미세한 디테일을 해상하는 렌즈가 반드시 선명해 보이는 프린트를 만드는 것은 아니며, 선명해 보이는 렌즈가 반드시 가장 많은 디테일을 해상하는 것도 아니다. 두 가지 특성은 별개로 측정되고, 그 간극 속에서 모노크롬 렌더링의 상당 부분이 결정된다. 변조 전달 함수(MTF)는 두 특성을 분리하는 가장 유용한 도구다. 렌즈를 하나의 숫자로 압축하지 않기 때문이다. MTF는 렌즈가 다양한 디테일 크기에 걸쳐 대비를 얼마나 충실하게 전달하는지를 설명한다. 그러나 렌즈는 하나의 연쇄에서 한 요소일 뿐이며, 차트를 제대로 읽으려면 각 주파수 대역이 무엇을 하는지, 필름과 눈이 그 이후에 무엇을 하는지를 알아야 한다.

곡선이 측정하는 것

MTF는 렌즈를 통해 상면(像面)에 도달하는 과정에서 피사체의 대비가 얼마나 살아남는지를 공간 주파수의 함수로 기술한다. 여기서 대비는 변조(modulation)로 정의된다. 밝고 어두운 패턴에서, 변조는 (최대값 − 최소값) / (최대값 + 최소값)이다. 완전한 흑백 바(bar) 타깃의 변조는 1.0이다. 렌즈를 통과하고 나면 밝고 어두운 부분의 분리가 줄어들며, 출력 변조 대 입력 변조의 비율이 해당 주파수에서의 MTF 값—0에서 1, 즉 0에서 100퍼센트 사이의 수—이 된다. 공간 주파수는 필름면에서의 선쌍/밀리미터(lp/mm)로 표시된다. 실제 곡선은 매우 낮은 주파수에서 1.0에 가까운 값으로 시작해 주파수가 올라갈수록 떨어진다. 더 미세한 디테일을 전달하기가 점점 어려워지기 때문이다.

수학적으로 MTF는 광학 전달 함수(OTF)의 절댓값이며, OTF는 이상적인 선 또는 점의 상(像)—렌즈가 형성하는 선분산(line-spread) 또는 점분산(point-spread) 함수—의 푸리에 변환이다. ISO 9334:2012, Optics and photonics — Optical transfer function — Definitions and mathematical relationships가 해당 용어를 규정하고, ISO 9335는 측정 절차를 명시한다. 곡선이 깔끔하게 단조 감소하지 않는 데에는 한 가지 주의할 점이 있다. 실제 MTF 곡선은 0으로 떨어졌다가 다시 올라올 수 있다. 이것이 *위유사 해상도(spurious resolution)*로, 영(零) 교점보다 미세한 구조가 흑백이 뒤바뀐 채로 재현된다. 공개된 차트에는 나타나지 않지만, 렌즈의 초점이 어긋나거나 피사체가 움직일 때마다 중요해진다.

실제 차트 읽기: Summicron-M 35 ASPH.

Leica가 자사 Summicron-M 35 mm f/2 ASPH.에 대해 공개한 데이터시트를 살펴보자. 5군 7매, 11장 조리개 날, 최소 조리개 f/16, f/4로 조였을 때 최적 성능. Leica는 MTF를 백색광에서 5, 10, 20, 40 lp/mm 네 가지 주파수로 표시하며, 실선은 새지털(radial) 구조, 점선은 탄젠셜 구조를 나타내고, 개방 조리개와 f/5.6 양쪽에서 평가한다. Leica는 5와 10 lp/mm 곡선이 큰 피사체 구조의 대비를, 20과 40 lp/mm가 미세하고 가장 미세한 디테일의 해상도를 나타낸다고 명시한다.

