Imatest를 사용하면 측정된 테스트 차트 변조 전달 함수(MTF)를 사용할 수 있습니다.
- 카메라의 MTF 측정에 있어 테스트 차트의 적합성을 판단해야 합니다. 테스트 차트 는 크기(높이), 인쇄 매체, 인쇄 기술 등의 특징을 가지며, 카메라의 MTF 측정에는 수직 픽셀 수가 중요한 요소입니다. 이를 통해 특정 용도에 테스트 차트가 적합한지 여부를 판단할 수 있습니다.
- 측정된 카메라 MTF를 이미지 센서에 투영된 차트 MTF로 나누어 MTF 측정의 정확도를 높일 수 있습니다 . 이는 공간 영역에서의 디컨볼루션 과 동일합니다. 이 기법은 "차트 및 센서 MTF에 따른 카메라 MTF 측정 보정" 에서 자세히 설명되어 있습니다. 이 방법을 사용하면 다양한 테스트 차트를 사용하여 수행한 카메라 MTF 측정의 정확도와 일관성이 향상될 뿐만 아니라 차트 MTF가 카메라 MTF 측정에 미치는 영향을 정확하게 확인할 수 있습니다.
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관련 페이지: 차트 및 센서 MTF에 대한 카메라 MTF 측정값 보정 – 소개 – 계산 – MTF 보정 파일 – 보정 적용 – 렌즈 MTF 측정 MTF 측정에 대한 테스트 차트 적합성 – 몇 가지 일반적인 미디어 유형에 대한 차트의 MTF 적합성 표시를 보여줍니다. 이 표시를 사용하여 Imatest를 실행하지 않고도 테스트 차트의 적합성을 예측할 수 있습니다. |
이 페이지에서 소개하는 차트 품질 계산기를 사용하면 다양한 조건에서 카메라 MTF 측정에 대한 차트 MTF의 영향을 추정할 수 있습니다.
- 차트 매체 및 인쇄 기술(반사성 및 투과성 매체에 잉크젯 인쇄, 사진 필름 및 인쇄물 등).
- 카메라는 주로 픽셀 높이(따라서 총 메가픽셀 수)로 특징지어집니다.
- 수직 시야각(종종 차트 크기와 관련됨).
주어진 수직 픽셀 수(또는 총 메가픽셀 수)를 가진 카메라에 필요한 차트 크기(차트 MTF가 사이클/객체 mm 단위로 표시되는 매체의 경우)를 차트 MTF 보정 여부 와 관계없이 결정할 수 있습니다. 차트 이미지가 없어도 사용할 수 있습니다.
차트 품질 계산기를 올바르게 사용하려면 측정된 차트 MTF와 이미지 센서에 투영된 차트 MTF라는 핵심 개념을 명확하게 이해해야 합니다.
차트 품질 계산기에 대한 간략한 요약
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차트 MTF
차트 MTF는 적절한 대비(일반적으로 4:1 또는 10:1)를 가진 인쇄된 경사 가장자리를 사용하여 측정하며, 측정 방법은 "카메라 MTF 보정 측정" 페이지 의 부록 에 설명되어 있습니다. 차트 MTF의 공간 주파수 단위는 cycles/object mm 입니다. 즉, 차트 상의 밀리미터당 사이클 수(센서 상의 사이클 수가 아님, 대부분의 Imatest 측정에서와 같음)입니다. 측정에 대한 몇 가지 세부 정보는 다음과 같습니다.
- 측정 결과가 렌즈, 센서 또는 신호 처리가 아닌 차트 품질에 의해 좌우되도록 배율은 충분히 커야 합니다(일반적으로 잉크젯 차트의 경우 약 0.5배, 사진 차트의 경우 약 1배). (일반적인 카메라 MTF 측정에서는 고품질 필름 차트의 경우 0.1배 미만, 잉크젯 차트의 경우 0.02배 미만의 배율을 사용합니다.) 배율은 신중하게 측정하고 기록해야 합니다.
- 측정된 차트 MTF는 MTF > 0.3(MTF30 미만)인 주파수에서 실제 응답 곡선을 근사하는 함수에 맞춰 조정됩니다. 이 함수는 노이즈(일반적으로 MTF30 이상의 주파수)로 인해 발생하는 MTF 곡선의 불규칙성을 제거하고 추가 처리를 용이하게 합니다.
