좌측이 포베온 센서, 우측이 베이어 패턴 센서
포베온 X3® 다이렉트 이미지 센서는 세계 최초로 각각 다른 파장의 빛을 각각 다른 깊이에서 받아 들이는 실리콘의 특징을 이용하여 3층으로 분리된 필터에서 빛을 받아들여 완전한 컬러를 캡쳐해낼 수 있습니다.
1. 개요
Foveon X3디지털 카메라용 촬상소자의 일종으로 CMOS의 일종이다. 현재 이 센서를 사용하는 카메라는 시그마의 SD 시리즈와 DP 시리즈뿐이다. 폴라로이드사에서도 이 센서를 사용하는 카메라를 발매한 적이 있지만, 소리소문 없이 묻혀버렸다.
2. 왜 X3인가?
대다수 CCD, 혹은 CMOS 센서는 하나의 레이어 위에 RGB 픽셀 소자를 수평으로 배치하는데, 이를 베이어 패턴이라고 부른다. 이에 비해 포베온 센서는 레드, 그린, 블루 채널을 수직으로 한 픽셀에 배치하여 필름의 RGB 감광층과 같은 구조를 가지므로 필름과 매우 유사한 발색을 가진 결과물을 낸다.우측은 일반적인 베이어 패턴 센서이다. 각각의 픽셀에 R, G, B중 한 색만을 들여보낼 수 있는 컬러 필터를 달고, 픽셀을 격자형으로 배치하여 색을 받아들인다. 이렇게 받아들인 색을 해당 픽셀과 이웃한 픽셀이 받아들인 색에서 정보를 추정해 손실된 정보를 채우는 방식, 컬러 인터폴레이션이라는 과정을 통해 색을 합성한다. 따라서 픽셀이 받아들인 정보를 조합해 이미지를 만들어내는 과정에서 실제와 색이 달라질 수 있다. 현재는 시행착오와 향상된 기술로 상당히 정확한 이미지를 얻을 수 있지만, 피사체의 원래 색감과 비교하면 인위적인 느낌을 피할 수 없다. 또한 대부분의 카메라는 센서 앞에 로우 패스 필터를 장착하여 인위적인 정보가 생길 수 있는 주파수의 색 정보를 차단한다. 이 과정은 필연적으로 정보의 손실이 일어나므로 결과물의 디테일과 색 정보가 손상되는 단점을 가진다.
그에 반해 포베온 센서는 색 감광부를 수직으로 배치한다. 빛은 파장에 따라 다른 에너지를 가지고, 파장수가 높은 보라색 계열의 색은 센서의 깊은 곳까지 뚫고 들어가지 못해 겉 부분에서 모두 흡수되고, 파장이 긴 빨간색 계열의 색은 센서의 깊은 곳까지 뚫고 들어가 흡수된다. 따라 각 층에 들어온 빛의 양을 따로따로 감지할 수 있다면 자연스럽게 원래의 색을 알아낼 수 있다. 빛을 수직으로 받아들여 처리하므로 베이어 패턴과는 다르게 컬러 인터폴레이션 과정은 필요하지 않지만, 각 층이 받아들인 빛의 양을 토대로 색을 재구성하는데 많은 연산 성능이 요구된다.
로우-패스 필터를 사용하지 않으므로 정보의 손실이 없어 결과물의 디테일 손실이 적다는 얻을 수 있다는 차별점이 있고, 약점은 있지만 색상 재현률 100%는 비교할 수 없는 장점.
SD14는 시그마 바디답게 결과물의 심한 누런 기가 유명하다. 포럼에서는 광량 부족에서 오는 컬러 밸런스 붕괴를 억지로 보정하려니 이런 결과물이 나오지 않는가...라고 추측한다. 로우 패스 필터가 없다는 점에서 기인하는 결과물의 상당히 샤프한 디테일 또한 호불호가 갈리는 편. 그래서인지 시그마 제품 사용자들은 RAW 포맷으로 찍고 SPP로 후보정을 아주 당연하게 여긴다. 이렇게 해야 원하는 결과를 뽑아내기가 쉽기도 하다.
