필터와 관련된 이상한 문제들

필터와 관련된 이상한 문제들

다음은 Baader사의 게시글을 한글로 번역한 것입니다. 
뭐 제가 보려는 이유도 있고, 지난번 두루별님의 Oiii 필터의 헤일로가 편측으로 휜 것이 생각나서 참고하실 분들이 많을 것 같아 정리해 봤습니다. 



여러분이 평범한 천체사진을 찍다가 좀 더 다양한 필터와 렌즈를 사용하는 단계로 접어들면, 지금까지 없었던 다양한 문제들에 봉착하게 됩니다. 특히 광로(경통과 카메라 사이 빛이 지나가는 길)에 필터를 넣기 시작하면 안보이던 문제들이 보이기 시작하는데, 이때 발생하는 모든 문제가 꼭 필터의 문제만은 아닙니다. 

일반적인 원칙은 다음과 같습니다 : 광학계에 더 많은 렌즈가 포함되면 포함될수록 다루기 어려워진다. 현대 천체장비, 특히 경통에는 다양한 코팅을 입힌 렌즈가 들어가고 더 복잡한 렌즈들이 포함됩니다. 그리고 이런 복잡한 광학 시스템을 사용하는 가운데 무언가 추가적인 요소를 끼워 넣으면 전혀 예기치 못한 결과가 나오기도 합니다. 이런 문제들은 종종 전혀 예기치 못한 장소, 심지어는 촬영지에서 갑자기 나타나기도 합니다. 

가로선과 줄무늬

이미지 상단에 나타난 가로선(수평선)
이것은 카메라 칩의 경계선 때문에 발생했습니다

일부 고객들은 바더사의 필터와 몇몇 카메라(대부분 Atik 제품)를 같이 사용했을 때, 밝은 가로선이나 줄무늬가 나타난다는 이야기를 해주셨습니다. 이 줄무늬는 렌즈캡을 덮고 촬영하는 다크 프레임에서는 전혀 나타나지 않기 때문에 카메라의 문제가 아니라고 판단하게 됩니다. 

이에대한 테스트에서, 이 문제는 필터를 회전시켜봐도 달라지지 않았고 줄무늬는 센서의 경계선과 항상 완벽하게 평행하게 나타났습니다. 결국 이 문제는 아래와 같이 결론났습니다 : 
몇몇 CCD 센서는 높은 반사율을 가진 경계선이 존재했고 확인한 바로는 보통 이 부분은 회로가 연결되는 부분이었습니다. Atik 필터휠과 필터를 사용하는 경우 백포커스를 기준으로 전방 및 후방 반사가 발생했습니다. (역자 주 : 아무래도 Atik 필터휠을 사용하는 경우 모든 방향으로 광반사가 발생한다는 뜻 같습니다) 결국 이 문제의 밝은 선은 카메라의 센서 경계선이었습니다.
그래서 필터가 카메라 내부의 빛을 반사시키는지 확인해 보았습니다. 하지만 그런 일은 없었고 광학계 자체가 카메라로부터 산란되어 나오는 빛을 억제해 주도록 설계되지 않았다는 것을 확인했습니다. 원인을 알았으니 해결은 쉬웠답니다 : 필터에 5mm짜리 스페이서 링을 추가로 장착함으로써 빛의 반사를 최대한 억제하니 해결되었습니다. 

밝은 별 주위의 헤일로(Halo)

밝은 별 주위에는 헤일로가 발생할 수 있습니다. 특히 여러분이 빠른 광학계를 사용하거나 빛 차단 필터(역자주 : Interference filter를 번역했습니다. 찾아본 바로는 거의 모든 필터가 여기에 해당됩니다)를 사용할 때 더 그렇습니다. 이 헤일로의 원인을 확인하기 위해서 아래의 항목을 확인할 필요가 있습니다. 
  • 혹시 플래트너나 코마 교정기(Coma corrector)를 사용하시나요? 그리고 이걸 제거해봐도 계속 헤일로가 보이나요?
  • 카메라측을 향하고 있는 반사율이 높은 필터면을 광원쪽으로 뒤집어 끼워보시겠어요? 특히 언마운트 필터를 사용하신다면요. 이 방법은 경통 내부에서 빛이 역 산란되는지를 확인할 수 있습니다. 서로 가까이 위치하는 광학 요소들(렌즈, 필터 같은것들)은 종종 서로에게 안좋은 영향을 끼칠 수 있습니다. 이런 경우 각각의 거리를 늘려보는 것 만으로도 상황이 확연하게 달라지는 것을 발견할 수 있습니다. 
밝은 별 주변으로 나타난 큰 반사 헤일로
Coma corrector (코마 교정기)에 의해 발생했음


