MTF 측정에 적합한 테스트 차트

차트 품질 계산기 – 특정 용지 및 인쇄 방식에 대한 MTF 측정값을 기반으로 특정 용도에 적합한 차트인지 여부를 판단합니다.

카메라 MTF(선명도)를 측정하기 위해 테스트 차트를 사용하는 경우( Imatest 측정의 상당 부분이 여기에 해당됨), 차트가 MTF를 안정적으로 측정하기에 충분히 좋은지 확인해야 합니다. "충분히 좋다"는 것은 이미지 센서에 투영된 차트의 MTF가 MTF 측정값(당연히 차트와 카메라 모두 포함)에 미치는 영향이 최소화된다는 것을 의미합니다. 일반적으로 기존 Imatest 권장 사항을 충족할 만큼 충분히 큰 차트의 경우 이러한 조건이 충족됩니다. 그러나 특히 공간이 제한적인 경우처럼 차트가 권장 한계를 넘어서는 상황이 발생할 수 있으며, 이러한 조건에서 차트가 얼마나 잘 작동하는지 알아야 합니다. 차트가 권장 한계를 크게 벗어나지 않는다면 MTF 보정을 적용할 수 있습니다.

이 페이지에는 잉크젯, 사진 용지(반사형), 사진 필름(투과형) 등 여러 표준 테스트 차트 매체에 대한 차트 MTF 적합성 표시가 포함되어 있습니다.

렌즈 선명도에 대한 암묵적인 가정 - 선명도가 제한적일 때 해야 할 일

이 페이지의 계산은 렌즈가 픽셀 수준에서 선명한 이미지를 생성할 수 있다는, 즉 실제로는 잠재력을 최대한 발휘하지 못하더라도 선명한 이미지를 생성할 가능성이 있다는 가정을 암묵적으로 전제로 합니다. 특별한 이유가 없는 한, 일반적으로 이 가정은 무시합니다. 하지만 렌즈가 선명한 이미지를 생성할 수 없는 경우에는 차트 요구 사항을 완화할 수 있습니다.

"픽셀 수준에서 선명한 이미지"란 무엇을 의미할까요? 10년 이상의 경험을 바탕으로, 저(NLK)는 "선명한" 렌즈란 나이퀴스트 주파수 ( _fNyq = 0.5 사이클/픽셀)에서 MTF가 0.3(30%)에 도달할 수 있는 렌즈라고 추정합니다.

렌즈의 선명도는 고품질 렌즈에서 제어할 수 있는 수차 와 빛의 파동적 성질에서 비롯되는 근본적인 물리적 한계인 회절 에 의해 제한됩니다. 회절이 발생하는 차단 주파수는 다음과 같습니다. 여기서 λ 는 파장으로, 일반적으로 555nm = 0.000555mm(황록색, 눈이 가장 민감한 파장대)이고, N 은 렌즈 조리개 값(F-넘버)입니다.

대부분의 렌즈에서 회절 한계는 _fNyq 보다 훨씬 높기 때문에 테스트 차트 적합성 계산에서 무시할 수 있습니다. 하지만 일부 새로운 센서(예: 0.7 마이크론 픽셀을 가진 108MP 삼성 ISOCELL HM2 )의 경우에는 그렇지 않을 수 있습니다.

회절을 처리하는 절차를 개발하면서, 회절 한계 MTF가 지정된 값( _MTF = nn %)과 같아지는 상대 주파수가 간단한 분수라는 점에 주목합니다.

픽셀 크기 p 의 경우,

테스트 차트 요구 사항 완화 — 만약 센서 높이(픽셀 단위, 아래 그림의 왼쪽 y축)에 를 곱합니다. 이렇게 하면 권장 차트 크기가 줄어듭니다. 만약 그대로 두십시오. 108MP ISOCELL HM2 센서의 예는 아래 예시 2를 참조하십시오.

다음 표는 차트 보정 사용 경험을 바탕으로 작성되었으며, 차트 품질을 결정하는 핵심 지표는 나이퀴스트 주파수 ( _fNyq = 0.5 사이클/픽셀)에서 이미지 센서에 투영된 차트 MTF입니다.

품질 수준은 나이퀴스트 주파수( fNyq = 0.5 사이클/픽셀)에서의 MTF를 기준으로 합니다 _.

MTF @ f _Nyq	품질	설명
MTF _Nyq ≥ 0.90	훌륭한	차트 보정은 불필요하며 정확도를 향상시키지 않습니다.
0.70 ≤ MTF _Nyq < 0.90	좋은	차트 보정은 권장되지만 선택 사항입니다. 정확도를 향상시킵니다. MTFNyq = 0.77은 기존 *Imatest* 차트 크기 권장 사항에 해당합니다.
0.50 ≤ MTF _Nyq < 0.70	필수	정확한 결과를 얻으려면 차트 보정이 필요합니다.
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 표시값은 Imatest 5.2+ 의 차트 품질 계산기 에서 계산되며, 특정 카메라 시스템에 대한 MTF 측정에 차트가 적합한지 판단하는 데 권장됩니다.

