로그 빈도 변화 차트 분석
소개
Rescharts 인터페이스를 사용하는 로그 주파수 측정 방식 은 공간 주파수가 로그 함수적으로 증가하는 좁은 막대형 차트 또는 사인파 차트의 대비를 측정합니다. 또한 색상 모아레 현상도 측정합니다( Imatest Master 에서만 사용 가능). 이미지 패턴이 막대형 차트가 아닌 사인파 형태일 경우, 대비는 SFR 또는 MTF와 동일합니다. 이 방법은 사선 모서리 측정 방식보다 직접적이지만 정확도가 떨어지고 노이즈에 더 민감합니다. 테스트 차트 프로그램을 사용하여 차트를 생성하고 고품질 잉크젯 프린터로 인쇄할 수 있습니다.
로그 주파수 이미지(전체 및 일부)
위 이미지는 로그 주파수 모듈을 설명하고 경사 모서리 SFR 과의 결과를 비교하기 위해 사용되었습니다. 이 이미지는 캐논 EOS-20D 카메라와 24-70mm f/2.8L 렌즈(42mm, f/5.6, ISO 100)로 촬영되었습니다. 이미지에는 로그 주파수-대비 차트와 고대비 및 저대비(20:1 및 2:1)의 경사 모서리가 포함되어 있습니다. 로그 주파수는 위 이미지에서 보이는 것처럼 로그 주파수-대비 차트의 좁은 영역을 사용하여 측정되었습니다.
차트를 제작하고 사진을 찍고 프로그램을 실행합니다.
시중에서 구할 수 없는 테스트 차트를 Imatest Test Charts를 사용하여 생성한 다음 고품질 잉크젯 프린터로 인쇄하십시오. Test Charts에는 여러 옵션이 있습니다. 대화 상자와 권장 설정은 Log F-Contrast 에 나와 있습니다. Imatest Studio 에서 유형(막대 또는 사인)은 막대, 사인(4배) 으로 설정해야 합니다.
차트를 평평하고 어두운 판(1/2인치 두께의 폼보드가 적합하며, 더 얇은 판은 쉽게 휘어짐)에 부착하십시오 . 분석할 차트의 가로 픽셀 수에 따라 차트가 가로 프레임의 1/3에서 1/4을 차지하도록 배치하십시오. 다른 차트도 함께 부착할 수 있습니다.
방향. 패턴은 표시된 방향에서 90도 배수로 회전될 수 있으며, 세로 방향과 가로 방향 모두 가능합니다.
Imatest Lab 또는 렌즈 테스트 방법 에 설명된 조명을 사용하여 차트를 촬영하고 , 빛 반사를 피하도록 주의하십시오. 이미지를 여러 고품질 형식 중 하나로 저장하되, 압축률이 높은 JPEG(저화질) 형식은 화질 저하를 보여주므로 사용하지 마십시오. 단, JPEG 화질 저하를 테스트하는 경우는 예외입니다. (비스듬한 가장자리와 달리 Log f-대비 패턴은 JPEG 손실을 매우 명확하게 보여줍니다.)
이 분석은 목표 설정에서 선택할 수 있으며, 옵션은 ⚙️ 아이콘을 클릭하여 확인할 수 있습니다.
차트 유형 아래의 팝업 메뉴에서 항목을 클릭하거나, 로그 주파수(단순 )가 표시된 경우 클릭하여 분석할 패턴 (이 경우 로그 주파수(단순 ))을 선택하십시오. Rescharts가 시작되면 버튼과 팝업 메뉴(오른쪽에 표시됨)가 강조 표시됩니다(노란색 배경).
읽을 이미지를 선택하세요 . 픽셀 크기가 이전 로그 주파수 실행과 동일하면 이전 ROI를 사용할지, 이전 ROI를 조정할지, 아니면 새로 자를지 묻는 메시지가 나타납니다. 폴더에 IMG_3734.jpg, IMG_3735.jpg 등과 같이 카메라에서 생성된 의미 없는 파일 이름이 있는 경우, 파일 이름 변경 유틸리티를 사용하여 각 파일에 저장된 EXIF 정보를 활용해 초점 거리, 조리개 값 등을 포함하는 의미 있는 이름으로 변경할 수 있습니다.