한동안 포베온의 화소수는 460만 x3 으로 발전이 없었으며 크기도 어정쩡한 1.7 크롭에 머물렀다. 2010년 9월 돌연 괴물급의 바디인 SD1제작 발표가 나오면서 1.5크롭의 1500만x3 센서를 장착하여 중형 디지털백 급의 해상력을 가지게 되었다. 그러나 실제 화소는 다른 크롭 화소와 비슷하다. 베이어 패턴 센서는 화소 4개를 묶어 1픽셀을 만드는 반면 포베온은 화소 1개가 픽셀 1개로 대응하기 때문이다. 시그마 관계자의 언급으로는, 최종적으로는 SA마운트의 본연의 크기인 풀프레임 포베온을 노리는 듯.
2014년 신형 DP시리즈 센서는 상위 모델만 1400만화소고 나머지는 460만, 즉 1:4:4정도의 화소를 지니게 되었다.
현재는 중형 센서에도 진출한 소니와 비교해서 압도적으로 밀리고 있다. 마이크로포서드 시장을 가진 올림푸스와 파나소닉 등과의 경쟁도 쉽지 않다.
2016년 시그마는 렌즈교환형 포베온을 미러리스 형태로 발매했다.
2018년에는 파나소닉과 라이카와 함께 미러리스시장에 동참하기로 결정함은 물론 라이카 L-마운트[1]를 쓰는 포베온 풀프레임 미러리스를 2019년에 개발 및 발표할 예정이다.
3. 장점
3.1. 화질
화질만큼은 확실히 베이어 패턴 센서들보다 훨씬 뛰어나다. 픽셀 하나 하나가 색을 온전히 받아들이는 포베온 센서의 특징상 베이어 패턴의 컬러 인터폴레이션 과정에서 생기는 디테일, 색 손상이 없기 때문이다. 베이어 패턴의 화소 4개가 포베온 센서의 화소 1개와 대응하는 것. 실제 테스트상에서도 화질이 뛰어난걸 입증했는데 포베온 크롭센서가 무려 중형 크롭센서 카메라와 차이가 없을 정도다. 사실상 센서크기로 인한 화질 차이를 가뿐히 무시하는 수준이다.3.2. 색 재현력
베이어 패턴 센서에 비해 포베온 센서의 색 재현력은 100%로 비교 불가능 하다. 총 3개의 레이어가 각각 빨강, 초록, 파랑색을 따로 감당하되 레이어당 100%의 색을 수집하기에 기존 센서와는 차원이 다른 색 재현력을 선보일 수 있다. 당연하지만 3가지 색을 100% 받아들이기 때문에 색 재현력만큼은 포베온을 능가할만한 센서는 없다. 이 때문에 광량이 매우 풍부한 스튜디오쪽에서 최상의 성능을 발휘한다. 사실상 필름에 가장 근접한 센서다.4. 단점 및 문제점
포베온 센서는 이론상으론 화질이 무척 좋고 특히 색 재현력이 베이어 패턴 센서보다 우월하여 많은 유저들이 기대했던 센서이다. 하지만 문제는 개발 및 생산이 무척 까다롭고 특히 몇몇 단점들을 아직 해결조차 못한 수준이기에 자연스레 사용이 꺼려지게 되었다.4.1. 이미지 처리 속도
포베온은 다른 소자와는 달리 레이어가 3개씩이나 있어서 처리속도도 그에 비례해서 거의 3배씩 느려진다는 단점이 있다. 즉, 처리해야할 데이터가 3배 더 많다는 점. 물론 처리속도를 높히기 위해 강력한 칩을 탑재하면 되겠지만 아무리 미러리스 시장에서 선두로 달리는 강력한 칩이라고 하더라도 처리속도가 느려질 수밖에 없다. 거기에다가 칩의 처리성능을 AF, 셔터, 저장, 기타 등등에도 써야하기 때문에 전체적인 성능에 영향을 줄 수밖에 없는 구조다. 그래서 추후에 나온 시그마 DP 시리즈는 각 채널당 화소를 1/3로 줄여서 나왔지만 여전히 복잡할 수밖에 없고 특히나 시그마는 이미지 프로세싱에 약하다보니 더더욱 부각되는 문제다.4.2. 전체적인 성능