함수는 다음과 같습니다.
여기서 f 는 Cycles/Object mm (C/Obj mm) 단위입니다. 이 함수는 관측된 차트 MTF 측정값의 광범위한 범위와 일치합니다.
예상 차트 MTF
차트가 센서에 투영(이미지화)될 때, 차트의 공간 주파수 단위는 센서의 고유 단위(사이클/픽셀[C/P])로 변환되어야 합니다. 변환은 다음 값을 대입하여 수행됩니다.
-
Imatest 선명도 모듈 에서 픽셀/mm는 일반적으로 사용자가 입력한 픽셀 피치(μm) 값에서 파생됩니다. 즉, 픽셀/mm = 1000 / (픽셀 피치(μm))입니다. 배율은 설정 창에 입력하거나 SFRplus의 막대 간격 또는 eSFR ISO의 수직 등록 마크 간격과 같은 기하학적 요소에서 파생됩니다.
MTF div ( f Nyq ) (나이퀴스트 주파수( f Nyq = 0.5 C/P)에서의 MTF div) 가 0.9(90%)보다 작으면, 차트 및 센서 MTF에 대한 카메라 MTF 측정 보정 에서 설명한 대로 측정된 MTF를 MTF div 로 나누어 측정 정확도를 향상시킬 수 있습니다. MTF div ( f Nyq )가 0.9보다 크면 MTF 보정을 해도 정확도 향상 효과는 미미합니다.
참고로, 직선형 이미지(배럴 왜곡이 심하지 않은 이미지, 즉 어안 렌즈 이미지가 아닌 경우)의 경우 다음과 같습니다.
그리고
그러므로 우리는 이렇게 말할 수 있습니다.
이 공식은 아래에 설명된 해도 적합성 표시에서 사용됩니다.
어안 렌즈(심한 배럴 왜곡이 있는 렌즈) 는 이미지 중심에서 멀어질수록 방사형 배율이 감소하기 때문에 문제가 됩니다. 차트 적합성 표시를 사용하려면 중심에서의 배율을 기반으로 일종의 "가상 수직 시야각"을 만들어야 합니다. 다행히 어안 렌즈는 (의료용 내시경을 제외하고) 초접사 이미지 촬영에 거의 사용되지 않으므로 이 작업은 그다지 어렵지 않습니다. 대부분의 경우 렌즈와 차트 사이의 거리 d (렌즈-차트) >> 렌즈 초점 거리 f 이므로 배율 = f / d (렌즈-차트) = 수직 시야각/센서 높이 공식을 사용할 수 있습니다. 필요한 경우, 이미지 중심 부근(가장 심각한 경우)의 배율은 가는 자를 촬영하여 구할 수 있습니다.
VVFoV는 실제 물리적 FoV 보다 훨씬 클 수 있습니다.
차트 품질 계산기
차트 품질 계산기는 Imatest 메인 창의 유틸리티 드롭다운 메뉴에서 열 수 있습니다. 이 창에서는 특정 용지와 인쇄 기술에 대한 측정 계수가 포함된 차트 품질(MTF 보정) 파일을 불러온 다음, 다음을 결정하는 매개변수를 선택할 수 있습니다.
- 지정된 크기의 차트에 대해 원하는 품질 수준을 달성할 수 있는 메가픽셀 적합성(카메라의 최대 메가픽셀 수)
- 차트 품질이 특정 시스템의 MTF 측정에 미치는 영향은 픽셀 피치(픽셀당 마이크론(μm)) , 배율 , 센서 높이, 수직 시야각 (차트 높이와 밀접한 관련이 있음) 등의 매개변수로 정의됩니다. 이러한 매개변수 중 하나가 변경되면 다음 표의 규칙에 따라 일관성을 유지하기 위해 다른 하나 이상의 매개변수가 변경됩니다.