자르기: 아래 ROI 미세 조정 창에 표시된 것처럼 패턴을 좁은 띠 모양으로 잘라내야 합니다. 일반적으로 10~25픽셀 너비가 적당하지만, 차트 정렬 상태가 좋으면 더 넓은 픽셀 너비도 사용할 수 있습니다. 미세 조정을 위해 ROI 미세 조정 창을 최대화할 수 있습니다.
ROI 미세 조정 창에 로그 주파수 대비 이미지가 표시됩니다.
로그 주파수(단순)에 사용하기 위해 크롭했습니다. 캐논 EOS-20D 카메라로 촬영했습니다.
24-70mm f/2.8L 렌즈를 42mm, f/5.6, ISO 100으로 설정하여 촬영했습니다. 이미지를 클릭하면 전체 크기 이미지를 볼 수 있습니다.
익스프레스 모드가 선택되지 않은 경우 오른쪽에 표시된 입력 대화 상자가 나타납니다. 이 대화 상자는 여러 모듈에서 사용되므로 SQF 옵션과 같은 일부 항목은 관련이 없습니다.
설정
감마는 테스트 차트를 선형화하는 데 사용됩니다. 스텝차트, 컬러체크 또는 멀티차트를 사용하여 측정할 수 있습니다. sRGB, Adobe RGB 등 감마 값이 2:2로 표시되는 색 공간의 경우 일반적으로 0.5가 적정값입니다.
채널 은 R, G, B 또는 Y(휘도, 기본값)입니다.
색 공간은 색상 모아레 L*a*b* 크로마 플롯(sqrt(a* 2 + b* 2 ))에만 사용됩니다.
표시 옵션
MTF 플롯에서 x축 스케일링을 선택합니다. Cycles/inch 또는 Cycles/mm를 선택한 경우 픽셀 간격(μm/pixel, pixels/inch 또는 pixels/mm)을 입력해야 합니다.
보조 판독 기능을 사용하면 MTF 플롯에 최대 두 개의 보조 판독값(MTFnn, MTFnnP 또는 지정된 공간 주파수의 MTF)을 표시할 수 있습니다. 자세한 내용은 여기를 참조하십시오.
선형 그래프의 X축 스케일링은 표시할 최대 공간 주파수를 선택합니다.
모든 설정을 정확하게 맞추지 못해도 걱정하지 마세요. Rescharts 창에서 클릭하면 언제든지 이 대화 상자를 열 수 있습니다.
누르면 계산이 수행되고 가장 최근에 선택한 화면이 나타납니다.
원단에 컬러 모아레 무늬가 나타납니다.
(캐논 레벨 XT, 키트 렌즈 포함)
컬러 모아레
컬러 모아레는 직물이나 울타리처럼 공간 주파수가 높은 반복 패턴이 있는 이미지에서 나타날 수 있는 인위적인 색상 띠 현상입니다. 오른쪽 예시는 캐논 레벨 XT에 기본 제공되는 우수한 렌즈로 촬영한 셔츠의 디테일 이미지입니다.
컬러 모아레는 아래 설명처럼 베이어 컬러 필터 어레이를 사용하는 이미지 센서에서 발생하는 에일리어싱 현상입니다. 주요 사항:
- 컬러 모아레 현상은 적색 및 녹색 채널에 대한 센서 나이퀴스트 주파수 (0.25 사이클/픽셀, 이미지 나이퀴스트 주파수 0.5 사이클/픽셀의 절반)보다 이미지 에너지가 상당히 높을 때 발생할 수 있습니다.
- 이 현상은 렌즈 선명도, 안티앨리어싱(로우패스) 필터(이미지를 부드럽게 함), 그리고 디모자이킹 소프트웨어의 영향을 받습니다. 특히 선명한 렌즈를 사용할수록 더욱 심해지는 경향이 있습니다.
