차트 MTF 보정과 무관한 근사 렌즈 MTF 계산 기능이 추가되었습니다. 이 기능은 신뢰할 수 있는 센서 MTF 측정이 어렵기 때문에 사용되는 센서 MTF의 기하학적 모델을 기반으로 합니다. 완벽하지는 않지만 대부분의 측정에는 충분히 유용합니다.
차트 품질 계산기를 사용하면 카메라의 수직 시야각, 수직 픽셀 수 및 모델링된 MTF를 기반으로 특정 용도에 대한 테스트 차트의 적합성을 판단할 수 있습니다. 차트 MTF 적합성 그래프를 통해 이 작업을 특히 편리하게 수행할 수 있습니다.
MTF 측정에 적합한 테스트 차트는 여러 미디어 유형에 대한 MTF 적합성 정보를 제공합니다. 각 차트는 MTF 보정 파일(차트 측정값을 모델링한 파일)을 기반으로 합니다. 차트의 메가픽셀 적합성을 파악하는 데 필요한 정보는 카메라 이미지 센서의 수직 시야각(VFoV)과 수직 픽셀 수입니다.
소개
Imatest MTF 측정값은 차트 품질과 카메라 품질 모두의 영향을 받습니다. Imatest는 처음부터 카메라 MTF 측정값에 미치는 차트의 영향을 최소화하기 위해 충분히 큰 테스트 차트를 사용할 것을 권장해 왔습니다. 차트 품질 지수 , 반사 차트 , 투과 차트 품질 페이지에서 차트 품질에 대한 일부 설명을 제공하고 있지만, 이러한 페이지는 차트 MTF가 카메라 MTF 측정값에 미치는 정확한 영향을 파악하기에는 충분한 세부 정보를 제공하지 않습니다. 특히 기하학적 제약(테스트 장비 및 실험실 규모 등)으로 인해 차트 권장 사항을 충족하기 어려운 상황에서는 이러한 정확한 영향 파악이 매우 중요합니다.
합성곱과 역합성곱 – 선형 시스템의 응답은 구성 요소들을 합성곱하여 계산할 수 있습니다. 합성곱은 이름에서 알 수 있듯이 복잡한 연산이지만, 응답을 주파수 영역으로 변환(푸리에 변환을 통해)하면 간단한 곱셈으로 바뀝니다. 측정된 응답은 다음과 같습니다. 영상 시스템의 변조 전달 함수(MTF)는 구성 요소들의 곱입니다.
MTF 차트 투영값 (이미지 센서에 투영된 MTF 차트)은 실제로 이미징 시스템의 일부가 아니므로, 관심 주파수 범위에서 MTF 차트 투영값이 1에 가까운 조건(저배율)에서 차트를 사용하도록 권장하는 방식으로 처리했습니다. 이러한 권장 사항은 보수적이었기 때문에 대부분의 경우 "충분히 만족스러운" 결과를 얻었습니다.
Imatest 5.1 버전부터는 측정된 MTF를 차트 투영 MTF 로 나누어 차트의 영향을 줄일 수 있는데, 이는 공간 영역에서의 디컨볼루션 과 동일합니다. 또한, 측정된 MTF를 MTF 센서 의 기하학적 모델로 나누어 근사적인 렌즈 MTF를 계산할 수도 있습니다. 이 모델을 사용하는 이유는 (A) MTF 센서 의 신뢰할 수 있는 측정값을 얻기 어렵고, (B) 보정을 하지 않았을 때보다 렌즈 MTF에 더 가까운 결과를 얻을 수 있기 때문입니다.
차트 보정 MTF 모델 – 차트 MTF는 인쇄된 가장자리(측정에 맞게 적절히 기울어짐)에서 mm당 객체 사이클 수 단위로 측정되며, 광범위한 차트 MTF 측정값에 맞는 간단한 방정식에 맞춰 조정됩니다.
f 는 사이클/객체 mm 단위입니다.
차트가 센서에 투영될 때, 투영된 차트의 MTF는 차트 주파수 단위를 센서 고유 단위(사이클/픽셀)로 변환하여 계산됩니다.
Imatest선명도 모듈에서 픽셀/mm는 일반적으로 사용자가 입력한 픽셀 피치(μm) 값에서 파생됩니다. 즉, 픽셀/mm = 1000 / (픽셀 피치(μm))입니다. 배율은 설정 창에 입력하거나 기하학적 요소(예: SFRplus의 막대 간격 또는 eSFR ISO의 수직 등록 마크 간격)에서 파생됩니다. 측정된 카메라 MTF( MTF 측정값)를 MTF div로 나누어 보정된(더 정확한) 측정값을 얻기 때문에 MTF div ( f )와 MTF 차트 투영값 ( f )을 상호 교환적으로 사용합니다.
