Log F-대비

소개

로그 F-대비 ( Log Frequency-Contrast 의 약자, Imatest Studio 에는 없음)는 신호 처리(노이즈 감소 및 선명도 향상)가 영상 시스템 성능에 미치는 영향을 측정하는 지표입니다. 이 지표는 가로축에 공간 주파수(로그 주파수는 x 축에 따라 증가)를, 세로축에 변조((최대값-최소값)/(최대값+최소값) 신호, 때때로 미켈슨 대비 라고도 함)를 나타내는 차트로 구성됩니다. 변조는 영상 높이 h 에 대해 ( y/h ) ^² 에 비례합니다. 로그 F-대비 차트는 막대형이 아닌 정현파 형태이므로, 그 변조는 SFR 또는 MTF와 동일합니다.

Log F-Contrast는 대화형 모드 또는 자동(일괄) 분석으로 실행할 수 있습니다.

이 모듈은 소프트웨어 노이즈 감소로 인해 발생하는 미세하고 대비가 낮은 디테일(텍스처) 손실을 측정하는 데 특히 유용합니다. 이러한 노이즈 감소는 미세한 텍스처가 없는 영역에서 "플라스틱"처럼 보이는 현상을 초래할 수 있습니다. 이러한 유형의 불균일한 이미지 처리는 소비자용 카메라, 특히 카메라폰과 같이 화소 크기가 작은(< 2 마이크론) 카메라에서 흔히 발생하며, 양방향 필터로 구현되는 경우가 많습니다. Imatest 이미지 처리 모듈에서는 이러한 양방향 필터 를 시뮬레이션하고 분석할 수 있습니다. 차트는 Imatest 스토어에서 구매 하거나 Test Charts 에서 제작하여 고품질 잉크젯 프린터로 인쇄할 수 있습니다. 아래 이미지는 Canon EOS-20D 카메라로 촬영한 로그 주파수-대비 차트의 예시이며, 크기는 약간 축소되었습니다. 이 차트 디자인은 2014년 7월 Imatest 4.0 이상 버전 의 자동 영역 감지 기능과 호환되도록 수정되었습니다.

로그 F-대비 분석법은 차트를 25개의 영역(위에서 아래로 번호가 매겨짐)으로 나누어 대비(MTF)를 분석하며, 이는 여러 가지 방식으로 표시될 수 있습니다. 2차 보간법 과 평활화 기법을 사용하여 MTF 계산의 정확성과 가독성을 향상시킵니다. 공간 주파수는 패턴으로부터 도출됩니다.

차트 생성 및 인쇄

로그 주파수 대비 차트는 Imatest 스토어에서 구매 하거나 다운로드하거나 Imatest 테스트 차트 로 생성된 파일을 고품질 사진 프린터로 인쇄할 수 있습니다.

테스트 차트에는 여러 옵션이 있습니다. 대화 상자와 권장 설정은 오른쪽에 표시됩니다. 모서리 근처에 등록 표시가 포함된 2014년 7월 이후의 차트 디자인이 표시됩니다.

예시: 오른쪽에 표시된 로그 주파수 대비 차트는 Canon EOS-20D로 촬영한 원본 이미지의 가로 픽셀 3504개 중 857개를 차지합니다. f = 857/3504 = 0.2446. 이 차트는 m = 1000 사이클/픽셀로 생성되었습니다. 차트 이미지의 최대 공간 주파수는 m _image = m / fW = 1.17 사이클/픽셀입니다. 이는 최적값보다 약간 높지만, 가장 높은 주파수가 차트에서 차지하는 공간이 상대적으로 작기 때문에 과도하지 않습니다. 차트 이미지의 공간 주파수는 자동으로 감지됩니다.

설정이 올바르면 오른쪽 하단의 '테스트 차트 디렉터리' 및 '파일 이름 ' 상자를 사용하여 TIFF 출력 파일 이름을 선택하고 '테스트 차트 만들기'를 클릭합니다. 미리 보기 이미지에서 인쇄하지 마십시오. 이미지 편집기 또는 뷰어에서 TIFF 출력 파일의 이미지를 인쇄할 때 인쇄된 이미지 크기와 색상 관리 설정을 주의 깊게 확인하십시오. 자세한 내용은 '테스트 차트'를 참조하십시오. 인쇄된 차트를 주의 깊게 검사하여 결함 및 이미지 품질, 특히 높은 공간 주파수 영역을 확인하십시오. 테스트 차트 하단의 16단계 회색조 차트의 톤을 밀도 단계가 0.1인 Kodak Q-13/Q-14와 같은 표준 차트와 비교하십시오. (가장 어두운 영역에서는 약간의 차이가 있을 수 있지만 영역 1~12는 매우 유사해야 합니다.) 톤이 시각적으로 일치하면 사인 패턴 톤이 정확한 것입니다.