아주 큰 크기의 서로 겹치는 헤일로는 서로 먼 광학계의 표면에서 발생하는 반사라고 생각해 볼 수 있습니다. 왜냐면 필터의 내부에서 발생하는 반사는 그 크기가 훨씬 작기 때문입니다. 만약 이미지의 경계부에 근접해 발생하는 헤일로가 별에 대해서 동심원을 그리지 않고 편측으로 몰려 있다면, 렌즈와 같이 구부러진 표면에서 발생하는 원인일 가능성이 높습니다. 보통은 플래트너(리듀서)이지요. 필터 이외에 이러한 헤일로를 유발하는 원인은 교정 렌즈나 코팅이 되어있지 않은(!!) 광학 윈도우(카메라 센서 바로 앞의 유리창) 입니다. 
이런 경우 반사의 원인을 제대로 찾기 위해서는 동일한 광학계를 사용하면서 카메라만 다른 장비를 갖출 필요가 있습니다. 만약 필터가 이러한 헤일로를 유발하는 것이 아니거나 이미 발생하고 있는 빛의 반사를 보여주는 것 뿐이라면 필터를 교체한다고 하더라도 달라지진 않을 것입니다. 

경우에 따라 장착한 필터를 한쪽으로 아주 조금 기울여주는 방법도 있습니다. 이런 방법을 사용해야 하는 경우는 LRGB 촬영을 했을 때 헤일로가 완벽하게 서로 겹치지지 않을때 입니다. 
내부반사를 이용해 특정 파장의 빛을 차단하는 일반적인 필터들(Interference filters)은 반사에 취약한 경향이 있습니다. 하지만 이 문제들은 보통 눈에 띄지 않을 만큼 억제시킬 수 있습니다. 다음은 필터 헤일로의 특징과 원인에 대해 보다 자세히 기술한 내용입니다. (역자 주 : 아스트로돈의 FAQ로 넘어가는데 링크가 깨져 있었습니다)

헤일로 - 이미지 프로세싱과 H𝛼, OIII, SII와 관련된 문제

헤일로는 이미지 프로세싱의 결과물일 수 있습니다. 대부분의 성운은 OIII와 SII 채널에서 밝게 빛나지 않으며 H𝛼에서만 밝게 빛납니다. 이 필터간의 차이는 대충 1~3등급 정도 밝기(magnitude)의 차이일 것입니다. 만약 OIII와 SII의 히스토그램을 H𝛼와 비슷해지도록 조절해 균형잡힌 그레이스케일 분포를 만들어낸다면, 바늘구멍처럼 작게 보이던 별이 빵빵하게 부풀어 오르는 것을 확인하실 수 있습니다. 

이미지 데이타에서 별은 단순한 점이 아닙니다. 별은 고깔이나 종 모양의 커브형 데이타입니다. 히스토그램 변환을 통해 이미지를 스트레칭 해보시면 밋밋하게만 보이던 별의 중심이 훨씬 돋보이게 변하는 것을 발견하실 수 있습니다. 그리고 "어, 사실은 H𝛼보다 OIII나 SII가 헤일로를 더 유발하는거 아니야?!"라고 생각하실 수 있습니다. 하지만, 이런 변화는 어디까지나 우리가 이미지를 조작(스트레칭)해서 생긴 일일 뿐입니다. 물론 아주 창백한 별은 더 작게 보이며 경우에 따라 광해나 사진의 백그라운드 밝기로 인해 사라질 수 있습니다. 

많은 분들이 필터를 쓰면서 희미한 부분이 더 선명해지는 결과물을 얻기 위해 대역폭이 넓은 필터를 사용하는 경향이 있습니다. 불행하게도 성운이 방출하는 대부분의 빛(emission line)은 제만효과(Zeeman effect)를 보이지 않으며 그와 유사한 방출선의 확장도 일으키지 않습니다. 
결국 대상의 중심 파장과 완벽하게 맞는 더 좁은 협대역 필터의 사용이 성운을 더 밝게 보이게 한다는 말입니다. 물론 이 차이는 고작 몇 퍼센트에 불과합니다. 
반면에 광대역 필터는 별과 배경 빛을 더 많이 통과시키기 때문에 성운에 비해 별이 더욱 빛나게 보입니다. 그런데 바로 이 별들이 문제입니다. 이 밝아진 별들 때문에 헤일로나 블루밍(별이 빵빵해지는 거), 색수차, 그리고 과포화를 일으키는 다른 효과들이 발생합니다. 

