천체 사진을 찍을 때 DSLR의 경우 LPF의 특성으로 인해 적외 영역의 표현이 매우 불충한 느낌을 가지고 있습니다.
따라서 많은 천문인들의 노력에 의해 DSLR을 천문 사진에 적합하도록 개조하는 노력들을 해 왔으며, 많은 부분에 있어서 검증이 이루어 졌습니다.
사실 현재 천문용으로 사용하는 DSLR의 경우 캐논이 독점하고 있다 시피하는데 그 이유는 상대적으로 적은 노이즈에 있습니다. 높은 ISO에서 카메라 자체가 가지고 있는 노이즈와 오랜 시간 노출을 주었을 때 CCD가 동작하면서 발생하는 열잡음이라고 하는 노이즈가 타 회사 제품에 비해 적다는 점이 캐논을 천문용으로 주로 이용하는 이유이지요.
하지만 순정 그 자체로는 만족하지 못하고 아래와 같은 개조를 하게 됩니다.
- LPF의 제거 또는 교체
CCD면 바로 앞에 위치한 FF(front filter)는 아래와 같이 다양한 코딩으로 매우 복잡한 기능을 수행하고 있습니다. 보기에도 너무 복잡하네요.
그 중 별사진 전용으로 많이 사용되는 캐논의 순정 필터의 빛 투과 주파수 곡선은 아래와 같습니다. 물론 모델마다 약간씩은 틀린것으로 알려져 있습니다만, 거의 대동 소이한 것으로 알려져 있습니다.
그래프를 보시면 아시겠지만 픽크 투과율은 약 94~95%정도이며,대역폭은 -3dB기준으로 보면 대략 380nm ~ 600nm의 투과 대역을 가지고 있습니다. 특이한 점은 플랫하지 않다는 것이지요.
위의 필터 투과 곡선으로는 우주에 산재해 있는 H-alpha 영역을 표현해 내기가 어렵습니다. H-alpha의 주파수는 대략 656nm이지만 위의 필터 특성을 보시면 그 주파수의 투과율은 대략 25% 수준임을 알 수 있습니다.
따라서 별사진을 위해 이 Low pass filter를 바꾸거나 띠어버려 cutting off frequency영역을 높이거나 아예 cut off하지 않는 방법이 Astro DSLR 개조의 첫번째라 할 수 있습니다.
아래 사진은 각 유명 카메라의 주파수 응답 특성을 보여 주고 있는데 개조된 300D의 경우 적외 영역으로 확장되어 있음을 명확하게 보여주고 있습니다.
http://www.pbase.com/terrylovejoy/iraamod 이곳은 DSLR LPF 제거에 관련되어 많은 링크를 제공하고 있는 사이트입니다. 한번 방문하여 읽어 보시기 바랍니다.
300D의 경우 http://ghonis2.ho8.com/rebelmod.html 이곳에서 자세한 분해 방법등에 대해 설명하고 있습니다.
- 냉각 DSLR로의 개조
장시간 동작시 CCD 동작에 의한 열잡음을 줄이기 위해 펠티어, 히트싱크, 팬등을 이용하여 CCD면을 냉각 시켜 주는 방법입니다. 과 냉각시 CCD면에 이슬이 맺힐 수가 있어 매우 고난이도의 개조작업이며, 진공 하우징을 만들던가 이슬점을 체크한다던가 하는 다양한 방법으로 접근할 수 있으며, 최근에는 아주 간단한 방법으로 보온팩을 이용하여 보온팩 내부 온도를 내려버리는 간단한 방법까지 나온 상태입니다.
앞으로 저는 이 보온팩을 이용한 방법에 한번 도전해 볼 예정입니다.
아래 사진은 350D에 냉각 장치를 장착한 사진입니다. http://www.centralds.net/en/process1.htm#1 이곳을 방문하시면 개조 방법에 대해 알아 보실 수 있습니다.
