문제는 동적 범위(DR) 에 대한 글에서 DR을 카메라가 좋은 콘트라스트와 신호 대 잡음비(SNR)를 유지하는 노출 범위, 즉 장면(객체) 밝기 범위로 정의한다는 점입니다. 근본적인 문제는 장면 SNR을 계산하는 데 사용되는 밝기 잡음을 직접 측정할 수 없다는 것입니다. 장면 SNR은 측정 가능한 양(일반적으로 픽셀 단위로 측정되는 신호 S 와 N픽셀이라고 부르는 잡음)으로부터 도출되어야 합니다.
수학적 설명 — 대부분의 호환 가능한 이미지 파일에서 신호 S (일반적으로 픽셀 단위)는 장면(또는 객체)의 휘도와 선형적인 관계가 없습니다. S 는 장면 휘도 Lscene 의 함수입니다. 즉,
교환 가능한 이미지 파일은 S 에 감마 곡선을 적용하여 표시되도록 설계되었습니다.
디스플레이 감마는 일반적으로 2.2입니다.
널리 사용되는 sRGB 색 공간 의 경우 감마 값은 2.2에서 약간 벗어납니다.
f 인코딩은 때때로 L1/(디스플레이 감마)를 근사화하지만, 일반적으로는 하이라이트 부분에 "어깨" 영역(기울기가 감소하는 영역)을 포함하여 더 복잡한 구조를 가지며, 하이라이트의 "번아웃"을 최소화하여 영상 품질을 향상시키는 데 도움을 줍니다.
이제 장면의 밝기에 ΔLscene만큼의 교란, 즉 잡음 Nscene이 있다고 가정해 봅시다. 이 잡음으로 인해 신호 S 가 변화하는 값 ΔS 는 다음과 같습니다.
장면 L 에 해당하는 신호 S 의 표준 신호 대 잡음비(SNR)는 다음과 같습니다.
SNR 표준은 장면의 실제 모습을 제대로 반영하지 못하는 경우가 많은데, 이는 S 와 장면 길이(L) 의 기울기(dS/dLscene)에 크게 영향을 받기 때문입니다. 이 기울기는 L 의 범위 전체에 걸쳐 일정하지 않은 경우가 많습니다. 예를 들어, "어깨" 영역에서는 기울기가 감소합니다. 기울기가 낮으면 SNR 표준값이 높아져 장면을 제대로 나타내지 못하게 됩니다.
이러한 상황을 해결하기 위해 장면 자체와 동일한 SNR을 제공하는 장면 참조 노이즈 N scene-ref 를 정의합니다. 즉, SNR scene = L scene / N scene입니다 . 결과적으로 SNR은 SNR scene-ref가 됩니다. 장면의 모습을 훨씬 더 잘 표현하고 있습니다.
SNR scene-ref = SNRscene은 동적 범위(DR) 계산 의 핵심 요소이며, DR은 SNR scene-ref가 지정된 값 집합({10, 4, 1, 1} = {20, 12, 6, 0 dB})보다 큰 조명 범위로 제한됩니다. 이 값들은 각각 "높음", "중상", "중간", "낮음" 품질 수준에 해당합니다. (이러한 기준은 다소 낙관적인 것으로 나타났습니다.)
~의 함수로서 색상/톤 및 스텝차트 결과에 표시됩니다. (일반적으로 색상/톤이 더 많은 결과를 제공하고 대화형 모드 와 고정 배치 모드 모두에서 작동하므로 권장됩니다.) 이 그래프를 생성하는 데 사용된 데이터에서 파생된 결과이며, 좋은 결과를 얻으려면 (과도하게가 아닌 적당히) 평활화해야 합니다. JPEG 파일(카메라는 RAW 파일도 출력함)의 결과를 보여주는 이유는 하이라이트 부분에서 기울기가 감소하는 영역인 "어깨" 부분을 잘 나타내기 때문입니다.
