Star Chart 로 MTF 측정시 유의점

Star Chart를 이용한 MTF 측정에서 촬영 거리는 중요한 변수이며, 일반적으로 표준화된 측정 방식이 있다. 다음과 같은 방식으로 촬영 거리의 표준화 및 정량화가 이루어진다.

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1. ISO 12233 표준을 따른 촬영 거리

ISO 12233는 해상력 테스트 차트(예: Star Chart)를 이용한 MTF 측정 방법을 정의하는 표준이다. 이 표준에서는 차트와 카메라 간의 거리를 렌즈의 초점거리(f) 와 센서 크기에 따라 정하는 것이 일반적이다.

(1) 촬영 거리 기준

• 일반적인 기준:
  • 촬영 거리는 차트의 크기 및 센서 크기에 비례하여 설정
  • 초점거리(f)와 센서 크기에 따라 적절한 거리를 결정
• ISO 12233에서 제안하는 차트 크기 대비 촬영 거리 공식​
  • D : 카메라-차트 거리
  • C : 센서 대각선 크기의 배수 (보통 26배~50배)
  • H : 차트 높이
  • h : 센서 높이
  • D = C x H / h

즉, 센서 크기와 차트 크기를 고려하여 일정한 거리에서 촬영하도록 한다.

(2) Star Chart 촬영 시 고려할 점

• FOV(Field of View)를 기준으로 차트 크기 설정
  • 차트는 카메라 FOV 내에 적절히 들어오도록 조정해야 함
• 차트 해상도가 충분히 높은지 확인
  • 차트의 패턴 해상도가 카메라 해상력을 충분히 초과해야 함
• 차트의 해상력 대비 촬영 거리 설정
  • 너무 가까우면 광학계의 왜곡 및 샘플링 부족 문제 발생
  • 너무 멀면 센서 해상도 한계로 인해 측정이 부정확해짐

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2. MTF 측정을 위한 권장 촬영 거리

촬영 거리는 주어진 렌즈의 초점 거리와 센서 크기에 따라 조정된다.

(1) 단일 초점 거리 렌즈의 경우

• 표준 거리: 렌즈 초점 거리의 30배~50배
  • 예: 50mm 렌즈라면 1.5m ~ 2.5m 거리에서 촬영

(2) 줌 렌즈의 경우

• 특정 초점 거리에서 위의 기준을 적용
• 광각-망원 전 구간에서 동일한 MTF를 얻으려면, 각 초점 거리에서 적절한 거리 설정 필요

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3. 실험 환경을 일정하게 유지하는 방법

• 광원 제어: 균일한 조명을 제공하여 조도 변화에 따른 MTF 편차 최소화
• 차트와 카메라 정렬: 정확한 축 정렬(광축 일치) 필요
• 이미지 센서 및 후처리 설정 고정: 노이즈 감소, 샤프니스 보정 등의 영향 방지

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요약

Star Chart를 이용한 MTF 측정에서 촬영 거리는 ISO 12233 표준을 참고하여 센서 크기와 차트 크기에 맞게 설정하는 것이 좋다. 일반적으로 초점 거리의 30배~50배 거리에서 촬영하면 표준화된 MTF 비교가 가능하다.

실험 목적에 따라 촬영 거리를 표준화하고 유지하는 것이 중요하며, 차트 크기와 FOV를 고려하여 적절한 거리에서 측정하는 것이 바람직하다.

 

스마트폰에서의 MTF 측정을 위한 Dimension

1. 대표적인 스마트폰 카메라/센서 GN5  ( 1um 2PD ISO-Cell ) 경우

- Resolution : 81.60x 61.44K = 50M (4:3) 
- 센서 크기 : 가로 8.19mm, 세로 6.14mm, 대각선 10.19mm

- Optical Format : 1/1.57" = 0.63" =16.2mm (1/1.57 x 16 = 10.19)
- f-number : 1.91

- 초점거리 (effective focal length) : 5.59mm

 환산 초점거리는 Crop factor = Full-frame diagonal (35mm)/Sensor diagonal 로 43.3/10.19 = 4.25

 환산 초점거리 = 5.59mm x 4.25 = 23.8 mm

- 유효구경 : F=f/d 에 따라 5.59mm/1.91 = 2.92mm ~ 3mm

- 화각 (FOV) : 2 arctan(sensor diameter / 2 focal length) = 2 x arctan(10.19/(2 x 5.59)) ~ 85도

   FOV: Field of View (35mm 경우 63.4도)

 

2. MTF 측정시 조건

- Chart 와 카메라 거리 : 10mm x 30~50 = 30cm ~ 50cm : 40cm

- 렌즈와 센서 거리 : 1/f = 1/ so + 1/si  -> si = ( 1/f - 1/so )**-1 : 5.669 mm

-  확대율 = so/si = 71.5

- 차트의 높이는 43cm 보다 작아야 센서 (6.14mm) 안에 이미지를 다 담을 수 있음.