300D의 경우 다음 링크에서 자세한 내용을 확인해 보실 수 있습니다. http://glogg.jupiter-io.net/300D/
- AMP OFF
CCD주변에 AMP에 의하여 한쪽 귀퉁이만 붉게 노이즈가 발생하는 경우가 있는데 이런 현상을 없애기 위해 AMP를 강제로 off시키는 방법입니다.
http://glogg.jupiter-io.net/300D/amp_off/amp-off.asp 300D의 경우 이곳에서 자세한 방법을 알아 보실 수 있습니다.
LPF 제거 방법
필터 제거 방법은 총 3가지 방법이 있습니다.
1. 완전 누드:
말 그대로 완전 누드입니다. CCD면이 그대로 노출되는 것이지요.
받아들이는 적외 영역의 빛의 양은 많지만 오히려 이 장점 때문에 화질은 별로라고 알려져 있습니다. 불필요한 영역의 파장까지 CCD에 들어와 열잡음이 커지는 경향이 있다고 하며, 태양촬영때도 불리하다고 하네요. 아무튼 CCD촬영 할 때 누드인체로 촬영하는 것 보다 UVIR 필터를 장착하고 찍는 것과 같은 이유입니다.
하지만 아주 작은 손실도 아까운 천체사진일 경우 필터에서 손실되는 1%의 빛도 아깝지요. 그래서 많이들 이용하십니다.
적외사진 촬영이나, 투시사진에도 이용합니다만, 일반 랜즈 장착 시 촛점 문제가 있습니다.
2. 클리어 필터 장착:
적외 영역의 빛을 누드와 거의 대등하게 받아 들이면서 촛점 문제와 CCD면 보호라는 장점이 있습니다.
다양한 적외 투과 필터등을 이용하여 적외사진과 투시 사진 역시 가능합니다. ㅋㅋㅋㅋ 뭐 완전 누드와 같은 원리니깐...쩝..
http://www.lifepixel.com/shop/cart.php?m=product_detail&p=50 이곳에서 판매하고 있는데 필터의 모양은 아래와 같습니다. 위 사이트에서 보시면 적용하는 필터에 따라 X-lay라 불리우는 투시 카메라 효과도 샘플로 보실 수 있습니다.
400D용은 안보이네요. 300D, 350D,10D,20D,30D,5D용은 판매 중입니다. 보시면 적외사진 찍을 수 있도록 개조해 주는 서비스를 하는 곳이네요. 아무튼 400D용은 기다리면 팔겠지요..뭐.
3. 기타 기능성 필터 장착:
순정 필터대신에 구미에 맞는 광해 제거용 필터를 달아버리거나 적외영역이 포함된 UVIR필터를 장착하는 방법입니다. 이 개조 방법에는 2가지 방법이 있는데
첫번째는 구미에 맞는 필터를 구매하여 컷팅하여 장착하는 방법.
두번째는 IDAS LPS-P2 RF, 바더 UVIR-EOS 필터등 DIY용 기성품을 이용하는 방법입니다.
첫번째 방법의 경우 필터 두께 문제로 AF가 전핀 혹은 후핀으로 맺히는 현상이 있으며, 미러 랜즈 아래 있는 랜치볼트를 이용하여 촛점 조절을 하시거나 CCD 마운트에 와셔등을 넣어 초점을 조정하셔야 합니다.
두번째 방법인 IDAS LPS-P2 RF와 바더 UVIR은 필터 두께가 순정과 같아 AF기능을 거의 조절 없이 사용하실 수 있습니다.
Baader사의 UVIR필터의 경우 일정 영역의 적외사진도 어느정도 가능합니다.
일반 사진도 염두에 둔 다면 필터특성이 플랫한 UVIR 이외에 대안이 없을 것으로 보여집니다. 광해 제거용 필터들은 대부분의 경우 대기중의 가로등 등의 파장을 걸러내거나, 또는 천체사진에 필요한 H알파, H베타, O-III 영역만 투과시키고 그 이외 대역은 잘라 버리는 특성들을 가지고 있습니다. 따라서 일반 사진 촬영시 색상표현에 한계를 가질 수 밖에 없습니다.