인간 시각 관점: 조리개 값에 따른 노이즈 및 장면(또는 장면 참조) SNR인간의 눈은 상대적인 밝기 차이에 반응합니다. 그렇기 때문에 노출을 조리개 값(f-stop)이나 노출값(EV)으로 나타내는데, 이 값들이 1단위 변하면 노출은 2배로 변합니다. 눈의 상대적인 민감도는 베버-페히너 법칙으로 표현됩니다.  Δ L ≈ 0.01 L –또는– Δ L / L ≈ 0.01 여기서 ΔL은 눈이 구별할 수 있는 최소 밝기 차이입니다. 이 방정식은 근사치입니다. 실제 ΔL 은 밝은 영역에서 발생하는 시각적 간섭(플레어 광) 때문에 장면이나 인쇄물의 어두운 영역에서 더 커지는 경향이 있습니다. 카메라가 빛을 픽셀 레벨로 인코딩할 때, 감마, 톤 응답 및 관련 개념 에서 설명했듯이 장면의 대비가 일반적으로 변경됩니다. 낮은 대비로 인코딩하면 고대비 카메라보다 노이즈가 적고 신호 대 잡음비(SNR)가 더 좋습니다. 동적 범위는 장면을 기반으로 하므로 카메라의 인코딩을 제거해야 합니다. 그 결과를 장면 참조 노이즈 또는 SNR 이라고 하며, 단위는 휘도 레벨에 비례합니다. 노이즈를 f-스톱과 같은 상대적인 휘도 단위로 표현하는 것은 표준 픽셀 또는 전압 단위보다 눈의 반응에 더 가깝습니다. f-스톱 단위의 노이즈는 픽셀 레벨 단위의 노이즈를 f- 스톱당 픽셀 레벨 수로 나누어 구합니다. (우리는 습관적으로 "존"이나 "EV" 대신 "f-스톱"을 사용하지만, 어느 용어를 사용해도 무방합니다.) 1 f-스톱은 0.301 광학 밀도 단위와 같으며, 6.02dB(데시벨) = log2 (휘도)입니다. N f-stop은 f-stop 단위의 (로그) 단위로 나타낸 장면 노이즈이며, 장면 휘도 L scene 과 동일한 선형 단위를 갖는 선형 장면 노이즈 N scene 과 구별해야 합니다. 픽셀 단위 신호 = S 인 경우, 사용 여기서 N 픽셀 은 측정된 노이즈(픽셀 단위)이고 이는 장면 휘도(노출)에 대한 신호(픽셀 수준)의 미분값이며, f-스톱 단위로 측정된 휘도는 log 2 (휘도)입니다. ln(2) = 0.6931은 이전 Imatest 계산과의 하위 호환성을 유지하기 위해 삭제되었습니다. 휘도(노출)는 장면의 신호 레벨임을 참고하십시오. 이러한 계산의 핵심은 측정된 신호 S 와 잡음 N 픽셀 로부터 계산된 장면 참조 신호 대 잡음비(SNR)가 직접 측정할 수 없는 장면 N 픽셀 을 기반으로 하는 장면 SNR과 동일해야 한다는 것입니다. 장면 참조 노이즈에 대한 방정식, 이를 통해 가능해집니다. 직접 계산해야 합니다 위에 나와 있습니다. 스텝차트 , 컬러/톤 인터랙티브 , 컬러/톤 자동 모드에서는 조리개 값에 따른 노이즈 또는 장면 참조 SNR(비율 또는 dB로 표시) 중에서 선택할 수 있습니다. 장면 참조 SNR은 톤 응답 곡선의 기울기가 감소함에 따라 감소합니다(이는 종종 어두운 부분의 플레어 현상으로 인해 발생합니다). 오른쪽 위 이미지는 조리개 값 사이의 픽셀 간격(따라서 d(픽셀)/d(조리개 값))이 밝기가 감소함에 따라 줄어드는 것을 보여줍니다. 이로 인해 밝기가 감소할수록 조리개 값 노이즈가 증가하며, 이는 위 그림에서 확인할 수 있습니다. 조리개 값에 따른 노이즈와 장면 기준 신호 대 잡음비(SNR)는 장면 밝기의 함수이며, 이미지 신호 처리나 플레어 광으로 인한 흐림 현상과는 거의 무관하기 때문에 실제 카메라 성능을 나타내는 훌륭한 지표입니다. 이러한 지표들은 Imatest 동적 범위 측정 의 기초가 됩니다 . |