나하나에서 거리를 탐지해낼 수 있습니다.

 부차적인 장점은 일반 픽셀과 PDAF 픽셀의 차이에서 스트라이핑 이슈나 화질 문제가 생기는 반면 듀얼픽셀은 모든 픽셀이 동일하기 때문에(사실 기종 별로 커버리지 차이는 있습니다. 100%가 아닌 기종은 당연히 100%는 아니지만 대개 거의 전체라고 할 수 있습니다.) 그런 픽셀 차이에 따른 문제는 생기지 않습니다.

 다만 모든 픽셀에서 위상차 측정치가 나오고 그걸 고려해서 작동해야 하다보니 처리성능은 타사 PDAF보다 조금 더 요구합니다. 이 처리성능 문제는 안그래도 가장 약한 프로세서를 가진 캐논에 여러모로 문제를 가져옵니다. 실제로 저가기종들은 성능 부족으로 동영상에서 듀얼픽셀을 이용하지 못 하는 경우가 많습니다.



 화질 면에서는 타사 PDAF와 다른 이유로 화질저하 요소가 있습니다. 이는 보간이 필요한 공백이 생겨서가 아니라, 픽셀을 절반으로 쪼개다 보니 수광면적에서 손해를 보기 때문입니다. 이는 센서 공정 면에서 낙후되어 있는 캐논에게는 좀 더 치명적인 부분입니다. 다만 그런 한계에도 불구하고 풀타임 검출은 물론 저조도 검출력까지 -6EV라는 업계 최고수준을 보여주고 있어서, 성장 가능성을 기대하게 합니다.

 또다른 잠재적 단점은 매우 좁은 간격의 한 픽셀(두 픽셀?) 내에서 측정을 하다보니 이론 상 정확도 면에서는 간격이 떨어진 PDAF보다는 떨어질 거라는 점입니다. 다만 이는 절대적인 게 아니라 동일 기술력일 때의 이론 상의 이야기로, 당연히 더 고성능인 PDAF 검출력이라면 같은 물리조건에서도 더 잘 검출하기 마련입니다. 캐논의 자료에서는 이미 하이브리드 AF III를 능가해서 최종 미세조정을 위한 CDAF도 필요하지 않다고 합니다. 소니가 PDAF가 AF-C에서 충분하다고 판단했다면, 캐논은 이미 AF-S에서도 충분하다고 판단했다는 것입니다.

 네 그렇습니다, 소니, 니콘, 후지필름과 달리 캐논의 듀얼픽셀은 AF-S 일 때도 CDAF를 전혀 쓰지 않는, 풀타임 PDAF 시스템입니다. 현존 미러리스 중에서 CDAF에 의존하지 않는 유일한 방식이 캐논 듀얼픽셀입니다. 기술 구현의 차이는 있어도 풀타임 PDAF 자체는 소니에게 있어서는 결국 도달하려는 목적점이라 생각하는데, 캐논이 일단 먼저 도달해 있는 것입니다. 물론 캐논 AF-S와 소니 AF-C의 정확도 차이를 분석해봐야겠지만, 소니로썬 AF-S에서 PDAF Only로 작동하지 않는 점에서 아직 캐논 만큼의 자신감은 아닌 듯 합니다.

 다만 위상차 측정 간격이 좁아 속도에 유리하다는 원리와 달리 캐논은 아직 소니보다 속도는 느립니다. 이는 측정 데이터가 너무 많아서 처리성능의 한계 때문일 수도 있고, 아니면 모터 속도라든가 다른 변수들이 복합적으로 작용하는 것일 수도 있습니다. 어쨌든 캐논은 기술적으로는 거의 완전한 방식을 보유하고 있고, 소니도 스트라이프 이슈라거나 출원된 특허 등을 볼 때 캐논과 같은 식을 장차 도입할 가능성이 높습니다.