DIY용인 바더 UVIR필터는 300D, 350D, 5D, 10D, 20D, 30D, 400D용을 http://www.alpineastro.com/filters/filters.htm#SemiAPO 이곳에서 판매하고 있습니다.
제가 사용하고 있는 방법이기도 합니다. baader UVIR필터의 투과 곡선은 아래와 같습니다.
픽크 투과율이 98%에 달하며, 투과 영역 또한 전 영역에서 거의 플랫하다고 볼 수 있지요. -3dB 기준으로 볼때 투과영역은 420nm~680nm로 656nm대역 근처의 H-alpha영역을 충분히 커버하고 있습니다.
아래 그림은 순정 LPF와 바더 UVIR block filter를 비교한 것입니다. 보시면 아시겠지만 H-alpha영역의 투과율 차이가 상당합니다. 비교한 순정 LPF는 350D의 필터인 것으로 보여지네요.
일반 사진은?
이제 마지막 문제인 일반 사진 문제입니다. 값비싼 DSLR을 사서 천체사진용으로 개조했을 경우 일반 사진은 대부분 포기해야 합니다. 특수 목적의 카메라 이기 때문입니다. 하지만 위에서도 언급했듯이 완전 누드의 경우를 제외하고 아래의 방법으로 일반 사진을 찍을 수 있습니다. 완전 누드의 경우도 AF만 포기한다면 가능합니다.
1. WB카드 이용하기(커스텀 화이트 발란스)
바더 UVIR을 끼고 사용해 본 결과 실내에서는 잘맞는 경우도 있으나 AWB는 포기하여야 합니다. 대부분의 경우 적외 영역 때문에 사진 전체가 붉은 끼를 띠게 됩니다.
300D의 경우는 AWB,프로그램 WB 그리고 커스텀 WB 기능 밖에 없지만 WB커브등을 세밀하게 조절할 수 있는 상위 기종들은 설치된 필터에 따라 색감 조절을 미리 하시면 충분히 사용하실 수 있을 것으로 보여집니다.
저는 매번 찍스에서 사진 보내줄 때 딸려오는 하얀 불투명한 녀석으로 커스텀 화이트 발란스를 잡아 찍고 있으며, 나름대로 제대로 색깔 나옵니다. 다만 귀찮을 뿐...T___T
화이트 발란스 카드 살 돈이 없어 이렇게 헝그리하게 살고 있습니다만 여러장이라 가방 이곳 저곳에 마구 쑤셔 넣어 놓고...여기 저기 필요할 때 잘 꺼내 쓰고 있습니다.
비슷한 환경 아래에서는 한번 커스텀 잡고 계속 찍으면 됩니다. 나중에 살짝 틀어진 WB는 Photoshop 등의 프로그램에서 쉽게 수정됩니다.
처음엔 너무 불편했으나, 몇번 해보니 그새 익숙해 지네요. ....쩝..^____^
2. Color Correction Filter의 이용.
그럼 AWB는 포기할 수 밖에 없는 것인가?
외국 사용자들의 보고에 의하면 X-niteCC1 이란 Color correction 필터가 일반 DSLR의 FF필터와 거의 비슷한 AWB기능을 할 수 있도록 한다고 보고되었습니다.
http://www.maxmax.com/aXNiteFilters.htm 이곳에서 판매하고 있습니다.
아래 필터 곡선을 보시면 아시겠지만 X-niteCC1의 필터곡선과 순정필터 곡선이 거의 비슷한 모양을 하고 있으며, 눈으로 보여지는 색깔도 거의 비슷하다고 할 수 있네요.
일단 아래 도표에서 보시면 자외선 영역으로 더 많은 빛을 받아들이는 것을 보실 수 있습니다. 따라서 클리어필터를 장착한 카메라에서는 보라색쪽에 문제가 발생한다고 보고되었습니다.
그럼 위 color correction 필터와 baader UVIR필터를 조합할 경우는 어떻게 될까요?