- 이는 빨간색과 파란색 채널에서 가장 두드러지게 나타납니다.
- 컬러 모아레 현상은 렌즈의 선명도가 가장 높고 측면 색수차(컬러 모아레 현상을 모방할 수 있음)가 최소화되는 이미지 중앙 부근에서 측정해야 합니다.
(저희가 아는 한) 컬러 모아레를 측정하는 데 있어 확립된 표준이 없기 때문에, Imatest Master의 로그 주파수에 매우 다용도로 활용 가능한 측정값을 추가했습니다. 오른쪽에 표시된 매개변수 중 하나는 Rescharts 창의 플롯 설정 영역에 있는 모아레 상자에서 선택할 수 있으며, MTF 및 모아레 표시에서 MTF 바로 아래에 표시됩니다. 굵게 표시된 두 매개변수인 RB 와 L*a*b*크로마(sqrt(a* 2 +b* 2 ))가 가장 유용한 것으로 나타났습니다. 아래에 컬러 모아레 플롯이 나와 있습니다. 이미지의 톤 불균형을 보정하는 '색 밀도 보정' 확인란은 일반적으로 선택되어 있어야 합니다. 베이어 센서에서 모아레가 나타날 수 있는 가장 낮은 주파수는 0.25 사이클/픽셀로, 이미지 나이퀴스트 주파수의 절반입니다. 이는 적색 및 청색 채널의 센서 픽셀 간격이 (최종 디모자이킹된) 이미지 픽셀 간격의 두 배 이기 때문입니다. 선택된 매개변수에 대한 총 모아레는 0.3 사이클/픽셀 이상에서 해당 매개변수의 변화량이며, 그래프에서 굵은 빨간색 으로 표시됩니다. 아래 그래프에서 이는 0.3 사이클/픽셀 이상에서 최대값에서 최소값을 뺀 L*a*b* 색도(√(a* ² + b* ² )) = 14.9(L*a*b* 단위)입니다. |
| ||||||||||||||||||||
과장된 채도를 가진 로그 주파수 패턴
컬러 모아레 결과는 L*a*b* 크로마로 표현됩니다.
산출
아래 그림과 같이 Rescharts 창의 표시 상자를 사용하면 여러 표시 방식 중에서 선택할 수 있습니다. 표시 옵션은 표시 아래에 나타나는 상자에서 설정합니다. Exif 데이터를 제외한 모든 표시 방식에는 채널 선택 옵션(빨강, 초록, 파랑 또는 휘도(Y)(0.3R + 0.59G + 0.11B))이 있습니다.
| 표시하다 | 설명 |
| 패턴 (원본 및 선형화된 버전) | 표시 패턴: 위쪽은 정규화된 픽셀 레벨(최대 대비), 아래쪽은 선형화된 픽셀 레벨(최대 대비 및 선택된 행)입니다. |
| MTF 및 모아레 (선형 주파수 스케일) | 선형 빈도 스케일을 사용하여 여러 대비 수준(차트는 분석을 위해 25개 행으로 나뉘며, 1~22행은 3단계씩 증가)에 대한 MTF를 표시합니다. |
| MTF 및 모아레 (로그 주파수 스케일) | 로그 주파수 스케일을 사용하여 여러 대비 수준(1~22행, 3단계 간격)에 대한 MTF를 표시합니다. 패턴의 축소 이미지도 동일한 스케일로 표시됩니다. |
| EXIF 데이터 | EXIF 데이터가 있는 경우 표시합니다. |
| |
| 별자리 차트 창 이미지를 PNG 파일로 저장합니다. '화면 저장' 대화 상자 에서 '화면 표시'를 선택하면 저장된 이미지를 원하는 편집기/뷰어에서 열 수 있습니다. ( Irfanview가 잘 작동하며 무료입니다.) | |
| 상세 결과를 Excel에서 열 수 있는 CSV 파일과 XML 파일로 저장합니다. | |
공간 주파수는 로그 주파수가 거리에 따라 선형적으로 증가한다는 가정 하에 이미지로부터 자동으로 계산됩니다.