차트를 촬영하고 프로그램을 실행합니다.

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. 이 페이지에 표시된 방향이 권장 방향이지만, 패턴은 90도 배수로 회전할 수 있습니다. 세로 방향 또는 가로 방향으로 사용할 수 있습니다.

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 가장자리 패턴과 달리 Log f-Contrast 패턴은 JPEG 화질 손실을 매우 명확하게 보여줍니다.) dcraw로 디코딩한 RAW 이미지는 카메라에서 바로 생성된 JPEG 이미지와는 매우 다른 결과를 나타내는 경향이 있습니다.

Rescharts(대화형) 분석을 하려면 Imatest를 열고 대화형 분석을 위해 Rescharts를 클릭합니다. 차트 유형 근처의 팝업 메뉴에서 항목을 클릭하거나 Log F-contrast가 표시된 경우 이미지 파일 읽기를 클릭하여 분석할 패턴 (이 경우 Log F- contrast )을 선택합니다. Rescharts가 시작되면 이미지 파일 읽기 버튼과 팝업 메뉴(오른쪽에 표시됨)가 강조 표시됩니다(노란색 배경). 읽을 이미지 파일을 선택합니다.

고정형(비대화형, 일괄 처리 가능) 분석의 경우: Imatest를 열고 대상에서 Log F-Contrast를 선택한 다음 분석 모드를 자동(일괄 처리) 으로 설정합니다. 분석할 파일 또는 파일 배치를 선택합니다.

픽셀 크기가 이전 Log F-대비 실행 결과와 동일하면 이전 ROI를 사용할지, 이전 ROI를 조정할지, 아니면 새로 자를지 묻는 메시지가 표시됩니다.

자르기: 아래 그림과 같이 패턴의 위쪽과 아래쪽에 작은 여백(이미지 높이의 약 0.5~1%)을 남기고 패턴을 잘라내야 합니다. 세밀한 선택을 위해 미세 조정 창을 최대화할 수 있습니다.

'예, 계속 '( 익스프레스 모드 아님 )을 선택하면 오른쪽에 표시된 설정 창이 나타납니다.

감마는 테스트 차트를 선형화하는 데 사용됩니다. 스텝차트 또는 멀티차트를 사용하여 로그 FC 패턴 아래의 16단계(0.1 밀도 증가) 회색조로 측정할 수 있습니다. sRGB, Adobe RGB 등 감마 2:2로 표시하도록 설계된 색 공간의 경우 일반적으로 0.5 값을 사용합니다.

채널 은 R, G, B 또는 Y(휘도, 기본값)입니다.

MTF 플롯에서 x축 스케일링을 선택합니다. Cycles/inch 또는 Cycles/mm를 선택한 경우 픽셀 간격(μm/pixel, pixels/inch 또는 pixels/mm)을 입력해야 합니다.

선형 그래프의 X축 스케일링은 표시할 최대 공간 주파수를 선택합니다.

(Rescharts용이 아닌) 이 섹션의 다섯 개 그래프는 출력 그림으로 제공됩니다. 아래 고정 모듈에서 그래프 n 으로 참조됩니다. EXIF 데이터는 그래프 1, 2, 3, 5의 오른쪽에 표시됩니다.

모든 설정을 정확하게 입력하지 않아도 걱정하지 마세요. Rescharts 창에서 '추가 설정'을 클릭하면 언제든지 이 대화 상자를 열 수 있습니다.

확인 버튼을 누르면 계산이 수행되고 가장 최근에 선택한 화면이 나타납니다.

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.

패턴(원본 및 선형화된 버전)

전체 Rescharts 창이 표시됩니다. 위쪽 그래프는 이미지 상단(25행 중 1행, 변조가 최대인 행)의 정규화된 픽셀 레벨(비트 심도 8의 경우 픽셀 레벨/255)입니다. 아래쪽 그래프(감마 설정을 사용하여 선형화됨)를 통해 행을 선택할 수 있습니다. 청록색 그래프는 차트의 맨 위(가장 높은 변조)를 나타냅니다. 검은색으로 표시된 10번째 행은 최대 변조 행인 1번째 행보다 선명도가 훨씬 낮습니다(0.2 사이클/픽셀 부근의 피크가 훨씬 작음).

