ISO 5-3 농도 측정 - 스펙트럴 조건 - Density Status 1

kiio -
ISO 5-3 의 해설이므로 누락하거나 부정확할 수 있습니다.

Photographic Recording Media(사진 기록 매체) 평가에는 여러 종류의 농도 측정 Type이 있다. (측정 방식에 따라 광원과 수신기가 변화함). Type은 Status A, Status M, Status T 등등을 가리킨다. 평가 계산의 대상은 10nm 간격의 파장을 LogAlgorithmic Spectral Product 알고리즘으로 정의.

먼저, 분광 곱 n값은 10 나노미터 간격으로 측정한 농도계의 입사광 스펙트럼 S값과 수신기의 상대 분광 응답 s 값을 각 파장 영역마다 곱해서 산출한다.

분광 곱 n 값 산출식:

\( n = s \cdot S \)

이렇게 계산한 분광 곱들은 정규화(Normalized) 작업으로 최대 피크 값이 100,000 이 되도록 조정한다. (최대 피크와 함께 맞춰 나머지들도 비례해서 조정.)

로그알고리즘은 base 10 설정으로 \(log_{10}\) 계산을 명시하고 있고, 다양한 분광 농도 유형을 정의하는데에 사용하고 있다.

ISO Visual Density

\(D_T(S_H : V_T), D_R(S_A : V)\)

ISO 시각적 농도는 ISO 5 시리즈에서 사람이 보는 시각 기준으로 설계가 필요하다고 소개한 바 있다. 설계에 사용하는 농도 측정 방식을 설명하고 있다.

  • \(S_A`\): 장비의 분광 응답
  • \(V\): 인간 시각 밝기 효율 곡선을 의미

시각 농도 측정은 눈으로 보거나, 프로젝트로 투사해서 보는 이미지의 어두움을 평가한다. 사람의 눈으로 느껴지는 밝기, 대비, 어두운 것을 수치화 하였다고 본다. 이러한 측정은 주로 흑백 이미지에서만 사용했으나, 다른 유형의 컬러 이미지에서도 적용할 수 있다.

1. Reflection Density

반사 농도에서는 수신기(Receiver)의 전체 분광 감도(Spectral Sensitivity)와
발산섹터(efflux section), 농도계(Densitometer) 구성 요소의 분광 특성이
사람의 주간 시각(Photopic Vision)인 분광 광효율 함수 \(V(\lambda)\)과 일치해야 한다.

수신기는 측광기, 수광부의 스펙트럼 감도이다.
발산 섹터(efflux section)는 장비에서 나오는 텅스텐에서 나오는 빛을 의미하는 것 같다. (optical efflux)

V(\(\lambda\))와 \(S_A`\) 표준 광원 A의 분광 파워 값을 파장별로 곱한 결과는
전체 농도계에게 ISO Visual 제공으로 갖추어야 할 분광 곱으로 정의한다.

즉, 농도계가 사람 눈과 조명 조건을 모두 모사한 설계가 필요하고 측정기 전체의 시각적 농도 요구 스펙트럼의 특성으로 규정이 필요함. 장비의 응답이 \(V(\lambda)\) 맞게 교정해야 ISO 시각 농도 값을 구할 수 있는 것이다.

Visual + CIE Illuminant A 곱 수식:

\(n = S_A \cdot V\)

계산한 분광 곱의 (\(log_{10}(n)\)) 값들은 ISO 5-2 테이블 2에서 제공하고 있다.

2. Visual Transmission Density

시각적 투명 농도는 앞에서 소개한 반사 농도 측정에 사용한 곱 수식과 같다.
그리고 한가지 주의점이 있다. 시료의 입사되는 광이 통과되므로 이로 인해 광원이 달라 측정이 달라진다. 수신기(Receiver)는 분광 감도 \(V_T\)가 그 차이를 보정해야 한다.

파장 간격마다 조건 성립되도록 조정한 식이다. (10nm)

\(n = S_H \cdot V_T\)

\( S_H \cdot V_T = S_A \cdot V \)

국제 표준 5-3 에서는 도출된 시각적 V에 대한 중간 계산과 방법에 대해서는 명시하지 않고 있습니다.

인화 농도

인화 농도는 연속된 톤을 가진 이미지를 인쇄지로 인화할 때에 인화물의 밝기와 명암이 영향에 대한 설명이다. 투명 농도와 다른 특수 조건에 정의된 농도이다.

인화 농도를 측정 시에는 다음의 분광 조건이 농도 측정에 영향을 받는다.

  • 조명(Illuminant)의 분광 파워 분포도 (Spectral Power Distribution)
  • 광학기기(렌즈, 필터 등등)의 분광 특성(Spectral Characteristics)
  • 인화물의 분광 감도 (Spectral Sensitivity)

이전에 이야기한 농도들은 빛을 통과시키는 것이었지만, 인화지는 다른 조건들로 인한 영향을 받아 측정된다.

필름 종류 샘플의 컨택-인화 농도는 Spectrally Non-Selective Modulator 물질이 인화와 동일한 노출(또는 밝기) 효과가 발생하면 투명 농도와 동일하다.

투사 인화(Projection-Priting) 에서는 실제 프로젝터를 사용해 인화지 위에 투사되어 인화가 이루어진다. 이 역시 Spectrally Non-Selective Modulator 같은 프로젝터의 노출, 램프 시간이 동일한 조건으로 컨택-인화해야 한다.

일부 특수 농도계(Densitometer)에서는 광원(Light Source)과 감쇠필터(Attenuator), 검출기(PhotoDetector)를 적절한 상황에 선택해 특정한 인화지에 대한 인화 농도를 직접 측정할 수 있도록 설계한다.
즉, 장비 자체가 해당 인화지에 최적화하여 인화 농도를 측정해야 한다.