장점
- 동체추적에 용이
- 픽셀 차이로 인한 화질 영향 없음
- 모든 픽셀이 AF 성능을 가짐
- 센서 거의 전체를 커버할 수 있음
- 다양한 피사체 인식과 혼용 가능
- DSLR 렌즈 어댑터 이용 용이

단점
- 각 픽셀의 수광능력 손실
- 수평 라인 탐지능력이 약하다
- 처리량이 일반 센서면 PDAF보다 많음


파나소닉 DFD


 지금도 PDAF 방식을 하이브리드든 뭐든 전혀 이용하고 있지 않은 유일한 메이커는 파나소닉입니다. 미러리스 출시부터 CDAF만 고집해 온 파나소닉으로썬 PDAF와 하이브리드 AF의 등장이 가져온 동체추적 성능을 따라가기 어려웠습니다. 물론 CDAF의 한계가 있다고 해도 AF-S 에서 만큼은 처리성능능과 모터 속도를 극대화 하는 방식으로 초기부터 매우 빨랐지만, 이제 초점은 단순 AF-S 속도에서 AF-C로 넘어가고 있는 것입니다.

 이를 극복하기 위해 파나소닉도 피사체의 거리를 판별할 수 있는 기술이 필요하게 됐습니다. 타사가 PDAF로 가는 동안, 파나소닉은 센서는 그대로 두고 이미지 분석을 통해 이를 알아낼 방법을 찾아냈습니다. DFD(Depth From Defocus)는 이름 그대로 디포커스, 초점이 안 맞는 영역에서 깊이 값을 읽어낸다는 것입니다. 어떻게? 렌즈는 초점이 맞은 부분의 앞과 뒤에 다른 보케 특성을 가지기 때문에, 이런 렌즈의 광학특성 데이터를 갖고 분석할 수 있다면 거리를 읽어낼 수 있다는 것입니다. 그 이후부터는 PDAF와 완전히 동일하게 흘러가게 됩니다. 단지 거리, 위치를 판별하는 방식에서의 차이가 있을 뿐이니 말입니다.



 파나소닉이 제시하는 기존 CDAF Only 와의 비교 역시 타사의 하이브리드 AF에 대한 설명과 동일합니다. 거리를 판별할 수 있게 되면서 근처까지 빠르게 이동한 뒤, CDAF로 마무리를 짓는 것이죠. DFD는 엄밀히 말해 컨트라스트를 측정하는 게 아니라, 오히려 그 반대라고 할 수 있는 흐림을 측정하는 것이기 때문에 DFD는 CDAF는 아닙니다. 다만 방향은 반대라도 방식에 도달한 원리에서는 유사성이 있긴 합니다.

 PDAF와 AF 피드백에서의 유사성에도 불구하고 파나소닉의 AF에 대한 많은 우려의 이야기들을 들었을 것입니다. 거기에는 DFD 기술이 아직 PDAF 만큼 정확도가 높지 않다는 문제가 있습니다. 실제로 속도와 워블링 억제가 중요한 경우는 AF-C일 것입니다. 이 경우 다른 PDAF 메이커들은 AF-C일 때는 PDAF Only로 작동하고 있습니다. 정확도가 완벽하진 않아도 충분한 수준은 되기 때문입니다.

 그런데 DFD는 아직 그정도까지 정확도를 갖지는 못 하고 있습니다. 그러니까 CDAF로 마무리 하기 전까지 보내주는 정도는 되지만, DFD 만으로 충분한 정확도로 판별해내지 못 한다는 것입니다. 적게는 수백개, 많게는 센서 전체가 측거점으로 작용하는 PDAF 진영과 달리 DFD는 이미지 분석이기 때문에 분석하는 단위 영역이 PDAF보다 크고 갯수도 적습니다. 갯수를 늘리면 정확도도 올라가겠지만, 대신 처리성능도 늘어나게 되는 것이죠. 단순 거리 분석 픽셀들과 이미지를 분석하는 DFD의 처리량은 비교되기 어렵습니다.

 그럼에도 불구하고 파나소닉은 스틸 이미지에 한해서는 크게 뒤쳐지지 않는 AF-C 성능을 보여주고 있습니다. 이는 AF-C에서도 아직 미세조정에 CDAF를 이용해야 하긴 하지만, 그 CDAF가 워낙 빠르기 때문에 가능한 것입니다. 다만 워블링이 일어나고 있는 것 자체는 사실이기 때문에 AF-C 중일 때는 뷰파인더가 울렁이는 느낌을 받으며, 피드되는 이미지의 화질도 이로 인해 다소 떨어지게 됩니다. 또 가장 높은 정확도라는 CDAF의 장점도 PDAF 대비 절대속도가 떨어진다는 단점과 워블링 때문에 AF-C에서는 퇴색됩니다. 현재로써는 AF-C에서 정확도는 잘해야 PDAF와 동급 정도라고 할 수 있죠.

