스펙표에 적힌 '1인치 센서'의 실제 대각선 길이는 25.4mm가 아니라 약 16mm다. 이 표기는 센서의 물리적 크기가 아니라 1950~80년대 방송용 비디콘 촬상관의 유리관 바깥지름에서 온 관습이고, 관 안쪽에서 실제로 빛을 받던 영역이 지름의 3분의 2 남짓이었던 데서 16mm라는 숫자가 나왔다. 나무위키 판형 문서도 같은 유래를 적고 있다.
그래서 1/1.3인치와 1/1.4인치의 차이를 '0.1인치'로 읽으면 감이 잡히지 않는다. 표기를 면적으로 환산해야 두 센서가 실제로 얼마나 다른지 나온다. 아래 계산은 전부 공개된 스펙과 산술만으로 도출한 것이다.
표기를 실제 대각선으로 바꾸는 상수는 두 개다
산업용 카메라 업계에서 쓰는 변환식은 투센(Tucsen)의 정리가 명확하다. 표기 크기가 1/2인치 이상이면 대각선(mm) = 표기 인치 × 25.4 ÷ 1.5875, 1/2인치 미만이면 나누는 값이 1.4111로 바뀐다. 앞의 식은 1인치를 16.00mm로, 뒤의 식은 1인치 환산 기준을 18.00mm로 만든다.
상수가 둘인 이유도 촬상관에서 왔다. 작은 관일수록 유리 두께가 차지하는 비중이 줄어 안쪽 수광 영역의 비율이 커졌고, 그 비율 차이가 그대로 관습으로 굳었다. 표기만 보고 비례식을 세우면 작은 센서에서 10% 이상 틀리는 게 이 때문이다.
4:3 비율 센서라면 대각선 d로부터 가로 0.8d, 세로 0.6d, 면적 0.48d²가 나온다. 이 식으로 스마트폰에 자주 쓰이는 표기들을 전부 환산하면 다음과 같다.
| 표기 | 적용 상수 | 대각선(mm) | 4:3 가로×세로(mm) | 수광 면적(mm²) | 1인치 대비 면적 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1인치 | 1.5875 | 16.00 | 12.80 × 9.60 | 122.9 | 100% |
| 1/1.3인치 | 1.5875 | 12.31 | 9.85 × 7.38 | 72.7 | 59% |
| 1/1.4인치 | 1.5875 | 11.43 | 9.14 × 6.86 | 62.7 | 51% |
| 1/1.7인치 | 1.5875 | 9.41 | 7.53 × 5.65 | 42.5 | 35% |
| 1/2.55인치 | 1.4111 | 7.06 | 5.65 × 4.24 | 23.9 | 19% |
| 1/3.06인치 | 1.4111 | 5.88 | 4.71 × 3.53 | 16.6 | 14% |
여기서 두 가지가 보인다. 첫째, 1/1.3인치와 1/1.4인치는 표기상 붙어 있지만 면적으로는 72.7mm²와 62.7mm², 약 16% 차이다. 둘째, 플래그십 메인 센서(1/1.3인치)와 보급형 메인 센서(1/2.55인치)의 면적 차이는 3배가 넘는다. 표기 숫자의 간격이 체감 차이를 심하게 압축해서 보여준다는 뜻이다.
참고로 35mm 풀프레임은 36 × 24mm, 면적 864mm²다. 스마트폰의 '1인치 센서'조차 풀프레임의 7분의 1이다.
이 계산이 맞는지 검산해보면
환산식이 실제 제품과 맞는지는 역산으로 확인할 수 있다. 센서의 가로 화소 수에 화소 하나의 크기를 곱하면 수광 영역의 가로 길이가 나오고, 4:3이면 이를 0.8로 나눠 대각선을 얻는다. 여기에 다시 1.5875를 곱하고 25.4로 나누면 표기 인치가 복원된다.
