Quad Pixel PD AF

[CamCyclopedia]

👨‍🎓최준식

S23 Ultra에는 새롭게 Quad Pixel PDAF(Phase Detection Auto Focus, 위상 차 AF) 기술이 적용되었습니다. 이는 S23 Ultra에서 기존의 수평방향의 위상 차만 취득할 수 있는 Dual Pixel(2PD) Sensor에서 수직 방향으로의 위상 차도 검출이 가능한 Quad Pixel (4PD) Sensor로의 변경이 이루어졌기 때문에 가능해졌습니다.

이러한 센서 변화를 바탕으로 S23 Ultra의 Auto Focus Algorithm은 다양한 방향의 위상 차 정보를 바탕으로 하는 Quad Pixel PDAF로 한 단계 진화하였습니다. 먼저 이러한 기술이 적용된 배경에 대해서 알아보겠습니다.

위상 차 AF 방식에서의 Dual Pixel(2PD) 센서가 가지는 문제점

앞서 위상 차 AF 방식에서 설명드린 대로 Dual Pixel Sensor의 경우 다음과 같은 구조로 이루어져 있으며 이에 따라 수평 방향 성분의 위상 차를 검출할 수 있습니다.

일반적인 환경에서 사용자들이 촬영할 만한 피사체의 경우 수평 방향으로의 위상 차만으로도 AF를 수행하기 충분합니다. 바꾸어 말하면 대부분의 피사체의 경우 수평방향으로 위상 차를 보고 그 차이를 판단하여 AF를 동작 시킬 수 있습니다. 하지만 특정한 몇몇의 상황의 경우 수평 방향으로의 위상 차 성분이 검출이 되지 않는 피사체가 존재합니다. 대표적으로 다음과 같은 사진입니다.

위의 사진은 사용자가 사진 가운데의 수평 방향으로 누워 있는 나뭇가지 피사체를 촬영하고자 하는 상황입니다. 하지만 나뭇가지의 수평방향 성분의 위상 차 정보가 부족하여 유저의 의도와는 다르게 뒷배경의 건물에 Focus를 맞추는 일이 발생하게 됩니다.

수직 방향으로의 위상 차 성분이 검출이 가능한 Sensor의 도입

이를 해결하기 위해서 수직 방향으로의 위상 차 성분도 검출이 가능한 구조의 Sensor가 도입이 되게 됩니다. 이를 Quad Pixel (4PD) Sensor라 합니다.

위의 그림과 같이 하나의 Sensor에서 두 개의 위상 차 정보가 발생하는 것을 확인할 수 있습니다. 하지만 이러한 위상 차 정보에 대한 단순한 접근으로는 좌/우, 상/하의 위상 차 정보가 차이가 크게 발생할 경우 의도하지 않는 동작을 초래할 수 있습니다.

위의 사진은 Quad Pixel Sensor가 적용되었지만 좌/우 위상 차 정보의 경우 뒤 부분의 글씨를 목표로 하고 있지만, 상/하 위상 차 정보의 경우 앞의 손잡이 부분을 목표로 하고 있습니다. 이러한 상황에서 두 위상 차 정보의 분리 및 선택의 어려움이 발생하며 이러한 경우에 사용자가 원하지 않는 AF 동작을 수행할 가능성이 있습니다.

두 개의 위상 차 성분을 바탕으로 하는 Quad Pixel Auto Focus Algorithm

위와 같은 상황을 방지하게 위해 Quad Pixel Sensor 도입에 따라서 AF Algorithm 또한 그에 맞는 방향으로 발전하게 되었습니다. AI AF, Scene segmentation, Laser 등의 Data를 조합하여 사용자에게 맞는 최적의 위상 차 정보를 선택 및 취합하여 Focus를 수행하도록 하였습니다. 이에 따라 기존의 Dual Pixel 기반의 Auto Focus가 가지는 문제점을 해결하고 이를 통해서 사용자에게 더 발전된 AF 사용성을 제공할 수 있게 되었습니다.

위의 사진 예시를 통해서 S23 ultra에 적용된 Quad Pixel PDAF Algorithm에 대해 확인할 수 있습니다. 기존의 Dual Pixel 기반의 AF에서는 Focus 할 수 없는 수평 방향 성분만 존재하는 피사체(볼펜 사진) 및 배경 부분과 주 피사체의 수직/수평 위상 차 정보 분리를 통한 정확한 Focus가 가능해진 것입니다.