위 문제로 인해 전체적인 성능이 느려서 답답한 수준이다. AF는 2021년 기준으로도 여전히 느리고 조작 자체가 불편해서 기기적인 성능으로 인해 입문하기 힘들다는 단점이 있다. 강력한 칩을 탑재해줘야 하는데 시그마는 동시기 경쟁사에 비해 기술력이 전혀 없다 할 수 있다. 성능이 좋은 칩을 써줘도 부족한 마당에 포베온 센서 특성상 필요한 성능이 훨씬 더 높으므로 전체적인 성능이 떨어질 수밖에 없다는 치명적인 문제가 있다.4.3. 저광량
저광량 환경에서 나빠지는 특성이 있다. 수직 구조 센서의 특성상 빛이 이 채널을 전부 뚫고 들어가 맨 아래의 레드 채널까지 닿아야 하는데 채널 간의 광투과율이 문제가 된다. 대낮과 같이 광량이 풍부한 환경에서는 큰 문제가 없지만, 광량이 부족한 상황에서 맨 위에 위치한 블루 채널이 받는 광량과 맨 아래층에 위치한 레드 채널에서 받는 광량에 차이가 나게 된다. 이렇게 되면 컬러 밸런스가 흐트러질 수 있어서 포베온의 장점인 색 재현력이 무색해질 수밖에 없다. 그래서 블루 채널과 그린 채널의 두께를 낮춘 DP 시리즈가 있지만 그래도 원천적으로 포베온의 약점이라 할 수 있다.4.4. 매우 뒤떨어지는 DR 및 ISO
저광량으로 인한 DR 및 고감도 ISO 노이즈 문제가 있다. DR이 매우 낮아서 보정 관용도가 낮으며 고감도 ISO에서의 노이즈 문제가 심각하다. 그래서 사실상 RAW 촬영이 강제되고 광량이 풍부한 대낮이나 스튜디오에서만 사용되는 현실이다. 특히 밤과 같은 저조도 상황에서는 퀄리티가 최악이라 해도 무방한 수준이다.4.5. 포베온 센서구조
포베온 센서 자체가 워낙 특이하다보니 해당 센서를 지원할 수 있는 소프트웨어가 거의 없다는 치명적인 문제가 있다. 후지필름의 센서도 약간 특이해서 라이트룸이나 캡처원 프로에 지원되는데 시간이 걸린 것을 생각해보면 포베온은 더더욱 시간이 걸릴 수밖에 없다. RAW로 촬영해도 시그마의 독자적인 프로그램을 사용해야하는데 이 소프트웨어가 무척 느리다. 애초에 사진을 찍는 유저라면 라이트룸이나 캡처원 프로로 나뉘는데 각 카메라 회사에서 내놓은 소프트웨어는 말그대로 듣보잡이라 잘 쓰이지도 않는다. 결국 메이저 소프트웨어를 못 쓴다는건 포베온 카메라를 쓰기를 주저할 수 없는 부분.5. 다시 개발중
2021년 4월에 새로운 카메라인 시그마 fp L가 나왔지만 베이어 패턴 6100만 화소 풀프레임 센서를 씀으로써 포베온 센서를 탑재한 시그마 카메라를 기대하기 요원해진 상태다. 그전에 2021년 2월 19일에 시그마 CEO가 올린 업데이트 영상에 의하면 포베온 센서 개발을 초기화하고 다시 처음부터 개발한다고 한다. 기존에 개발한 센서에 문제가 있어서 설계도까지 모두 파기하고, 프로젝트를 다시 시작했다고 한다. 결국 다시 처음부터 개발하는데엔 시간이 많이 걸릴 것으로 보이고, 베이퍼웨어화는 아니지만 기존 설계도를 모두 파기했다고 하니 포베온 센서의 근본부터 다시 개발하는것으로 보인다. 당연하지만 위 문제들이 심각해서 사용처가 제한될 수밖에 없고 대량생산하기도 힘들 수밖에 없다. 실제로 생산 수율이 뒤떨어져서 비싼값에 판매한 전적이 있다.
그래도 시그마 CEO가 직접 나와서 설명해주다 보니 여전히 시그마를 신뢰 및 기대하고 있는 상황이다.[2]