 이런 방식으로도 극복할 수 없는 한계가 동영상입니다. 파나소닉은 스틸에서는 480Hz까지 통신성능을 높이는 방식으로 작동방식의 한계를 속도로 극복할 수 있지만, 동영상에서는 센서의 작동 주파수가 동영상 프레임으로 정해지게 됩니다. 24Hz, 30Hz, 60Hz 같은 식으로 말이죠. 덕분에 동영상에서는 속도에서 한계를 가질 수 밖에 없습니다. 이를 극복하기 위해선 DFD가 더 정밀해지고 빨라지는 수 밖에 없습니다.

 대신 DFD의 확실한 장점은 센서에 어떤 형태로든 제약을 가져오는 PDAF 계열과 달리 이미지 품질 면에서는 전혀 손해를 보지 않는다는 점입니다. 예상치 못 한 부작용이 생길 여지도 적고요. 물론 소니의 PDAF 문제가 대개의 경우 신경쓰지 않아도 될 수준이란 점과, 기술적 한계를 고려해도 센서 품질이 좋다는 점 때문에 이런 차이는 거의 퇴색되긴 합니다.

장점
- 방향, 거리 판별 가능
- 동체추적에 도움
- 워블링의 최소화
- 피사체나 패턴의 형태에 상관 없이 작동한다
- 센서 전체 커버 가능
- CDAF와 조합해 정확도를 높이거나 다양한 피사체 인식과 혼용 가능
- 이미지 품질에 영향 없음

단점
- 아직 AF-C에 사용할 만큼 정확도가 높지 않다
- 동영상에서 성능이 저하된다
- 높은 처리성능을 요구한다
- 렌즈의 광학적 특성 데이터가 없으면 작동하지 않는다


각 기술의 현황

 AF의 목적은 정확도와 속도입니다. 그 기준에 따라 각 기술의 장점 단점에 따른 현황을 따지면 다음과 같습니다.

AF-S
- 속도(요구성능의 역) : 센서면 PDAF>듀얼픽셀>DFD Only(현재 사용되지 않음)>DFD+CDAF
- 정확도: DFD+CDAF=센서면 PDAF(하이브리드 AF의 경우)>듀얼픽셀, DFD Only의 이론 정확도는 처리성능에 따라 갈라지므로 미지수

AF-C
- 속도(요구성능의 역): 센서면 PDAF>듀얼픽셀>DFD Only(현재 사용되지 않음)>DFD+CDAF
- 정확도: 센서면 PDAF>=듀얼픽셀>DFD+CDAF, DFD Only의 이론 정확도는 처리성능에 따라 갈라지므로 미지수

 AF-S와 AF-C에서 다른 건 다 그대로인데 DFD+CDAF의 정확도가 맨 위에서 맨 아래로 떨어지는 이유는 CDAF가 AF-C에서 가지는 퍼포먼스의 한계 때문입니다. 속도가 떨어지기 때문에 정확도를 희생해야 하는 상황-셔터를 우선시해야 하는 상황이 생기기 때문이죠. 하지만 이건 이론적 상황이고 실제로는 각 회사의 기술수준에 따른 잠재력 달성의 차이가 생깁니다. 성능 좋은 CDAF가 성능 떨어지는 PDAF보다 속도가 빠를 수 있는 것처럼 말이죠. 메이커 별로 따지면 아래와 같은 상황입니다.

AF-S
- 속도: 파나소닉>니콘>소니=캐논
- 정확도: 파나소닉=니콘=소니>캐논(유일한 풀타임 PDAF)

AF-C
- 속도: 소니>니콘>캐논>파나소닉
- 정확도: 소니>니콘=캐논>파나소닉

 AF-S에선 캐논 빼곤 결국 마무리를 CDAF로 하기 때문에 정확도 차이는 없습니다. 거의 같은 식으로 작동됨에도 AF-S에서 속도차가 생기는 건 CDAF의 속도 차이 때문입니다. 파나소닉이 제일 빠르고 니콘도 소니보다 CDAF가 빠르게 처리됩니다. 소니는 PDAF가 가르쳐주는대로 근사치로 가는 속도는 빠르지만 마지막 미세조정에서 속도가 느린 경향을 보여주죠. 사실 소니는 하이브리드 AF가 등장한 이래로 CDAF 성능은 거의 개선하지 않고 있는데 이런 점도 결국엔 풀타임 PDAF로 가게 될 거라는 정황으로보입니다.