이 페이지에서 차트 MTF 적합성 표시 결과를 사용하기 위해 Imatest를 설치할 필요는 없습니다.

이는 차트 적합성을 판단하는 데 단 세 가지 항목(파일 하나와 매개변수 두 개)만 필요하다는 개념에 기반합니다 .

차트 보정 파일에는 특정 인쇄 기술(잉크젯, 사진 용지, 사진 필름 등)에 대한 차트 MTF 모델이 포함되어 있습니다.
수직 시야각(VFoV)
센서의 세로 픽셀 수(Vpix)

차트 보정 파일이 있고 VFoV와 Vpix를 알고 있다면 차트 적합성 표시를 통해 차트 적합성을 쉽게 판단할 수 있습니다. 각도 시야각, 렌즈-차트 거리, 센서 높이, 픽셀 피치와 같은 다른 모든 매개변수는 항목 2와 3을 계산하는 데에만 사용됩니다.

이 방법은 배럴 왜곡이 적은 직선형 이미지에만 적용됩니다. 배럴 왜곡이 심한 어안 렌즈의 경우에는 수정이 필요합니다. 일관성을 유지하는 한, 세로 치수 대신 가로 치수를 사용할 수 있습니다.

Imatest 에서 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 작성 전용입니다. 오른쪽 y축의 메가픽셀 스케일에 사용되는 화면비는 오른쪽에 있는 작은 드롭다운 메뉴에서 4:3, 3:2 또는 16:9로 설정할 수 있습니다.

이 페이지에는 여러 인쇄 기술의 일반적인 샘플 결과가 나와 있습니다.

차트 적합성 수치를 사용하여

이미지 자체 또는 이미지 센서 사양에서 세로 픽셀 수를 확인합니다. 이는 왼쪽 y축의 픽셀 단위 높이 입니다.
오른쪽 y축의 메가픽셀 수는 선택한 화면비(아래 그림은 3:2)에 대해 왼쪽 y축의 센서 높이(픽셀 단위 )에 해당함을 참고하십시오.
x축에는 수직 시야각(V-FoV)이 센티미터 단위로 표시됩니다. 일반적으로 프레임을 가득 채우도록 설계된 차트( SFRplus , eSFR ISO , Checkerboard 등 )의 높이보다 약간 더 큽니다. Spilled Coins , Siemens Star , Log F-Contrast 차트는 고해상도 카메라에서 프레임을 가득 채우도록 설계 되지 않았 으며, 수직 픽셀 수가 약 2000개를 넘지 않아야 합니다. 따라서 이러한 차트의 경우 V-FoV가 차트 높이보다 훨씬 큰 경우가 많습니다.
대각선은 센서에 투영된 차트 이미지의 MTF@ _fNyq 값 을 나타냅니다( 카메라 MTF 측정 보정 에서 설명한 측정 결과 ) . 이 차트를 사용하는 데에는 자세한 내용을 알 필요가 없습니다.
색상은 위의 품질표 에 있는 색상과 일치합니다 . 즉, 녹색 (오른쪽 아래)은 우수하고, 노란색은 MTF 보정이 필요하며, 분홍색 (왼쪽 위)은 사용 불가능합니다. (Matlab의 x축과 y축에 사용된 지수 표기법은 제가 선호하는 방식은 아닙니다. ^10⁰ = 1, ^10¹ = 10, ^10² = 100 등입니다.)
센서 높이(픽셀)를 확인하려면 원하는 품질 수준을 선택한 다음 해당 품질 수준의 대각선에 해당하는 권장 V-FoV(객체 높이)를 찾으십시오. 또는 차트 크기를 선택하고 해당 세로선이 센서 높이(픽셀)의 가로선과 교차하는 지점을 찾으십시오.
예시 1: 3:2 화면비에서 13.5MP에 해당하는 3000픽셀 센서 높이와 무광 잉크젯 차트(아래) 의 경우,
1. 탁월한 화질(보정 불필요)은 수직 시야각(V-FoV) 110cm에 해당합니다.
2. Imatest의 기존 권장 사항(계산 선택 사항)은 V-FoV = 54cm입니다.
3. 최소 권장 V-FoV(보정 필요) = 27cm.
예시 2: 108MP(픽셀 높이 = 9000) 삼성 ISOCELL HM2( 픽셀 크기 0.7 마이크론, f/2 조리개, N = 2)의 경우, 나이퀴스트 주파수 _fNyq = 1/(2×0.0007mm) = 714.3 cy/mm입니다. 차단 주파수는 _fcut = 1/( λN ) = 900.9 cycles/mm이지만, MTF가 0.3(30%)이 되는 주파수는 _f30 = 0.585/( λN ) = 527.0 cy/mm로 나이퀴스트 주파수보다 훨씬 낮습니다. 따라서 _f0.3 / _fNyq = 0.738이므로 센서의 픽셀 높이는 0.738×9000 = 6642입니다.
(수정된) 기존의 V-FoV(차트 높이) 권장치는 100cm이며, 수정 전 권장치는 160cm입니다.