나이 퀴스트 주파수(fNyq= 0.5 C/P)에서의 MTF div 값이 0.9(90%)보다 작으면 측정된 MTF를 MTF div 로 나누어 측정 정확도를 향상시킬 수 있습니다. MTF div ( fNyq )가 0.9 보다 크면 정확도 향상 효과는 미미합니다.
실제 계산(자세한 내용은 아래 참조)은 특정 용지 종류 및 인쇄 기술에 대한 측정 데이터의 매개변수 적합도가 포함된 파일을 사용하여 수행됩니다. 차트 보정을 적용하면 서로 다른 테스트 차트에서 측정한 MTF 값의 일관성이 향상됩니다.
렌즈 MTF 측정 – Imatest는 일반적으로 렌즈, 센서, 이미지 처리 기능을 포함한 전체 시스템의 MTF를 측정하지만, 많은 고객들이 렌즈 단독의 MTF 측정에 관심을 갖고 있습니다. 이를 위해서는 센서와 이미지 처리의 영향을 제거해야 합니다. 상용 파일의 경우 LibRaw를 , 바이너리 파일의 경우 Generalized Read Raw를 사용하여 RAW 파일을 변환하면 이미지 처리 과정을 최소화할 수 있지만, 이미지 센서의 영향을 제거하는 것은 더 어렵습니다. 센서 MTF를 정확하게 측정하는 것은 어렵지만(2018년 초 기준), 많은 상황(가시광선, 적당한 픽셀 크기)에서 기하학적 센서 MTF에 대한 간단한 이론식을 사용하여 합리적인 근사값을 얻을 수 있습니다.
여기서 f Nyq = 나이퀴스트 주파수 = 1/(2 픽셀 피치)입니다.
이 방정식이 유효하려면 센서에 안티앨리어싱 필터(OLPF)가 없어야 하고, RAW 이미지( LibRaw 또는 Read Raw 로 변환)를 사용해야 합니다. 카메라의 JPEG 이미지에는 필연적으로 신호 처리(선명도 향상 및 노이즈 감소)가 적용되어 결과에 영향을 미칩니다. 이 근사치는 가시광선 영역에서는 비교적 정확하지만, 실리콘 내 전자 확산으로 인해 MTF가 저하되는 근적외선(NIR) 영역에서는 정확도가 떨어집니다.
센서 픽셀 간격(일반적으로 마이크론 단위)과 배율 또는 배율 계산에 사용할 수 있는 매개변수(예: SFRplus의 막대 간 간격)를 입력하십시오.
평소처럼 분석을 실행하세요. 설정은 각 모듈별로 저장됩니다.
차트 보정된 에지 MTF 플롯입니다. 보정되지 않은 MTF는 마젠타 색 으로 표시됩니다.
차트 MTF 보상 파일
표에서 링크를 클릭하여 해당 매체 유형에 대한 차트 보정 파일을 다운로드하십시오. 파일을 편리한 위치에 저장하십시오. ( 차트 및 센서 MTF 보정 또는 옵션 II 메뉴에서 리소스 폴더 열기를 눌러 찾을 수 있는 Imatest 리소스 폴더에 저장하는 것을 권장합니다.) 파일에는 여러 줄이 있지만, 차트 보정에는 첫 번째 줄(아래 표의 주요 값 첫 번째 줄)의 숫자만 사용됩니다. 나머지 줄에는 주석(계산에 사용된 파일, 차트 MTF50 등)이 포함되어 있습니다. 일부 데이터는 비교적 오래된 것이므로 새로운 측정값을 사용할 예정입니다.
올바른 보정 기능을 활성화하셨습니다. 차트 및 센서 MTF 보정은 동일한 창을 공유하고 유사한 기능을 수행하지만 완전히 독립적입니다.
MTF 보정은 높은 공간 주파수에서 측정된 MTF 값을 증가시킵니다. 이는 종종 신호뿐 아니라 노이즈까지 증폭된다는 것을 의미합니다. 위 이미지는 캐논 EOS-6D DSLR로 촬영한 것으로, 이 카메라에는 나이퀴스트 주파수(약 3600 LW/PH) 이상의 응답을 대부분 제거하는 안티앨리어싱 필터가 장착되어 있어 이러한 현상이 확연히 드러납니다. 결과적으로 남는 것은 주로 노이즈입니다.