 AF-C에서는 소니의 PDAF가 가장 빠른 속도를 가지고 발목을 잡는 CDAF가 없기 때문에 1위가 됩니다. 또 제일 먼저 AF를 마칠 수 있기 때문에 연사 시에 정확한 지점에 도달했을 여지도 가장 높습니다. 캐논, 니콘은 PDAF 속도가 소니보다 떨어져서 그보다 아래이고, 파나소닉은 최종 CDAF 단계에서 까먹는 것 때문에 뒤쳐지게 되는 것입니다. 다만 DFD Only는 앞으로 처리성능 개선에 따라 정확도 속도 모두 거의 이상적인 수준까지 향상 가능하기 때문에 파나소닉이 여기에 기대를 걸고 있는 것입니다. 이론 상 PDAF의 속도와 CDAF의 정확도를 동시에 손에 넣을 수 있는 기술이니까요.


AF 기술의 미래와 각 사의 향방

 맨 처음 소개한 영상대로, 현재 미러리스의 AF 기술은 소니/니콘/후지필름의 하이브리드 AF와 캐논의 듀얼픽셀, 파나소닉의 DFD+CDAF 하이브리드 세가지로 나눌 수 있습니다. 물론 아직 플래그십 빼곤 CDAF Only로 일관하고 있는 올림푸스도 있긴 합니다만, 결국엔 하이브리드 AF가 전 라인업으로 확장될 거라고 생각합니다. 이미 많이 늦었지만 말이죠.

 현시점에서 속도와 정확도의 밸런스를 가장 잘 맞추고 있는 건 하이브리드 AF입니다. 픽셀 전체는 아니지만 충분히 많은 PDAF 측거점으로 속도를 확보하고, 정확도도 일정수준 되며 정말 필요한 경우에는 CDAF와 하이브리드로 작동시킬 수 있습니다. 현시점에서 가장 동체추적이 앞서가는 메이커가 소니임을 생각하면 적어도 속도 면에서는 1등, 정확도는 공동 2위 정도인 상황입니다.

 그 다음에 위치해 있는 건 캐논 듀얼픽셀입니다. 원리 상으로 소니 PDAF의 한계를 상당부분 극복하고 있음에도 캐논의 실용화 기술의 한계인지 아직 속도는 소니 만큼은 안 됩니다. 하지만 풀타임 PDAF로 작동하는 것을 보면 소니보다 정확도에는 더 자신감이 있는 듯 합니다. 물론 이론 상으로 CDAF보다 정확도가 좋을 수는 없습니다만, 충분히 좋다고 생각한 거겠죠.

 가장 많은 비판을 받고 개선의 여지가 있는 건 파나소닉의 DFD입니다. 매우 독창적이고 창의적인 발상에도 불구하고 속도 면에서는 아직 한계를 보이고 있고, CDAF의 도움 없이는 정확도도 떨어집니다. CDAF와 조합하는 방식으로는 PDAF의 속도를 따라갈 수 없기 때문에 듀얼픽셀이나 소니의 AF-C 처럼 풀타임 DFD가 될 수 있도록 해야 문제점들이 해결될 것입니다.

 그렇긴 해도 지금의 비판과 선입견 상당부분 GH5 출시 시점에 머물러 있는 것으로, GH5 자체도 펌웨어 업데이트로 상당히 향상되었고 S1은 그보다 더 낫다고 하므로 앞으로 펌업이나 신기종 출시에 따른 개선은 충분히 현실적으로 봅니다. 이미 스포츠 영상 촬영 정도 빼고는 Usable의 영역까지는 와 있기 때문에 앞을 기대해 볼 만 합니다.

 마이크로포서드 때는 올림푸스와 노선이 달라 제대로 보급시키지 못 했지만, L 마운트는 표면적으론 라이카의 마운트지만 내부 기술은 파나소닉이고 이미 라이카도 DFD를 쓰고 있었으며, L 마운트 얼라이언스 하에서 시그마도 렌즈에 DFD 데이터를 내장해야 합니다. 그러니 DFD 호환 면에서 문제는 없을 겁니다. 이제 남은 건 성능이죠.