| 환경 | 변경 사항 | 영향을 미칩니다 | 설명 |
| 수직 시야각(mm). | 확대 | 메가픽셀 적합성 MTF div 플롯 | 수직 시야각(FoV)은 차트 높이와 밀접한 관련이 있으며, 특히 FoV를 가득 채우도록 설계된 차트(SFRplus, eSFR ISO 등)의 경우 더욱 그렇습니다. 이는 네 가지 입력 설정 중 메가픽셀 적합성 표에 영향을 미치는 유일한 설정입니다. [배율 = 센서 높이/수직 시야각] |
| 픽셀당 | 다른 입력 설정은 없습니다. | MTF div 플롯 및 MTF nn | 픽셀 피치는 일반적으로 픽셀당 마이크론(μm) 단위로 입력됩니다. 위의 방정식에서는 이를 픽셀/mm로 변환합니다. |
| 확대 | 센서 높이 mm | MTF div 플롯 | 이미지를 촬영할 때는 배율을 신중하게 측정해야 합니다. 일부 모듈(SFRplus, eSFR ISO, Checkerboard)의 경우, 배율은 기하학적 차트 특징에서 계산할 수 있습니다. [센서 높이 = 배율 * 수직 시야각] |
| 센서 높이(mm). | 확대 | MTF div 플롯 | 센서 높이(mm). [배율 = 센서 높이/수직 시야각] |
참고: MTF nn 은 이미지 센서에서 MTF가 저주파 값의 nn %로 떨어지는 공간 주파수(Cycles/Pixel)입니다. 일반적으로 관심 있는 값은 MTF nn = 90, 70, 50, 30입니다. 메가픽셀 적합성 은 지정된 화질 수준(나이퀴스트 주파수에서의 MTF)에서 차트가 도달할 수 있는 최대 카메라 메가픽셀을 나타내며, 일반적으로 4:3 또는 3:2 화면비에 해당합니다. 이는 MTF 차트 보정 파일( www.imatest.com/docs/mtf-compensation/#compfiles 에서 다운로드 가능)과 수직 필드(mm)에 따라 결정됩니다. (다른 입력값의 영향을 받지 않습니다.) 해도 적합성을 결정하는 두 가지 핵심 매개변수는 다음과 같습니다.
| |||
차트 품질 계산기 창
가장 큰 차트 이미지가 다음과 같은 5 x 7 멀티 사이즈 컬러 LVT SFRplus 차트 의 설정입니다.
막대 간 간격은 128mm이며, 이는 수직 시야각(FoV) 140mm(5.51인치)에 해당합니다.
주요 결과
다음 표는 차트 보정을 사용한 경험을 바탕으로 작성되었으며, 차트 품질을 결정하는 핵심 지표는 나이퀴스트 주파수 ( fNyq) 에서 이미지 센서에 투영된 차트 MTF입니다.
| MTF @ f Nyq | 품질 | 설명 | CQI |
| MTF Nyq ≥ 0.90 | 훌륭한 | 차트 보정은 필요하지 않습니다. | CQI90 |
| 0.70 ≤ MTF Nyq < 0.90 | 좋은 | 차트 보정은 권장되지만 선택 사항입니다. 보정을 사용하면 정확도가 향상됩니다. | CQI70 |
| 0.50 ≤ MTF Nyq < 0.70 | 필수 | 정확한 결과를 얻으려면 차트 보정이 필요합니다. | CQI50 |
| 0.30 ≤ MTF Nyq < 0.50 | 최소 | 차트 보정을 통해 조정은 가능하지만, 이는 무리한 요구입니다. 권장하지 않습니다 . | |
| MTF Nyq < 0.30 | 사용 불가 | 절대 그런 생각조차 하지 마세요! MTF 값이 너무 낮아서 (노이즈에 너무 민감해서) 보정을 하더라도 신뢰할 만한 결과를 얻을 수 없습니다. |
차트 MTF 적합성 표시
이 표시 방식은 특정 카메라 시스템에 대한 해도의 적합성을 판단하는 데 권장됩니다. 이는 해도의 적합성을 판단하는 데 단 세 가지 항목(파일 하나와 매개변수 두 개)만 필요하다는 개념을 기반으로 합니다.
- 차트 보정 파일은 특정 인쇄 기술(잉크젯, 사진 용지, 사진 필름 등)에 대한 차트 MTF 모델을 포함합니다.