2억 화소 센서는 16,384 × 12,288 화소, 5,000만 화소 센서는 8,192 × 6,144 화소다. LensXP가 정리한 삼성 아이소셀 HP2(1/1.3인치·0.6μm)와 HP9(1/1.4인치·0.56μm), SamMobile이 전한 소니 IMX989(1인치·약 1.6μm)를 이 식에 넣으면 이렇게 된다.
| 센서 | 공개 표기 | 화소 크기(μm) | 가로 화소 수 | 계산한 가로(mm) | 계산한 대각선(mm) | 역산한 표기 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ISOCELL HP2 | 1/1.3인치 | 0.60 | 16,384 | 9.83 | 12.29 | 1/1.30인치 |
| ISOCELL HP9 | 1/1.4인치 | 0.56 | 16,384 | 9.18 | 11.47 | 1/1.40인치 |
| Sony IMX989 | 1인치 | 1.60 | 8,192 | 13.11 | 16.38 | 1/0.98인치 |
HP2와 HP9은 소수점 둘째 자리까지 공개 표기와 일치한다. 16mm 규칙이 임의의 어림이 아니라는 확인이다. 반면 IMX989는 역산값이 1/0.98인치로, 관습적인 16.00mm보다 2.4% 크게 나온다. 소니의 '1인치'는 규칙보다 조금 넉넉한 쪽이라는 뜻이고, 이 정도 오차는 표기 관습에 흔히 섞여 있다. 결국 표기는 분류 라벨이지 치수가 아니다.
센서 표기는 크기를 재서 붙인 이름이 아니라, 촬상관 시절의 분류 번호를 물려받은 라벨이다.
면적이 아니라 화소 하나의 면적이 갈린다
저조도에서 실제로 문제가 되는 건 센서 전체 면적보다 화소 하나가 받는 빛의 양이다. 화소 크기를 제곱하면 화소 하나의 수광 면적이 나온다. HP2의 0.6μm는 0.36μm², IMX989의 1.6μm는 2.56μm²로 7.1배 차이다. 센서 면적은 1.7배 차이인데 화소 하나로 내려가면 7배가 되는 이유는, HP2가 같은 면적에 4배 많은 화소를 넣었기 때문이다.
그래서 고화소 센서는 화소 합치기(비닝)로 이 격차를 메운다. 삼성전자 반도체가 공개한 테트라²픽셀 방식은 인접 화소를 4개 또는 16개까지 묶어 동작한다. 2억 화소 0.6μm 센서라면 4개를 묶어 1.2μm(5,000만 화소), 16개를 묶어 2.4μm(1,250만 화소)로 쓰는 식이다.
| 동작 모드 | 유효 화소 크기(μm) | 화소 1개 면적(μm²) | 출력 해상도 | IMX989 기본(1.6μm) 대비 |
|---|---|---|---|---|
| 0.6μm 센서 전체 화소 | 0.60 | 0.36 | 2억 화소 | 0.14배 |
| 4화소 합치기 | 1.20 | 1.44 | 5,000만 화소 | 0.56배 |
| 16화소 합치기 | 2.40 | 5.76 | 1,250만 화소 | 2.25배 |
16화소를 묶으면 화소 하나의 면적은 1인치 센서의 기본 화소보다 커진다. 대신 출력 해상도가 1,250만 화소로 내려간다. 고화소 센서의 저조도 결과물이 밝은 곳 결과물보다 해상도가 낮게 나오는 건 이 교환 때문이다. 규격 표기를 층위별로 뜯어 읽어야 하는 건 메모리카드 등급 표기를 읽는 방식과 다르지 않다.
스펙표에서 이 순서로 보면 된다
- 표기 인치보다 화소 크기를 먼저 — 화소 크기와 화소 수만 있으면 센서 크기는 계산으로 나온다. 반대는 성립하지 않는다.
- 1/2인치 경계를 기억할 것 — 1/1.7인치와 1/2.55인치를 같은 비례로 비교하면 틀린다. 적용 상수가 16mm와 18mm로 다르다.
- 비닝 후 해상도까지 확인 — 2억 화소라는 표기와 실제 저장되는 1,250만 화소는 다른 층위의 숫자다.
- 망원·초광각 센서 표기도 별도로 — 메인 센서만 1/1.3인치이고 나머지가 1/3인치대인 구성이 흔하다. 면적으로는 4배 이상 차이다.
- 표기 간격에 속지 말 것 — 1/1.3과 1/1.4 사이는 면적 16%, 1/1.4와 1/2.55 사이는 면적 2.6배다.