자외영역이 순정 필터에 비해 더 줄어들 것으로 예상할 수 있습니다. (순정의 경우는 380nm이고 UVIR의 경우는 400nm임 - 그래프에서 추출한 DATA를 이용하여 엑셀을 이용하여 그래프를 만들어 보았습니다.: FILTER COMPOSITE.xls)
위의 표에서 노란색으로 표시된 필터 투과율 그래프가 X-niteCC1과 baader UVIR filter의 합성된 값으로 붉은색의 캐논 순정필터와 400nm이상에서는 거의 유사한 그래프를 가지고 있으나 최대 투과율 차이 즉 광량저하가 약간 발생하고 있음을 알 수 있습니다.
이 경우 잇점이 있을 지 단점이 있을지 보고 된 바는 없지만 현재 제 예상으로는 색수차 발생 시 발생된 색수차의 억제면에서 오히려 더 유리할 것으로 보여지며, 그 근거는 baader사의 색수차 제거용 필터의 투과 영역 그래프를 보면 450nm영역부터 잘라내기 시작한다는 것입니다.
아래는 baader사의 fringe killer 색수차 제거용 필터의 특성 그래프입니다.
저도 곧 X-NIGHT CC1을 구매하려고 하는데 문제는 일반 랜즈 전면에 부착하는 필터형태라는 점입니다.
고민 해 본 결과 IDAS LPS-P2 FF필터의 형태로 만들어 랜즈와 CCD사이에 끼우면 랜즈별로 필터를 구매할 필요가 없을 것이란 결론에 달하였지만 아직 시행 전 입니다. 아래 사진과 그림은 FF의 모습과 장착 개념도입니다.
이런 개조를 시행하였을 시 들어날 문제점을 예상해 보면
1). EF-s 랜즈 사용은 힘들어 진다.
==> 개조 가능한 EF-S는 개조하면 장착이 가능할 것으로 보여지나 테스트 해 보아야 할 것으로 보임.
2). 2개 필터(FF필터-컬러코렉션, RF필터-UVIR)를 통과해야 하기 때문에 광량 저하가 예상된다.
==> 위에 합성 필터곡선에 의하면 광량 저하 현상이 순정 필터에 비해 약 2~4% 정도 예상되며, 곡선에서 보다시피 자외선 영역 400nm 이하에서 순정 캐논 UVIR필터와 차이가 납니다. 이 영역의 투과율이 일반사진에서 어떤 문제점이 발생하는지는 분석하지 못하였으나, 좋게 보면 색수차 제거 필터 효과는 있을 것으로 보입니다.
3). 야간에 2개 필터 사이의 미세한 반사광때문에 고스트 문제가 발생할 소지도 있어 보인다.
==> UVIR의 제품 소개에 보면 고스트현상에 대한 억제도 설명되어 있어 야간에 2개 필터 사이의 미세한 반사광때문에 고스트 문제가 발생할 소지도 크게 발생하지 않을 것으로 예상합니다. 실제로 소장 중인 IDAS LPS-P2 FF와 같이 사용해 본 결과 크게 문제가 없었습니다.
이상 LPF제거의 관련하여 제가 알고 있는 정보들을 정리해 보았습니다. 조만간 시간을 내서 300D LPF제거한 사진과 과정을 올려보도록 하겠습니다.
PS 1) 2007. 9.30: baader UVIR과 X niteCC1과 합성된 그래프를 추가하였습니다. 그 결과 광량 저하가 있음을 확인하였습니다.
PS 2) 2007. 10.1: 오타수정
PS 3) 2007. 10.14: 단위수정 um -> nm
PS 4) 2007. 10.22: 내용수정 약간 (말이 안되는내용 삭제 ㅋㅋ)
ref 1) 1Å = 10-10m = 10-1nm
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또하나의 사이언스베슬... 김준호님의 정리가 아주 과학적으로 보입니다.
전 절대로 따라 할수 없겠지만 앰프오프는 관심이 많이 가는군요. 그냥 관심만... 갑니다.
대단한 강좌! 수고 많으셨습니다. 짝짝짝