- 수직 시야각(대상, 즉 검사 차트의 VFoV).
- 센서의 세로 픽셀 수(Vpix).
- 차트 보정 파일이 있고 VFoV와 Vpix를 알고 있다면 차트 적합성 표시에서 차트 적합성을 쉽게 확인할 수 있습니다. 각도 시야각, 렌즈-차트 거리, 센서 높이, 픽셀 피치와 같은 다른 모든 매개변수는 항목 2와 3을 계산하는 데에만 사용됩니다.
이 방법은 직선형(배럴 왜곡이 적은) 이미지에만 적용 가능하다는 점에 유의하십시오. 배럴 왜곡이 심한(어안 렌즈) 이미지의 경우에는 수정이 필요합니다. 일관성을 유지하는 한 수직 대신 수평을 사용할 수 있습니다.
이 표시 기능을 사용하려면 차트 보정 파일을 읽은 다음 차트 품질 계산기 창 하단의 '차트 MTF 적합성 표시'를 누르십시오. 상단에 있는 매체 설명 상자는 주석 용도로만 사용됩니다. 오른쪽 y축의 메가픽셀 스케일에 사용되는 화면비는 오른쪽에 있는 작은 드롭다운 메뉴에서 4:3, 3:2 또는 16:9로 설정할 수 있습니다.
차트 MTF 적합성 표시. 대각선은 NYQ 의 MTF를 나타냅니다.
(MATLAB의 지수 표기법은 제가 선호하는 방식이 아닙니다. 10⁰ = 1; 10¹ = 10; 10² = 100 등)
x축에는 수직 시야각(V-FoV)이 센티미터 단위로 표시됩니다. 일반적으로 프레임을 가득 채우도록 설계된 차트( SFRplus , Checkerboard, eSFR ISO )의 높이보다 약간 더 큽니다. 단일 영역 해상도 차트( Spilled Coins , Siemens Star , Log F-Contrast )는 고해상도 카메라에서 프레임을 가득 채우도록 설계되지 않았 으며, 수직 픽셀 수가 약 2000개를 넘지 않아야 합니다. 따라서 V-FoV는 일반적으로 차트 높이보다 큽니다.
왼쪽 y축에 표시된 세로 픽셀 수는 이미지 자체에서 확인할 수 있습니다.
예시— 8×10인치 필름에 인쇄된 표준 5×9 컬러 LVT SFRplus 차트는 13cm의 수직 시야각(Field of View)을 갖도록 설계되었습니다. 13cm(x축)는 센서 높이 2400픽셀(왼쪽 y축) 또는 3:2 화면비(오른쪽 y축)에서 약 8메가픽셀에 해당하는 MTF@Nyquist = 0.9(아래 녹색 대각선 )에 해당합니다. 이처럼 높은 품질 수준에서는 MTF 보정이 필요하지 않습니다. 차트를 MTF@Nyquist = 0.7( 올리브색 대각선 )로 높이면 여전히 양호한 품질이지만 MTF 보정이 필요하게 되며, 센서 높이는 4000픽셀(3:2 화면비에서 약 20메가픽셀)에 도달합니다.
디스플레이의 색상은 위의 품질표에 있는 색상과 일치합니다. 즉, 녹색(오른쪽 아래)은 우수한 품질이고, 노란색은 MTF 보정이 필요하며, 분홍색(왼쪽 위)은 사용 불가능합니다.
| 차트 MTF 적합성 표시는 몇 가지 일반적인 미디어 유형에 대해 다음과 같이 표시됩니다. MTF 측정에 적합한 테스트 차트 . 이러한 표시 기능을 사용하면 Imatest를 실행하지 않고도 테스트 차트 적합성을 예측할 수 있습니다. |
일반적인 메가픽셀 적합성 (기존 방식)
Imatest 5.2에서 도입된 해도 적합성 표시(위)는 이제 특정 카메라 시스템에 대한 해도의 적합성을 판단하는 데 권장됩니다.
초기 창 하단에 있는 '메가픽셀 적합성' 표에 나와 있는 결과는 다음과 같습니다.