그렇지만, 일반적인 상용 농도계(Commercial Densitometer) 측정 값은 회귀분석(Regression Analysis)을 통해 인화 농도로 변화하는 수식을 만들어 낸다.

특수한 장비를 쓰지 않아도, 측정 값과 인화 결과 간에 수학적 모델링하여 인화 농도를 간접적으로 계산이 가능하다.

ISO Type 1의 인쇄 농도(Printing Densty)

ISO Type 1 수식: \( D_T(S_H : S_1)\)

ISO 에서 정의된 첫 번째 인쇄 농도 측정 방식으로 마이크로필름(diazo, vesicular film)에 적용하였다.

오래 전, 디아조(Diazo) 필름과 베시큘러(Vesicular) 필름은 마이크로 필름 산업에서 널리 사용하였다고 한다. 카메라 원본 이미지를 인쇄물 복제 생성에 재료로 사용하고. 이러한 인쇄용 필름은 청색(Blue) 과 자외선(UV) 약 400nm 파장 영역에서 반응하여 빛의 감광성(Sensitivity) 갖고 있다. 이러한 필름들은 고압수은등(high-pressure mercury lamp) 광원을 사용한 프린터로 노출하였다. 필름들의 광원 조합 조건의 400 nm 중심의 Narrow-Band(협대역?좁은 대역?) 필터를 사용한 농도계(Densitometer)로 원본 이미지를 판독 시, ISO Type1 인쇄 농도 값을 구할 수 있다. 대역 필터로 측정한 Type1 농도 표준 값이 400nm 대역으로 간주하였다. 인쇄용 필름의 유효 스펙트럼 감도를 \( s_p\) 로 나타나였다.

만약 로그 스펙트럼의 곱값 \(log_{10}n_1\) 과 동일한 특성을 갖고 있는 농도계로 판독 시 Type 1 농도 값이 나타나면 Typ1 1 인쇄 농도로 분류하고 해당 필터/응답한 농도계는 Type 1 표준기로 인정한다.

허나, Type 1 이상적인 기준이고, 농도계가 정확한 인쇄 농도를 측정에는 필름의 감도 특성과 프린터 광원의 스펙트럼, 기하학적인 배광 조건에 따라 다르므로 오차가 발생한다.

ISO Type 2의 인쇄 농도(Printing Density)

ISO Type2 수식: \( D_T(S_H : s_2) \)

은염 기반의 흑백 인화지 필름에 대한 ISO 인쇄 농도 이야기이다. (컬러X)

컬러 감광 되지 않은(non-colour-sensitized) 은염 사진 재료, 흑백용 인화나 필름에 인쇄를 수행 할 때에는, 정의한 ISO Type 2 로그 스펙트럼 곱 값(\(log_{10}n_2\)) 농도계가 정의되어 있다. 이러한 값은 360 nm 지점에서 급격히 차단되는 자외선 흡수 필터(UV-cut filter) 적용한 상태로, 인화 재료의 평균 스펙트럼 감도를 사용하여 도출에 성공하였다. 인화 재료 감도 곡선은 UV 차단 필터되어야 하는 조건이 있다. 이후 UV-Cut으로 얻은 수정 감도 함수 \(s_2\) 으로 지정한다.

이 UV-Cut 필터는 프린팅 시스템에서 광학적 요소(렌즈 등)로 인해 달라지는 스펙트럼 변동 효과를 줄이는데 사용한다. 그 뿐 아니라 은입자(Silver Deposits)가 약 320nm 대역에서 강한 자외선 흡수대(absorption band) 가지므로 이 영향을 억제하는목적이 있다.

인화 재료의 감도 함수 \(s_2\)와 광원의 상태 스펙트럼 분포(Relative SPD) 파장마다 곱하면 인쇄 농도 값 산출에 필요한 스펙트럼 곱(Spectral Product) 구할 수 있다. 필름감도와 조명SPD 곱한 것이 스펙트럼 특성의 기준 값이 된다.

ISO Type 2의 인쇄 농도(Printing Density)

ISO Type2 수식: \( D_T(S_H : s_3) \)

ISO Type 3 Density는 800nm 근적외선(NIR) 대역에서의 감광형 은염 기반 농도 측정 기준을 다루고 있다. 근적외선 감지 소자(S1과 실리콘포토다이오드) 측정 기준도 포함한다.

3성분 감산 혼색 컬러 필름(CMY 염료, 은, 금속 염) 사용한 광학 사운드 레코드는 영화 사운드 재생(Optical Sound Track)으로 사용되고 있다. 이러한 것들은 S-1 포토서피스와 실리콘 포토 디텍터 감응을 기준으로 재생한다. 800nm 중심 파장을 갖고 있는 내로우밴드(협대역?좁은 대역?) 필터를 사용한 농도계가 이러한 사운드 필름의 품질 감시 와 측정에 효과적인 것이 입증되었다. 근적외선 대역 측정 장비로 이러한 필름 사용에 적합하다.

이러한 측정 시스템의 유효 스펙트럼 감도는 \( s_3\) 표시하고 Type 3 감도 곡선이 된다. 추가로 다음 특성을 가진 농도계는 측정 값 Type 3 농도로 규정한다.

규정된 Type 3 농도 필터

  • 중심 파장: 800nm +- 5nm
  • 대역폭(Bandwidth): 20nm
  • 전체 응답의 80% 이상 20nm 대역 내로 포함되어야 하고, 800nm 근처 좁은 대역의 정확한 근적외선 응답을 가짐.

대역폭 한계는 스펙트럼 곱값 최대치의 1/2 파장 지점들 사이로 정의한다.