패턴(원본 및 선형화된 버전)
패턴: 원본 및 선형화된 패턴
Rescharts 창 전체가 표시됩니다. 위쪽 그래프는 정규화된 픽셀 레벨(비트 심도 8의 경우 픽셀 레벨/255)이고, 아래쪽 그래프는 선형화된 레벨입니다.
MTF
MTF: 로그 주파수 스케일
오른쪽에 표시된 그래프는 로그 주파수 스케일로 나타낸 MTF(변조 전달 함수)입니다. 그래프 바로 위에는 색상(크로마)을 과장하여 세로로 압축한 이미지가 표시되어 있습니다.
진한 선은 강하게 평활화된 결과입니다. 옅은 점선은 평활화되지 않은 결과이며, 미세한 디테일은 위상 변화와 노이즈로 인한 계산상의 오류일 뿐 중요하지 않습니다.
아래 그래프는 위에서 설명한 색상 모아레( Imatest Master 에서만 사용 가능)를 보여줍니다. 선택된 모아레 측정값은 적색-청색 채널(RB)입니다. 이 그래프에 영향을 미치는 옵션에는 모아레 (모아레 측정값)와 색밀도 보정(일반적으로 선택됨 )이 있습니다.
그래프 아래에 인쇄된 결과는 다음과 같습니다.
- 이미지 크기 및 자르기 위치,
- MTF nn 및 MTF nn P(응답이 각각 저주파수 및 피크 값의 nn %로 떨어지는 공간 주파수)는 nn = 50%, 20%, 10%일 때를 나타냅니다.
- 전체 모아레 확산은 선택된 모아레 측정값(이 경우 RB)의 최대값에서 최소값을 뺀 값입니다.
MTF: 선형 주파수 스케일
오른쪽 그림은 최대 공간 주파수가 1 사이클/픽셀인 선형 주파수 스케일에 플롯된 동일한 MTF 결과를 보여줍니다. (색상 모아레는 생략되었습니다.)
최대 표시 주파수, 표시 배율(사이클/픽셀, 사이클/mm, 사이클/인치 또는 LW/PH(화면 높이당 선폭, 여기서 2선폭 = 1사이클 또는 선쌍)) 및 감마는 버튼을 눌러 여러 옵션 중 하나로 설정할 수 있습니다.
다른 측정값과의 비교당연히 드는 질문은 로그 주파수 검사 결과가 경사 모서리 SFR(표준 SFR 모듈과 동일) 결과와 어떻게 비교되는가 하는 것입니다. 검사 대상 에는 저대비 및 고대비 경사 모서리 차트와 로그 주파수 대비 차트가 모두 포함되어 있으므로 비교는 간단합니다. 디지털 카메라에서 널리 사용되는 비선형 신호 처리 로 인해 어느 정도 차이가 발생하는 것은 당연합니다. 대부분의 디지털 카메라, 특히 컴팩트 카메라는 대비가 강한 가장자리의 존재 여부에 따라 신호를 다르게 처리합니다. 대비가 강한 가장자리가 있는 경우 이미지가 선명해지고 높은 공간 주파수가 증폭됩니다. 반대로 대비가 약한 가장자리가 있는 경우 노이즈 감소가 적용되어 이미지가 흐려지고 높은 공간 주파수가 감쇠됩니다. 로그 주파수 패턴은 가장자리와 유사하지 않기 때문에 서로 다른 처리 방식의 결과를 정확하게 예측하기는 어렵습니다. 하지만 Log F-Contrast 에서 단서를 얻을 수 있습니다. ISO 100에서 EOS-20D의 MTF nn 값(오른쪽 그림 참조)은 차트 콘트라스트에 따라 상대적으로 변화가 적은데, 이는 특히 ISO 800에서 상당한 비선형 처리를 보이는 소형 카메라 파나소닉 TZ1과는 확연히 대조적입니다. 오른쪽에는 낮은 대비(2:1)의 경사진 모서리 MTF가 나타나 있습니다. 모양은 로그 주파수 결과( 위의 선형 주파수 스케일을 사용한 MTF 참조) 와 약간 다르지만, MTF nn 결과는 놀라울 정도로 유사합니다. MTF50은 0.347 대 0.381 c/p이고, MTF20은 0.425 대 0.444 c/p입니다. 오른쪽 아래의 높은 대비 모서리는 MTF50은 비슷하지만 MTF20은 훨씬 높습니다. 서로 다른 차트가 다른 결과를 나타내는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 모든 경우에 있어 경사진 모서리 측정값이 더 정확하지만, 물론 이 측정값은 점진적으로 변화하는 특징이 있는 부분이 아닌 모서리에서의 MTF를 나타냅니다.