MTF 보상의 효과
다음은 Rescharts에서 별자리 차트 이미지를 실행한 일반적인 예입니다. 지표는 y축 레이블, 제목 및 Rescharts 창의 오른쪽 중간에 나타납니다. 보정 파일 이름(미디어 유형)은 아직 표시되지 않습니다. 플롯에 두 개의 추가 곡선이 나타납니다. 보정되지 않은 원래 MTF는 마젠타 색 점선으로 표시됩니다 .차트의 투영된 MTF( MTF 차트 투영)는 청록색 점선으로 표시됩니다 .
스타 차트의 MTF 보정 결과
이러한 측정을 할 때 주의해야 할 사항이 몇 가지 있습니다.
과도한 노이즈 증폭을 방지하려면 MTF 차트 투영값 ( 청록색 점선 .......... )이 관심 주파수 범위에서 너무 낮아지지 않아야 합니다(0.3 이하).
센서 MTF 보정을 통한 렌즈 MTF 근사 측정
렌즈 MTF 측정을 원하는 고객분들의 문의를 자주 받는데, Imatest는렌즈 MTF가 아닌 이미지 센서의 영향을 포함하는 시스템 MTF를 측정한다는 답변을 드릴 때마다 아쉬움을 금할 수 없습니다. 센서 MTF는 디컨볼루션, 즉 차트 MTF 보정에 사용되는 것과 동일한 나눗셈 과정(주파수 영역에서)을 통해 제거할 수 있지만, 신뢰할 수 있는 센서 MTF 데이터를 얻기는 어렵습니다. 하지만 정확한 센서 MTF 데이터가 없더라도 Imatest는 센서 MTF에 대한 부분적인(근사적인) 보정을 수행할 수 있습니다.
센서 MTF는 실제로 두세 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다.
픽셀 크기에서 파생된 기하학적 요소입니다. 해당 방정식은 다음과 같습니다. 여기서 f Nyq = 나이퀴스트 주파수 = 1/(2 픽셀 피치)입니다. 이 방정식은 f = 2fNyq , 즉 나이퀴스트 주파수의 두 배 에서 영점을 갖는다는 점에 유의하십시오. fNyq 에서의 센서 응답은 2/ π = 0.6366입니다.
실리콘 내부에서 빛이 확산되어 발생하는 전기적 결함으로, 크로스토크를 유발하여 MTF(변조 전달 함수)를 저하시킵니다. 이러한 저하는 측정하기 어렵습니다. 크로스토크는 센서 기술의 영향을 받으며, 장파장(근적외선 = NIR)일수록, 그리고 픽셀 크기가 매우 작을수록 심해집니다. 이에 대한 자세한 내용은 Adimec의 센서 MTF 관련 페이지를 참조하십시오.
(모든 카메라에 있는 것은 아니지만) 안티앨리어싱(AA) 필터는 광학 로우 패스 필터(OLPF)라고도 하며, 구형 DSLR이나 미러리스 카메라에서 흔히 볼 수 있습니다. AA 필터는 일반적으로 센서 앞에 장착되는 플라스틱 층으로 , 이미지를 흐리게 하여 앨리어싱(계단식 무늬 또는 모아레 현상)을 줄여줍니다. 앨리어싱은 선명한 렌즈를 사용할 때 f Nyq 이상의 조리개 값에서 강한 응답이 나타날 때 발생합니다. 니콘은 AA 필터가 있는 카메라와 없는 카메라의 성능을 비교한 좋은 자료를 제공하고 있습니다. AA 필터는 센서 MTF 응답에 미치는 영향이 매우 예측하기 어렵습니다. AA 필터 응답에 대한 응답 곡선이나 방정식은 아직 밝혀진 바가 없습니다. 다만, AA 필터는 f Nyq 이상의 조리개 값에서 응답을 크게 감소시키고, f Nyq 이하의 조리개 값에서도 어느 정도 영향을 미친다는 것은 확실합니다.