- 선택된 중간 및 수직 시야각을 가진 차트에서 특정 품질 수준(나이퀴스트 주파수에서의 MTF로부터 도출됨)을 달성할 수 있는 최대 수직 픽셀 수 및 총 메가픽셀 수입니다.
- 세로 픽셀 수가 알려진 카메라로 특정 화질 수준을 달성하려면 차트의 크기는 얼마나 되어야 할까요?
이 두 결과 모두 픽셀 크기(픽셀당 μm), 배율 또는 센서 높이 입력값의 영향을 받지 않습니다.
특정 수직 필드 높이에서 4가지 화질 수준에 대한 메가픽셀 적합성 표.
이 표는 나이퀴스트 주파수(MTF @ f Nyq )에서의 MTF를 기준으로 한 여러 결과를 보여줍니다 . 측정값 (세 가지 화면비(4:3, 3:2, 16:9)에 대한 최대 수직 픽셀 및 카메라 메가픽셀 크기)과 품질 수준 (MTF @ f Nyq = 90, 77, 70, 50)은 아래 두 표에 설명되어 있습니다. MTF @ Nyquist = 0.77은 2018년 이전에 사용되었던 MTF 적합성 계산을 근사화한 특수한 경우입니다. 이 수치는 차트 보정 없이 MTF 적합성을 상당히 보수적으로 추정하는 것으로 입증되었습니다.
MTF @ f Nyq는 채팅 품질이 MTF 측정에 미치는 영향과 차트 보정이 필요한지 여부를 판단합니다.
| 측정 | 설명 |
| 품질 | 높음, (기존 Mpxl 제한), 보통, 최소. 센서에 표시된 차트 이미지에 대한 나이퀴스트 주파수( fNyq )에서 의 최소 MTF에 해당합니다. |
| MTF @ 뉴욕 | 센서에 표시된 차트 이미지에 대한 MTF @ f Nyq 의 최소값은 다음과 같은 품질 수준에 해당합니다: 0.9, 0.77, 0.7 및 0.5. |
| 세로 픽셀 | 표시된 품질 수준(MTF @ f Nyq )을 달성할 수 있는 최대 세로 픽셀 수입니다. 이는 기존 차트 품질 지수 와 동일한 수치입니다. |
| V-pxls/cm (더 이상 사용되지 않음) | 표시된 품질 수준을 달성할 수 있는 차트 높이 1cm당 최대 수직 픽셀 수입니다. 수직 픽셀 수가 n 개인 카메라의 경우, 해당 행에 표시된 품질 수준에 필요한 최소 차트 크기(cm)는 n / (V-픽셀/cm)입니다. V-픽셀/cm = 20 * MTF nn (사이클/객체 mm) = 2 * MTF nn (사이클/객체 cm) (단, nn = 90, 70, 50 등). |
| Mpxls @ 4:3 | 4:3 화면비에 해당하는 세로 픽셀 수(위 참조). |
| Mpxls @ 3:2 | 3:2 화면비에 해당하는 세로 픽셀 수(위 참조). |
| Mpxls @ 16:9 | 16:9 화면비에 해당하는 세로 픽셀 수(위 참조). |
| um/픽셀 최소 | 표시된 품질 수준(MTF @ f Nyq )을 달성할 수 있는 최소 픽셀 크기(미크론 단위). |
| 주요 결과는 노란색 배경 으로 표시됩니다. | |
예시:
- 세로 픽셀 수(고화질의 경우 2484개) - 세로 시야각이 140mm(5.51인치)인 LVT 컬러 필름 차트를 사용하는 이 시스템의 경우, MTF @ fNyq ≥ 0.9(MTF 보정이 필요 없는 경우)인 최대 세로 픽셀 수는 2584개입니다(3:2 화면비 기준 10메가픽셀에 해당).
- 차트 품질 지수(CQI nn ) - Imatest 5.1 이전 버전에서 사용되었으며, 나이퀴스트 주파수에서의 MTF가 nn %인 수직 픽셀 수를 나타냅니다(일반적인 값은 90%, 70%, 50%입니다). 이는 위 표의 '수직 픽셀' 열에 있는 숫자와 동일합니다.