경우에따라 협대역 필터가 아주 빠른 광학계(RASA같이 f수가 매우 낮은 경통 같은거)에서 예상만큼 작동하지 않을 수 있습니다. 이것은 경통의 중심 파장 변동(shifting)일 수도 있고, 경통의 중심파장이 필터와 맞지 않아 필터를 제대로 통과하지 못해서 발생할 수도 있습니다. 이런 경우에는 광대역 필터가 더 잘 작동합니다. 왜냐하면 망원경의 허용오차 때문이든 단순히 f값이 작아서 그렇든 성운에서 오는 빛을 더 이상 차단하지 않기 때문입니다. 
(역자 주 : 이 내용의 의미는 이런 것 같습니다. "만약 여러분이 빠른 광학계를 통해 성운을 빨리빨리 찍고 싶은데 협대역 필터때문에 빨리 찍을 수 없다면, 그냥 협대역 필터는 포기하고 일반 필터 써라. 협대역 필터는 성운을 빨리 찍으라고 만든 필터가 아니다."

만약 여러분이 필터 뒷편에 가이드 카메라가 장착되는 구형 장비를 사용하신다면 광대역 필터가 합리적인 타협점일 것입니다. 최근에는 희미한 성운의 형태를 잡기 위해 더 긴 노출을 사용하는 경우가 많은데 협대역 필터는 이런 이미지에 더 "깊은" 디테일을 만들어 줍니다. 이것은 배경의 별들을 더욱 희미하게 억제하기 때문입니다. 

안개에 의한 헤일로

당연히 대기는 아름다운 헤일로를 만들어 냅니다. 대기의 물방울이나 렌즈의 먼지는 빛을 산란시켜 헤일로를 유발합니다. 만약 헤일로가 아주 부드럽게 보이고 계단같은 단계가 느껴지지 않는다면 대부분 이런 이유 때문입니다. 너무 얇게 깔려서 밤에 맨눈으론 보이지 않는 새털구름조차도 이런 문제를 유발할 수 있습니다. 이런 헤일로는 구름이 전혀 없는 맑은 밤이나 아주 깨끗한 광학렌즈에선 사라집니다. 하지만 무엇 때문에 헤일로가 생겼는지 필드에서는 혼란스러울 수 있습니다. 물론 이러한 헤일로는 렌즈의 이슬 때문에도 발생할 수 있습니다. 

구름에 의한 별의 헤일로

동초점 필터(Parfocal filter)의 포커스 문제

만약 여러분이 서로다른 필터를 이용해 찍은 사진들을 합치려고 한다면 약간의 포커스 차이나 선예도의 차이를 느끼실 수 있습니다. 이건 아무리 동초점 필터를 사용하셔도 마찬가지 입니다. 심지어는 야간의 기온변화로 인해서도 초점이 변할 수 있습니다. 
완벽하게 색수차 교정이 되지 않은 굴절 망원경은 밝은 별 주변의 헤일로를 유발하며 특히 청색 채널에서 많이 발생합니다. 이런경우 매번 필터를 바꿀때마다 초점을 다시 확인하는게 중요합니다. 
하지만 아무리 동초점 필터라고 하더라도 설계시 사용한 f값에 따라 초점거리가 조금씩 다릅니다. 특별한 언급이 없는 한 대부분은 필터는 f/6에서 f/8에 맞춰 제작되었으며 이보다 f값이 더 큰 광학계에서도 사용할 수 있도록 되어있습니다. 

만약 여러분이 f/4나 그와 유사한 광학계를 사용하신다면 상황은 완전히 바뀝니다. 이때는 장비의 콜리메이션(Collimation)이 완벽하게 맞아야 하고 아주 작은 오차조차 크게 나타날 수 있습니다. 만약 여러분이 이런 장비를 사용하신다면 필터를 바꾸실때마다 꼭 장비를 재확인하시길 추천드립니다. 

기억하실 것은, 일반적인 필터들(normal interference filter)은 빠른 광학계에서 원하는 대로 작동하지 않습니다. 만약 f/4보다 빠른 광학계를 사용하신다면 f/2 하이스피드 필터를 사용하시길 추천드립니다. 

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