이러한 요인들에도 불구하고, 비선형 신호 처리가 강하지 않다면 서로 다른 방법들 간에 적절한 일치를 얻을 수 있다. |  Log F-Contrast에서 얻은 MTF nn :차트 대비에 따른 변화가 거의 없음 |
 저대비(2:1) 경사 모서리의 MTF | |
 고대비(20:1) 경사 모서리의 MTF |
일부 계산 세부 사항
아래 그림에 나타낸 2차 보간법은 0.06~0.5 사이클/픽셀 사이의 공간 주파수에서 피크를 검출하는 데 사용됩니다. 이 방법은 샘플링 지점 사이에서 검출된 피크의 진폭을 증가시킵니다. 낮은 주파수에서는 신호 변화 속도가 느리기 때문에 정확도 향상에 큰 도움이 되지 않습니다. 또한 신호가 노이즈와 에일리어싱으로 구성되는 나이퀴스트 주파수(0.5 사이클/픽셀) 이상에서는 2차 보간법의 이점이 없습니다. 그림의 빨간색 점은 2차 보간법으로 보정된 피크 진폭(보정 전 피크 위치 포함)을 보여줍니다.
피크와 그 인접한 두 점은 y = ax² + bx + c 방정식에 맞는다고 가정합니다. 실제 피크 위치는 xp = -b / 2a 입니다( x² 는 위 그림에 표시되어 있습니다). 피크 진폭 은 ap = b² / 2a + c 입니다.
MTF 및 모아레 표시에는 평활화 되지 않은 곡선(가는 점선)과 평활화된 곡선(굵은 실선) 두 개가 있습니다. 평활화된 곡선이 강조되는 이유는 평활화되지 않은 곡선의 불규칙성이 샘플링 위상 및 노이즈로 인한 계산상의 오류이기 때문입니다. 이러한 불규칙성은 단일 피크의 노이즈로 인해 발생할 수 있습니다. 2차 보간법을 통해 이러한 불규칙성은 감소되지만 완전히 제거되지는 않습니다. 평활화되지 않은 곡선의 특징은 물리적인 의미를 갖지 않는다는 점을 이해하는 것이 중요합니다.