MTF

오른쪽 화면에는 차트의 여러 대비 대역(행)에 대한 정규화되지 않은 MTF가 선형 주파수 스케일로 표시됩니다. 차트는 분석을 위해 25개 행으로 나뉘며, 가장 높은 변조는 맨 위에, 가장 낮은 변조는 맨 아래에 있습니다. MTF는 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22번째 행에 대해 표시됩니다 . 진한 선은 강하게 평활화된 결과입니다. 옅은 점선은 평활화되지 않은 결과이며, 미세한 디테일은 위상 변화와 노이즈로 인한 계산 오류로, 통계적으로 유의미 하지 않습니다 . 플롯 설정 영역의 드롭다운 메뉴에서 정규화되지 않은 플롯 또는 정규화된 플롯을 선택할 수 있습니다. 최대 표시 주파수, 표시 스케일(cycles/pixel, cycles/mm, cycles/in 또는 LW/PH(Line Widths per Picture Height, 여기서 2 Line Widths = 1 cycle 또는 line pair)), 감마는 '추가 설정' 버튼을 눌러 여러 옵션 중 하나로 설정할 수 있습니다. 그래프 아래 텍스트는 nn = 50, 20, 10%일 때, 그리고 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19번째 행에 대해 변조율과 대비(낮은 공간 주파수 영역에서) 및 MTF nn 과 MTF nn P(응답이 각각 저주파수 및 피크 값의 nn %로 떨어지는 공간 주파수)를 보여줍니다. 동일한 결과가 2D 의사색상 및 MTF nn 표시 아래에도 나타납니다.

MTF: 파나소닉 TZ1, ISO 200, 선형 주파수 스케일

오른쪽 그림은 동일한 MTF 결과를 정규화하여 로그 주파수 스케일로 나타낸 것입니다. 정규화를 통해 MTF 감소를 비교하고 MTF nn을 시각적으로 쉽게 확인할 수 있습니다. 그림 바로 위에는 세로로 압축된 이미지가 있습니다. 22번째 행(매우 낮은 변조)은 정규화 과정에서 노이즈가 지나치게 증폭되므로 생략했습니다. 각 행의 변조, 대비, MTF nn 및 MTF nn P 값은 이미지 아래 표에 나와 있습니다.

MTF: 파나소닉 TZ1, ISO 200, 로그 주파수 스케일

MTF/대비(2D 의사색 윤곽선)

이 선택 항목을 사용하면 가장 자세한 결과를 얻을 수 있습니다. 몇 가지 옵션이 있습니다.

매개변수는 표시할 매개변수를 결정합니다. 일반적으로 가장 유용한 선택은 정규화된 대비 수준 입니다.

매개변수	설명
변조(비정규화)	차트 변조(2D 의사색상 표시에서 수직 위치)에 따라 감소하는 MTF를 표시합니다 . 차트는 분석을 위해 25개의 행으로 나뉩니다. 낮은 공간 주파수에서 MTF는 차트 변조와 같습니다.
MTF(정규화 - 가장 유용한 표시 방식)	모든 차트 대비 수준에 대해 낮은 공간 주파수에서 MTF를 1로 정규화하여 표시합니다. 이는 대비 수준에 따른 응답 변화를 명확하게 보여주기 때문에 가장 일반적으로 유용한 표시 방식입니다 . 균일한 신호 처리(즉, 이미지 전체에 걸쳐 가장자리의 존재 여부와 관계없이 동일한 선명도 향상 및 노이즈 감소)를 수행하는 카메라에서는 윤곽선이 수직으로 나타납니다 . 대부분의 카메라는 대비가 강한 가장자리가 있는 경우 선명도 향상(고주파 증폭)을, 그렇지 않은 경우에는 노이즈 감소(고주파 감쇠)를 수행합니다. 이는 오른쪽 이미지에서 확인할 수 있습니다(자세한 내용은 아래 참조). 아래 표는 변조율과 차트 대비 스케일 간의 관계를 나타냅니다. 다양한 예시는 Imaging Resource의 Log F-Contrast를 참조하십시오.	고정 모듈의 플롯 4
정규화된 대비 손실	MTF를 1로 정규화하여 표시합니다. 모든 차트 대비 수준에 대해 낮은 공간 주파수에서, 모든 공간 주파수에 대해 최대 대비 수준(차트 상단)에서. 특히 잡음이 있는 경우 결과를 해석하기 어려울 수 있습니다.