Imatest는안티앨리어싱 필터가 없는 카메라에서 렌즈 MTF의 기하학적 성분을 보정할 수 있습니다. 이 보정을 적용하기 전에 카메라에 안티앨리어싱 필터가 있는지 확인해야 합니다. 2015년 이전에 제작된 대부분의 DSLR 및 미러리스 카메라에는 안티앨리어싱 필터가 있습니다. 2015년 이후에는 화소 수가 충분히 높아(메가픽셀 수가 충분히 높아) 모아레 현상 발생 위험을 최소화하면서 안티앨리어싱 필터를 제거할 수 있는 카메라들이 많이 출시되었습니다. 안티앨리어싱 필터를 제거하면 단순히 메가픽셀 수 증가 이상의 카메라 선명도가 크게 향상되므로 카메라 사양이나 리뷰에서 이 사실이 언급되는 경우가 있습니다. 예를 들어, Wired의 Panasonic GX85 리뷰를 참조하십시오.
렌즈 MTF 보정을 적용하려면 위 그림과 같이 보정 창에서 '센서 MTF 보정 적용 ' 확인란을 선택하십시오.
이 결과는 실제 렌즈 MTF로 간주해서는 안 됩니다. 기껏해야 근사치일 뿐이며, 보정 없이 측정한 값보다는 실제 렌즈 MTF에 가깝지만, 결코 완벽하게 일치하는 것은 아닙니다.
Adimec 웹사이트 에는 "CCD vs. CMOS - 근적외선(NIR) 영역에서의 변조 전달 함수(MTF)"라는 페이지가 있는데, 이 페이지에서는 센서의 MTF가 일반적으로 이론적인 sinc( πf /( 2fNyq )) 모델보다 나쁜 이유, 특히 작은 픽셀과 근적외선(NIR) 파장(> 700μm)에서 이러한 현상이 두드러지는 이유를 설명합니다. 이 페이지에는 비교적 큰 픽셀을 가진 두 개의 Sony 센서, ICX674 (4.54μm 픽셀)와 IMX174 (5.86μm 픽셀)에 대해 나이퀴스트 주파수와 파장 간의 MTF 그래프가 있습니다. MTF는 700nm 이하에서 비교적 일정하며 이론값인 0.6366에 가깝습니다. 다만, 이 그래프를 얻는 데 사용된 방법은 명시되어 있지 않습니다.
부록. MTF 측정 차트
대부분의 사용자는 차트 품질을 직접 측정하지 않습니다. 위 링크 에서 Imatest 가 제공하는 차트 MTF 보정 파일 의 측정 결과를 사용할 것입니다. 따라서 이 부분은 건너뛰셔도 됩니다.
Imatest를 이용한 시험 차트 선명도 측정 설정
차트 MTF는 기울어진 모서리 이미지에서 측정됩니다.렌즈 테스트에 사용되는 것과 동일한 콘트라스트(일반적으로 4:1 또는 10:1) 로 다양한 매체(잉크젯 용지, 사진 용지, 흑백 또는 컬러 필름, 크롬 온 글래스)에테스트합니다. 이러한 매체는 투과성 및 반사성 모두를 포함하며, 넓은 범위의 선명도를 제공합니다.
차트를 적절한 배율로 촬영하고, 배율을 정확하게 측정하여 기록하십시오(파일 이름에 포함할 수 있습니다). 측정된 MTF가 카메라가 아닌 차트 자체에 의해 제한되도록 배율을 충분히 높여야 합니다. 이미지 처리의 영향을 최소화하려면 측정된 차트의 MTF50 값이 0.1 사이클/픽셀 미만이어야 합니다. 이를 위해서는 일반적으로 고품질 단렌즈가 필요합니다. 현재 저희는 소니 2400만 화소 APS-C 카메라에 캐논 60mm f/2.8 매크로 렌즈(어댑터 사용)를 장착하여 사용하고 있습니다. 캐논 매크로 렌즈는 기계식 배율 조절 방식을 채택하여 일정한 배율(잉크젯 차트의 경우 0.5배, 일반적으로 더 선명한 사진 차트의 경우 1배)을 유지할 수 있습니다. 하지만 이 구성으로는 크롬 온 글래스(CoG) 차트를 측정하기에는 적합하지 않습니다.