주파수 표시. x1 과 x2를 각각 좌측 및 우측 x축 한계값으로 하고, f1 과 f2를 최소 및 최대 표시 주파수로 하자. 그러면,
표시 빈도 = 어디
나이퀴스트 샘플링 정리, 에일리어싱 및 컬러 모아레
(이 부분은 normankoren.com 에서 발췌했습니다.) 나이퀴스트 샘플링 정리는 신호가 dscan 의 샘플링 속도로 샘플링되고, 차단 주파수 fC가 dscan /2보다 크지 않은 엄격한 대역 제한이 적용될 경우, 원래의 아날로그 신호를 정확하게 복원할 수 있다는 것을 나타냅니다. 여기서 주파수 fN = dscan /2를 나이퀴스트 주파수 라고 합니다. 정의에 따르면 fN은 항상 0.5 사이클/픽셀입니다. 첫 번째 센서 널(신호의 완전한 주기가 하나의 샘플을 포함하는 주파수, 즉 위상에 관계없이 0이 되는 주파수)은 나이퀴스트 주파수의 두 배 입니다. 나이퀴스트 주파수에서 센서의 평균 감도(모든 샘플링 위상의 평균)는 상당히 클 수 있습니다. 나이퀴스트 주파수 (fN ) 이상의 신호 에너지는 에일리어싱 현상을 일으킵니다 . 이는 반복적인 패턴으로 나타나는 인위적으로 낮은 주파수의 신호로, 일반적으로 모아레 패턴으로 관찰됩니다. 비반복적인 패턴에서는 에일리어싱이 들쭉날쭉한 대각선, 즉 "계단 현상"(이미지 손상의 덜 심각한 형태)으로 나타납니다. 아래 그림은 나이퀴스트 주파수 이상의 응답이 어떻게 에일리어싱을 유발하는지 보여줍니다. 별칭 지정 예시
이 단순화된 예에서 센서 픽셀은 가운데 행에 분홍색과 청록색 영역이 번갈아 나타나는 것으로 표시됩니다. 정의에 따르면 나이퀴스트 주파수는 2픽셀당 1주기, 즉 픽셀당 0.5주기입니다. 신호(윗줄, 4픽셀당 3주기)는 나이퀴스트 주파수의 3/2이지만, 센서 응답(아랫줄)은 나이퀴스트 주파수의 절반(4픽셀당 1주기)으로, 잘못된 주파수입니다. 이는 에일리어싱 현상 입니다.
베이어 컬러 필터 어레이를 사용하는 디지털 카메라(센서가 RGRGRG와 GBGBGB 필터가 교대로 배열된 구조)에서는 동일한 색상의 픽셀 간 간격이 최종 이미지의 픽셀 간 간격보다 훨씬 크기 때문에 문제가 더욱 심각해집니다. 특히 빨강과 파랑 채널의 경우 나이퀴스트 주파수가 최종 이미지의 절반 이기 때문에 이러한 현상이 두드러집니다. 이로 인해 색상 모아레 현상이 발생할 수 있으며, 이는 직물과 같은 반복적인 패턴에서 특히 심하게 나타날 수 있습니다. 디모자이킹 프로그램(원본 이미지에서 누락된 색상을 채워주는 프로그램)은 정교한 알고리즘을 사용하여 다른 색상의 디테일을 기반으로 각 색상의 누락된 디테일을 추론합니다. 이러한 알고리즘은 색상 모아레 현상에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.  바이엘 CFA많은 디지털 카메라 센서에는 나이퀴스트 주파수 이상의 응답을 줄이기 위해 안티앨리어싱 또는 로우패스 필터가 있습니다. 안티앨리어싱 필터는 이미지를 약간 흐리게 만들어 해상도를 저하시킵니다. 광학계에서는 전자공학처럼 선명한 차단 필터가 존재하지 않기 때문에, 특히 매우 선명한 렌즈를 사용할 경우 어느 정도의 앨리어싱 현상이 남게 됩니다. 안티앨리어싱 필터 설계는 선명도와 앨리어싱 현상 사이의 절충점을 고려해야 하며, 비용 또한 중요한 요소입니다. 극심한 앨리어싱 현상. 현재 생산이 중단된 1400만 화소 코닥 DCS 14n, Pro N, Pro C 모델에는 앨리어싱 방지 필터가 없었습니다. 선명한 렌즈를 사용했을 때, MTF 응답은 나이퀴스트 주파수를 훨씬 넘어섰습니다. 세르지오 로비솔로가 제공한 이 MTF 테스트 차트 이미지에서 볼 수 있듯이, 14n은 나이퀴스트 주파수(63 lp/mm) 부근에서 매우 나쁜 성능을 보였습니다. 이는 최악의 상황이라고 할 수 있습니다.  시그마 DSLR에 사용되는 포베온 센서는 각 픽셀 위치에서 세 가지 색상 모두에 민감합니다. 또한 안티앨리어싱 필터가 없고 나이퀴스트 주파수에서 높은 MTF를 가지고 있지만, 흑백 센서이기 때문에 컬러 센서에 비해 앨리어싱 현상이 훨씬 덜 두드러집니다. |