따라서 두 가지 질문으로 읽으면 된다. 10 lp/mm에서의 중심부 값은 큰 톤 덩어리 사이의 전체적인 선명감을 알려준다—벽이 그림자와 대비되거나, 얼굴이 하늘과 대비되는 것처럼. 이런 현대적 설계라면 그 값이 높게—현대 렌즈에 통용되는 8090퍼센트 범위에, 1960년대 고속 표준 렌즈의 6070퍼센트와 대비되어—자리 잡을 것을 기대한다. 이 값이 높으면 큰 톤 영역 사이에 깊고 깔끔한 분리가 있는, 묵직한 프린트로 읽힌다. 40 lp/mm에서의 주변부 값은 트위드 재킷의 직물 조직이나 프레임 가장자리의 속눈썹이 뚜렷한 질감으로 살아남는지, 아니면 회색으로 녹아드는지를 말해준다. 주변부에서 새지털과 탄젠셜 선이 벌어지면 렌즈에 비점수차가 있다는 뜻이다. 점광원이 방사 방향이나 탄젠셜 방향으로 짧은 선으로 늘어나므로, 한 방향의 엣지는 선명하게 유지되고 그에 교차하는 엣지는 번진다. 모노크롬에서는 이것이 방향에 따라 다른 미세 디테일 손실과 고르지 않은 코너 질감으로 나타난다—세로 난간은 선명하게 보이지만 그 옆 벽돌의 가로 줄눈은 흐릿하게 보이는 식이다.

선명도는 엣지의 급경사이지 최대 해상도가 아니다

겉보기 선명도는 최고 해상 가능한 선이 아니라 저·중 주파수를 추적한다. Nasse는 Zeiss 모노그래프 How to Read MTF Curves(2008년 12월)에서 엣지 프로파일을 통해 그 메커니즘을 설명한다. 아주 좋은 35 mm 렌즈에서 흰색에서 검은색으로의 엣지 전환은 약 10마이크로미터보다 넓지 않으며, 바로 이 가파른 전환이 눈이 선명함으로 읽는 것이다. 성능이 떨어지는 렌즈는 같은 전환을 30~50마이크로미터에 걸쳐 펼쳐 놓는다. 결국 깊은 검정에 도달하기는 하므로 저주파 MTF는 높게 유지될 수 있지만, 고주파 MTF가 무너지면서 엣지가 흐릿해 보인다. 최종 해상도가 비슷한 두 렌즈가 전혀 다른 성격으로 렌더링할 수 있는 이유가 여기에 있다.

Nasse가 차이를 평가하는 규칙은 여기서 도출된다. 높은 MTF 값에서의 작은 차이는 피사체 대비가 높을 때 가장 중요하다. 약 1스톱 미만의 톤 변화에는 높은 MTF가 필요하지 않으며, 70~80퍼센트 이상에서의 차이는 거의 관련이 없다. MTF가 이미 매우 낮은 곳에서는 피사체가 아무리 고대비여도 이미지 대비는 낮게 유지된다. 결론적으로, 40 lp/mm에서 마지막 몇 퍼센트를 추구하는 것은 거의 의미가 없는 반면, 10 lp/mm에서의 값은 거의 모든 프레임에서 그 역할을 다한다.

브릴리언스와 마이크로콘트라스트는 같은 것이 아니다

마이크로콘트라스트는 렌즈 이야기에서 가장 남용되는 용어이며, Nasse는 그 뒤에 있는 두 개념이 끊임없이 혼용된다고 경고한다. 매크로 콘트라스트는 이미지의 브릴리언스—베일로부터의 전반적인 자유—이다. 이는 산란광에 의해 지배된다. 베일링 글레어와 렌즈 면 및 경통 내부에서의 내부 산란이 얇은 회색 막으로 검정부를 들어 올린다. 마이크로 콘트라스트는 우리가 겨우 볼 수 있거나 볼 수 없는 미세 구조의 대비—고주파 MTF가 측정하는 소규모 수차 보정—이다.