여기서 높이는 SFRplus의 일반적인 수직 시야각(막대 간 거리의 1.1배) 또는 대부분의 다른 테스트 차트의 경우 차트 활성 영역의 수직 크롭 높이입니다. 사이클/객체 mm는 차트에 정의되어 있습니다. CQI 90은 고품질 이미지의 표준 값이었습니다. 웹 페이지 의 설명이 이해하기 어렵고 이름이 그다지 설명적이지 않기 때문에 더 이상 CQI를 사용하지 않습니다.
- (2018년 이전의) 메가픽셀 적합성 수치는 다음과 같이 정의되었습니다.
MTF nn 의 단위는 Cycles/Object mm입니다. 이 숫자는 차트 품질 계산기의 설정 상자 위에 표시됩니다. 위 이미지에서 해당 값은 다음과 같습니다.
기존 Mpxl 적합성: V pxls= 3567; 19.1Mpxls (3:2) (공간 제약으로 인해 축약됨).
기존 메가픽셀 적합도는 세로 3567픽셀, 즉 3:2 화면비 기준 19.1메가픽셀입니다. 이는 화질 수준(기존 메가픽셀 제한) 값(MTF @ 나이퀴스트 주파수 = 0.77)인 세로 3645픽셀, 즉 3:2 화면비 기준 17.7메가픽셀과 매우 유사합니다. 이는 차트 한계에 대한 상당히 보수적인 추정치이며, MTF 보정은 약간의 개선 효과만 가져올 것입니다.
특정 영상 시스템에 대한 결과
차트 품질 계산기를 열면 차트 MTF가 차트 상의 객체 mm당 사이클 수(위 그림 참조)로 표시됩니다. 이는 수직 나이퀴스트 주파수선을 제외하고 차트 자체에 대한 값이며(이미징 시스템과 무관), 수직 나이퀴스트 주파수선은 센서를 기준으로 계산됩니다.
차트 품질 계산기는 픽셀 크기(픽셀당 μm), 배율 및 센서 높이(mm)로 특징지어지는 이미징 시스템에 대한 결과도 표시할 수 있습니다.
그래프 왼쪽 하단에 있는 주파수 전환 버튼(원래는 차트에 주파수(Cycles/Obj mm)가 표시됨) 을 클릭하면 오른쪽에 표시된 것처럼 센서의 픽셀당 주파수(Cycles/Pixel)로 표시를 변경할 수 있습니다. 이 그래프는 센서의 공간 주파수에서 차트가 MTF에 미치는 영향을 직접적으로 보여줍니다. 앞서 언급했듯이, 나이퀴 스트 주파수(fNyq = 0.5 C/P)와 나이퀴스트 주파수의 절반(0.25 C/P, 일반적인 선명한 이미징 시스템의 MTF50 부근)에서의 MTF는 이 시스템의 차트 품질을 나타내는 좋은 지표입니다.
픽셀 크기(픽셀당 μm), 배율, 센서 높이(mm, 오른쪽 하단에 입력)로 정의되는 시스템에 대한 결과는 MTF 플롯 오른쪽에 진한 자주색 으로 표시됩니다. MTF = 0.746 @ Nyquist = 0.965 @ Nyq/2는 이 시스템에서 MTF 보정 없이도 차트를 사용할 수 있을 만큼 충분히 양호함을 나타내지만, 보다 정확한 결과를 위해서는 MTF 보정을 권장합니다.
제한 사항
예상 차트 MTF가 0.3보다 낮으면 측정값이 신뢰할 수 없습니다. 이러한 현상이 발생하는 주파수(MTF30) 는 항상 나이퀴스트 주파수 fNyq 보다 높아야 하며, 가능하면 2× fNyq 보다 높아야 합니다 .
배럴 왜곡이 심한(어안 렌즈) 렌즈의 경계 부근에서 측정 정확도는 방사 방향의 배율 감소로 인해 영향을 받으며, 이는 접선 방향 가장자리의 선명도에 영향을 미칩니다. 이에 대한 해결 방법은 위의 어안 렌즈 섹션 에서 설명했습니다. 이는 왜곡이 중간 정도인 직선형(일반) 렌즈에서는 문제가 되지 않습니다.