 궁극적으로 세 기술은 누가 앞섰느냐만 다르지 종국에는 거의 같은 성능을 갖게 될 걸로 봅니다. 현시점에서 속도와 정확도로 본다면 소니(니콘, 후지필름도 따라 갑니다)는 속도는 이미 필요한 이상을 달성했고, 정확도는 충분한 수준. 캐논은 속도는 따라가는 중, 파나소닉은 속도와 정확도 모두 따라가는 중이라고 해야겠습니다. 소니 방식의 경우엔 센서 PDAF 자체가 향상되어야 하는 반면, 캐논과 파나소닉은 처리성능 향상으로 개선될 수 있는 영역이란 차이가 있습니다.



 그보다 앞으로 중요한 것은 어떤 방식으로 AF를 검출하느냐가 아니라, '어디', 아니 더 정확히는 '무엇을' 초점을 맞출 것이냐로 초점이 넘어가리라 봅니다. 요즘 메이커들이 자주 말하는 인공지능, 딥러닝, 머신러닝 AF가 그것입니다. 지금까지는 측거점을 사람이 선택해야 했습니다. 하지만 이젠 얼굴인식을 필두로 눈동자 인식, 동물 인식, 심지어 차량 인식까지 등장하고 있습니다. 피사체 인식이 발달하면 측거점을 이동시키거나 피사체에 맞추려고 할 노력을 완전히 제거할 수 있습니다. 물론 인식은 인식이고, 그걸 뚜렷하게 맞추기 위해 움직이는 건 여전히 지금의 AF 기술들이 해야 할 일입니다.

 하지만 단순히 속도의 문제가 아니라 피사체를 정말 화면 안에 들이기만 하면 찍을 수 있다는 것은 AF가 등장한 이래 가장 큰 혁신입니다. 피사체 종류가 다소 엉뚱하긴 해도, 올림푸스의 경우 기차/비행기/자동차를 지원하는데 처음엔 동체 전체를 인식하다가 크기가 커지면 차체의 앞쪽을 맞추고(헤드램프, 콕핏 등), 운전자가 구체적으로 보이기 시작하면 드라이버 헬멧에 초점을 맞추는 식으로 진행해 갑니다. 소니의 경우엔 사람에 한해서 이런 식으로 단계적으로 작동하고 있고 파나소닉도 비슷합니다. 그리고 인식되는 피사체 종류는 계속 늘어갈 것입니다.

 이 인공지능 피사체 인식이 초점을 맞추는 과정, 그러니까 기계가 아니라 사람이 하던 부분을 극적으로 간소화하고 빠르게 만들 수 있다는 점에서 촬영의 전천후성을 단순히 AF 속도보다도 더 크게 향상시킬 것이라 기대합니다. 물론 여전히 카메라의 우선순위가 아니라 스스로 초점을 잡고 싶어하는 사람이 있고, 피사체 인식도 기본 AF 퍼포먼스가 바탕이 되어야 하지만 이 부분은 향후 5년 안에 우열을 가리거나 부족함이 없을 정도 수준에 도달할 걸로 봐서 어느 방식인지 신경쓰는 시대는 끝날 걸로 봅니다.



덧글

  • 은이 2019/04/10 10:56 # 답글

    그야말로 AF의 대 변혁기이자 춘추전국시대 같은 양상..
    미러리스 초기만 해도 그 아름다운속도의 AF와 지금을 비교해 보면, 세상 참 빨리 바뀐다 싶습니다 ㅎㅎ
  • eggry 2019/04/10 15:03 #

    사실 파나소닉은 처음부터 괜찮았지요.
  • 피쉬 2019/04/10 14:54 # 답글

    적외선을 이용한 능동식도 다시 쓰일 수 있을까요? 유리라도 있으면 쓸모없어지지만 흰색 벽을 잡아낼수 있으니까요
  • eggry 2019/04/10 15:05 #

    작동 거리의 제한, 정확도, 전력소모 등 여러가지 이유로 능동식 AF가 돌아올 가망은 없어 보입니다.
  • rgc83 2019/04/18 04:02 # 답글

    10년 전 정도만 해도 미러리스는 위상차 AF를 쓸 수 없으니까 컨트라스트 AF에만 의존해야 한다고 했었던 걸로 기억나는데, 세월이 흐르니까 완전히 바뀌었네요. 예전에 상식으로 배웠던 지식들이 이젠 쓸모 없어졌다는 느낌이 들었습니다. 그 동안 카메라 공부를 좀 쉬었더니 세상이 이리 바뀌었네요.
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