이 구분은 모노크롬 작업자에게 실질적인 의미가 있다. “깊은 흑과 존재감이 있는 빛나는 네거티브”는 주로 브릴리언스 특성으로, 산란을 억제하는 렌즈, 후드, 코팅에서 비롯되며 MTF 곡선에는 전혀 포착되지 않는다. 좋은 저주파 MTF는 그런 결과를 위해 필요하지만 보장은 아니다—잘 수차 보정된 렌즈도 전면 유리가 번져 있는 상태로 역광 촬영을 하면 훌륭한 차트 수치를 내놓고도 안개처럼 인화될 수 있다. 따라서 프린트가 탁 살아날 때, 톤 분리의 공은 대비 곡선에게 돌리되, 깨끗한 검정의 공은 코팅과 렌즈 후드에게 돌려야 한다.

렌즈는 연쇄의 절반일 뿐이다

실제로 인화되는 MTF는 모든 단계의 곱이다. 렌즈 × 필름 × 확대기 렌즈 × 눈. 고해상도 흑백 필름에 좋은 35 mm 렌즈를 쓸 때, 그 곱의 고주파 끝을 제한하는 것은 필름이 아니라 렌즈다. Nasse는 Kodak T-Max 100을 예로 든다. T-Max 100의 공개된 MTF는 약 20 lp/mm까지 100퍼센트 이상을 유지하다가—T결정 유제의 특성인 저주파 인접 상승—이후 떨어지며, 고주파에서도 충분한 대비를 유지해 필름이 제한 요소가 되지 않는다. T-Max 100의 해상력은 두 가지 타깃 대비로 표기되는데, 어떤 렌즈도 가장 미세한 구조에서 고대비 수치를 달성하지 못하기 때문이다. 저대비 1.6:1 타깃에서 63선/mm, 고대비 1000:1 타깃에서 200선/mm. 그 200 수치로 실제 성능을 추정하는 것은 너무 낙관적이라고 Nasse는 지적한다.

렌즈와 필름 너머에 두 가지 한계가 있다. 눈은 명시 거리 25 cm에서 약 8 lp/mm밖에 해상하지 못한다. 이를 화면 높이 24 mm의 네거티브로 환산하면 약 66 lp/mm이므로, 관람자에게 중요한 주파수는 약 40 lp/mm까지의 범위에 들어온다—바로 그 이유로 데이터시트가 거기서 멈추는 것이다. 그리고 회절이 물리적 상한을 설정한다. 경험 법칙으로, 점분산 폭(마이크로미터)은 대략 f-번호와 같고, 회절 한계 주파수는 f-번호를 1500으로 나눈 값과 같다. 따라서 f/2에서는 약 750 lp/mm가 허용되지만 f/16에서는 약 94 lp/mm에 불과하며, 에어리 디스크가 약 16마이크로미터로 커진다. Summicron이 f/4에서 최고 성능을 보이고 강하게 조이면 미세 해상도를 다시 잃는 이유가 여기에 있다.

암실의 레버

이 이해는 확대기 앞에서 실용적으로 빛을 발한다. 10 lp/mm MTF가 60~70퍼센트인 1960년대 고속 렌즈도 인화 불능은 아니었다. 작업자들은 낮은 대비를 보완하기 위해 더 딱딱하고 계조가 높은 인화지 등급으로 인화해 선명감을 되찾았다. 현대의 고MTF 렌즈는 반대의 자유를 준다. 대비가 이미 네거티브에 있으므로, 같은 겉보기 선명도를 얻으면서 더 낮은 등급의 인화지로 인화해 하이라이트와 섀도에 더 많은 톤 영역을 확보할 수 있다. (색감 필름은 현상 유연성이 훨씬 떨어지기 때문에 렌즈 제조사들이 애초에 더 나은 대비 보정을 추구하게 됐다는 주장도 있다.) 실제 프로세스에 고정시켜 보자—EI 100으로 노출한 Kodak T-Max 100을 20 °C에서 6.5분간 D-76 원액으로 현상, 정착, 수세—그러면 렌즈, 필름, 인화지 등급이 별개의 장비 논쟁을 멈추고 하나의 톤 결정이 된다. 렌즈를 전체 MTF로, 그리고 그것이 속한 연쇄를 통해 해석하는 것이야말로 흑백에서 피사체를 어떻게 렌더링할지를 가장 신뢰할 수 있게 예측하는 방법이다.