다음 설정으로 SFR 에서 이미지를 실행하세요. MTF 플롯 단위 = 사이클/객체 mm. 픽셀 크기 (소니 알파 A6000 등의 경우 3.88μm/픽셀) 배율 (일반적으로 ≤1). 캐논 60mm 매크로 렌즈를 선택한 이유는 눈금에서 배율을 직접 확인할 수 있었기 때문입니다. 수동 초점을 사용하여 원하는 배율을 설정한 다음, 맨프로토 454 마이크로미터 위치 조정 슬라이딩 플레이트를 사용하여 차트와의 거리를 조정하여 최적의 초점을 맞춥니다. ROI 감지 및 플롯 추가 평활화 옵션을 확인해야 합니다. 감마 값을 올바르게 설정해야 합니다(RAW 파일의 경우 1, 표준 색 공간 파일의 경우 약 0.5). 좋은 그래프를 얻으려면 최대 MTF 플롯 주파수를나이퀴스트 주파수의 0.5배 이하로 설정해야 합니다(값은 조정 가능). (이 설정은 결과에 영향을 미치지 않습니다.) 차트 MTF 보정 (나중에 사용됨)은 선택 해제해야 합니다. 설정 > ROI 옵션 에서 SFR ROI 필터링은'없음' 으로 설정해야 합니다. 잉크젯 차트에서 문제가 될 수 있는 가장자리 거칠기가 MTF 변동을 과도하게 유발하지 않도록 영역은 충분히 커야 합니다. 잉크젯 차트의 ROI 크기는 0.5배 확대 시 600x1000픽셀 이상일 수 있습니다(이것이 낮은 배율이 유리한 이유입니다).
LVT 컬러 필름의 MTF 차트입니다. 희석된 필름 현상액으로 인한 화학적 선명화 효과로 응답성이 향상됩니다. 설정이 올바르면 Imatest는 방정식에 대한 적합도를 계산합니다.
여기서 f는 사이클/객체 mm(C/Obj mm)의 단위를 갖습니다.
이 방정식은 다양한 곡선 형태에 적합하며, 오른쪽의 청록색 선 (____) 으로 표시된 것처럼 응답의 급격한 변화를 처리할 수 있습니다. 최적화 도구는 f ≤ MTF30, 즉 MTF가 0.3(30%) 미만으로 떨어지는 첫 번째 공간 주파수까지만 방정식을 데이터에 맞추는 데 사용됩니다.
a1 과 a2 는 메타데이터(이미지 분석 방법에 대한 정보)와 함께 파일에 저장됩니다.
결과는 명령 창에 표시되고 클립보드에 복사됩니다(마지막 ROI에 한함). 다음은 이 이미지에 대한 명령 창 텍스트 예시입니다.
--- 디컨볼루션에 사용되는 MTF 계수 x (클립보드에 복사됩니다)---
-0.01664, 0.05207, Ver-R -0.01670, -0.04956, Hor-T end_data MTF50{Ver-R), 측정값:, 19.06, 모델:, 19.35, C/Obj mm MTF50{Hor-T), 측정값:, 20.34, 모델:, 20.54, C/Obj mm 파일, C:\imatest\Data\SFR\Misc\Chart_compensation\Sony download\Uncertain orientation\SFRplus_LVT_157mm_00019.JPG 실행 날짜, 2019년 1월 12일 15:59:44 수정 날짜, 2018-11-05_17-46-40 (캡처 시점과 가장 가까움) 배율, 1 조리개 8.0 픽셀당 um, 3.88 방정식, MTF = exp(-x(1)*f-(x(2)*f).^2); f는 사이클/객체 mm 단위입니다.
파란색 으로 표시된 줄은 txt 또는 CSV 확장자를 가진 파일로 저장됩니다. (클립보드에 텍스트가 없으면 선택하여 복사할 수 있습니다.) 첫 번째 줄( -0.00968, 0.04781 )만 데이터를 포함하고 있으며, 나머지는 설정이 올바른지 확인할 수 있는 주석입니다.
카메라 MTF를 측정하기 위해Imatest는 이미지 센서에 투영된 차트 MTF( MTF chart_projected ) 를 계산하며, 이는 센서의 고유 단위인 사이클/픽셀(C/P)로 표현됩니다. 센서에 투영된 이미지의 공간 주파수는 차트(객체)의 공간 주파수를 배율로 나눈 값이므로,
픽셀/mm는 설정 창에 입력된 픽셀 피치(픽셀당 μm)에서 파생됩니다.
보정된 MTF에 대한 방정식은 다음과 같습니다.
MTF 차트 투영값은측정된 MTF를 나누는 데 사용되므로 MTF div 라고도 합니다. 분모의 최소값은 0.3보다 커야 하는데, 그보다 작은 값은 신뢰성이 떨어지고 과도한 노이즈 증폭을 유발할 수 있기 때문입니다. 투영된 차트 MTF가 0.3으로 떨어지는 주파수는 측정 대상 범위 밖, 즉 나이퀴스트 주파수 fNyq 이상이어야 합니다.
SFR플러스
eSFR ISO