반사형 차트

잉크젯 무광 표면

무광 잉크젯 필름 적합성 차트입니다. 이미지를 클릭하면 전체 크기로 볼 수 있습니다. 최근 고품질 잉크젯 프린트에서 흔히 볼 수 있는 MTF 보정 파일을 다운로드하십시오. Good_Inkjet_2019_DSC00074_JPG.txt — **무광 잉크젯 필름 적합성 차트입니다.** 이미지를 클릭하면 전체 크기로 볼 수 있습니다.
최근 고품질 잉크젯 프린트에서 흔히 볼 수 있는 MTF 보정 파일을 다운로드하십시오.
Good_Inkjet_2019_DSC00074_JPG.txt

흑백 사진 용지 차트

흑백 LVT 필름 적합성 차트입니다. 이미지를 클릭하면 크게 볼 수 있습니다. MTF 보정 파일인 eSFR_97.6mm_photo_composite_00037_38_JPG.txt 를 다운로드하십시오. — **흑백 LVT 필름 적합성 차트입니다.** 이미지를 클릭하면 크게 볼 수 있습니다.
MTF 보정 파일인 eSFR_97.6mm_photo_composite_00037_38_JPG.txt 를 다운로드하십시오.

투과형(백라이트) 차트

컬러 LVT 필름

흑백 LVT 필름

흑백 LVT 필름 적합성 차트입니다. 이미지를 클릭하면 크게 볼 수 있습니다.
MTF 보정 파일( BW_LVT_film_MTF_compensation_old.csv )을 다운로드하세요.

흑백 LVT 필름을 사용한 예시: 12 ×20인치 필름 에 인쇄된 표준 흑백 LVT 차트는 27cm의 수직 시야각(Field of View )을 갖도록 설계되었습니다 . 27cm(x축)는 센서 높이가 5500픽셀(왼쪽 y축) 또는 3:2 화면비에서 4500만 화소(오른쪽 y축)일 때 MTF@Nyquist = 0.9( 아래 녹색 대각선 )에 해당합니다. 이처럼 높은 품질 수준에서는 MTF 보정이 필요하지 않습니다. 차트를 MTF@Nyquist = 0.7( 올리브색 대각선 )까지 높이면 여전히 양호한 품질이지만 MTF 보정이 필요하게 되며, 이때 센서 높이는 8500픽셀(3:2 화면비에서 약 1억 화소)이 됩니다.

부록: MTF 차트 및 적합성 계산

차트 MTF는 적절한 명암비(4:1~10:1)를 가진 인쇄된 경사 가장자리를 사용하여 측정하며, 측정 방법은 부록 의 "카메라 MTF 측정 보정"에 설명되어 있습니다. 차트 MTF 측정의 공간 주파수 단위는 cycles/object mm , 즉 차트 상의 밀리미터당 사이클 수입니다(대부분의 Imatest 측정에서처럼 센서 상의 사이클 수가 아님). 측정에 대한 몇 가지 세부 정보는 다음과 같습니다(자세한 내용은 부록 참조 ).

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) 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. 해당 함수는 다음과 같습니다.

f 는 사이클/객체 mm(C/Obj mm) 단위입니다.

이 함수는 관측된 차트 MTF 측정값의 광범위한 범위와 일치합니다.

예상 차트 MTF

차트가 센서에 투영(이미지화)될 때, 공간 주파수 단위는 센서의 고유 단위인 사이클/픽셀(C/P)로 변환되어야 합니다. 변환 방법은 다음과 같습니다.

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 기하학적 요소(예: SFRplus의 막대 간 간격 또는 eSFR ISO의 수직 등록 마크 간격)에서 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, 즉 어안 렌즈 이미지가 아닌 경우)의 경우 다음과 같습니다.

그리고

그러므로 우리는 이렇게 말할 수 있습니다.

이 공식은 해도 적합성 표시에서 사용됩니다.

어안 렌즈(심한 배럴 왜곡이 있는 렌즈) 는 이미지 중심에서 멀어질수록 배율이 감소하기 때문에 문제가 됩니다. 차트 적합성 표시를 사용하려면 중심에서의 배율을 기반으로 일종의 "가상 수직 시야각(FoV)"을 만들어야 합니다. 다행히 어안 렌즈는 의료용 내시경을 제외하고는 초근접 촬영에 거의 사용되지 않으므로 이 작업은 그리 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.

VVFoV는 실제 물리적 FoV 보다 훨씬 클 수 있습니다.