스타일은 빈도 스케일과 메인 디스플레이 오른쪽에 색상 막대를 표시할지 여부를 선택합니다.

Imaging-Resource의 Log F-Contrast를 사용한 선명도 및 질감 분석은 Imaging-Resource.com 에서 다운로드한 이미지를 사용하여 여러 카메라에서 선명도 향상 및 노이즈 감소 효과를 비교합니다. MTF(정규화) 플롯을 통해 신호 처리 방식의 차이를 명확하게 확인할 수 있습니다.
오른쪽에 표시된 그래프는 ISO 80(오른쪽)과 800(오른쪽 아래)으로 설정된 Panasonic TZ1 카메라의 정규화된 대비 수준(모든 차트 변조 레벨에서 낮은 공간 주파수를 1로 정규화한 MTF)을 보여줍니다. 공간 주파수는 최대 0.5 사이클/픽셀 = 1920 LW/PH(나이퀴스트 주파수, '추가 설정 '을 눌러 선택 가능)의 선형 스케일로 표시됩니다. 오른쪽 이미지(ISO 80)는 중간에서 높은 변조 레벨에서 상당한 선명도 향상을 보여줍니다. 차트 변조(왼쪽 스케일에 표시됨)가 0.18(약 1.3:1의 대비비, 이미지 내 행 번호 바로 왼쪽에 표시됨)보다 클 때 최대 정규화 변조는 1.1을 넘습니다. 선명도 향상 정도는 차트 변조가 증가함에 따라 매우 점진적으로 감소하며, 이는 변조가 0.2 이상일 때 0.9와 0.1 사이의 완만하게 기울어진 등고선으로 나타납니다.

고정 모듈의 플롯 4

표준화된 대비: 파나소닉 TZ1, ISO 80

두 이미지의 차이는 확연합니다. ISO 800에서 TZ1은 선명도 보정이 훨씬 적고 노이즈 감소가 더 많이 적용되어 디테일이 떨어집니다. ISO 80의 경우보다 대비가 커질수록 선명도 보정량이 더 빠르게 감소하는데, 이는 윤곽선이 더 기울어진 형태로 나타납니다.

표준화된 콘트라스트: 파나소닉 TZ1, ISO 800

MTFnn (MTF가 저주파 또는 피크 값의 nn%인 주파수)

이 옵션을 선택하면 해당 모듈에 대한 결과 요약이 간략하게 표시됩니다. 몇 가지 옵션이 있습니다.

오른쪽 그래프는 ISO 감도를 80(오른쪽)과 800(오른쪽 아래)으로 설정한 Panasonic TZ1 카메라의 MTF70부터 MTF10까지의 값을 픽셀당 사이클(Cycles/Pixel) 단위로 나타낸 것입니다. 이 그래프는 위쪽의 정규화된 대비 수준 그래프와 동일한 이미지에서 얻은 것입니다. MTF 값의 단위(픽셀당 사이클에서 mm당 사이클, 인치당 사이클 또는 LW/PH로 변경 가능)는 '추가 설정' 버튼을 사용하여 선택할 수 있습니다.	MTF70-MTF10: 파나소닉 TZ1, ISO 80
ISO 800에서 TZ1은 nn 값이 70에서 10까지 모든 범위에서 훨씬 낮은 MTF nn 값을 나타냅니다. 세로축 눈금이 서로 다름에 유의하십시오. 위쪽은 0.5(ISO 80), 오른쪽은 0.35(ISO 800)입니다. 또한 콘트라스트가 증가함에 따라 MTF nn 값이 훨씬 빠르게 감소하는데, 이는 강력한 노이즈 감소, 즉 비선형 신호 처리가 이루어졌음을 보여줍니다. MTF nn 그래프는 위의 2D 의사색상 윤곽선 그래프보다 세부 정보가 적음에도 불구하고(혹은 그 때문에 ) 서로 다른 설정(이 경우 ISO 80과 800) 간의 성능 변화를 더 명확하게 보여줍니다.	MTF70-MTF10: 파나소닉 TZ1, ISO 800

계산 세부 정보

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

Log F-Contrast에서는 주파수가 자동으로 감지됩니다. 주파수 비율( _f2 / _f1 )은 테스트 차트 에서 차트를 생성할 때 지정합니다.