감도란 무엇이며 감도 명시가 오해를 불러일으키는 이유#
빛에 민감한 센서의 응답 곡선은 어두운 영역, 선형 영역, 포화 영역의 세 부분으로 나눌 수 있습니다.
전형적인 응답 곡선은 아래 그래프에 나와 있습니다.
응답 곡선에서 어두운 영역은 매우 낮은 조도에 대한 센서의 응답을 보여줍니다. 어두운 영역에서 센서의 출력은 매우 낮고 노이즈가 많으며 예측할 수 없습니다. 센서에 닿는 빛을 점차 늘리면 빛의 양이 증가함에 따라 센서 출력이 예측 가능하게 증가하기 시작하는 지점을 찾을 수 있습니다. 이 지점을 NEE(Noise Equivalent Exposure)라고 합니다.
NEE 지점에 도달한 후 센서의 출력은 선형이 됩니다. 출력은 SEE(Saturation Equivalent Exposure)라는 지점에 도달할 때까지 선형성을 유지합니다. 이 지점에서는 광 강도를 높이면 센서 출력이 비선형적으로 증가합니다.
센서 응답 곡선의 선형 부분 기울기를 일반적으로 민감도라고 하며 대개 V/µJ/cm² 단위로 측정합니다. 주어진 광량에 대해 센서의 출력 전압이 높을수록 민감도도 높아집니다.
그러나 센서 Quality가 단순히 민감도에만 좌우되는 것은 아닙니다. NEE 지점 역시 매우 중요합니다. NEE가 높은 센서는 낮은 조도 수준에서 "눈이 멀게" 되므로 NEE는 가능한 한 낮아야 합니다.
고려해야 할 또 다른 점은 디지털 카메라는 하나의 시스템이며 센서 민감도는 카메라의 출력 신호에 관여하는 여러 요인 중 하나일 뿐이라는 것입니다. 아날로그-디지털 컨버터 및 증폭기와 같은 카메라의 전자 장치도 출력 신호에 영향을 미칩니다.
Basler에서는 카메라의 "responsivity"가 카메라 성능을 더 잘 나타내는 척도라고 생각합니다. 또한 당사의 카메라는 디지털 방식이므로 responsivity는 DN/µJ/cm²(DN은 digital number를 의미함)로 표시해야 한다고 생각합니다. 아래 그래프는 responsivity 곡선을 보여줍니다.
대부분의 카메라와 마찬가지로 카메라가 gain 기능을 제공하는 경우 responsivity는 gain 설정에 따라 달라집니다.
또한 responsivity는 피크 대 피크, 신호 대 잡음비 같은 카메라 노이즈 측정값과 함께 명시될 때만 진정한 의미를 가집니다.
예를 들어 보겠습니다. 두 카메라를 비교하고 있으며 다음과 같은 사양을 가지고 있다고 가정해 보겠습니다.
카메라 1:
- Responsivity = 1 DN/µJ/cm²
- Noise = 2 DN(피크 대 피크)
카메라 2:
- Responsivity = 2 DN/µJ/cm²
- Noise = 5 DN(피크 대 피크)
언뜻 보기에 카메라 2는 responsivity가 더 높기 때문에 카메라 1보다 좋아 보입니다. 하지만 카메라 1에 gain 기능이 있는 경우 gain을 조절하여 responsivity를 2로 높일 수 있습니다. responsivity를 1에서 2로 두 배 높이도록 gain을 조절하면 노이즈도 두 배로 증가한다는 점을 명심하십시오. 이제 다음과 같은 상황이 됩니다.
카메라 1:
- Responsivity = 2 DN/µJ/cm²
- Noise = 4 DN(피크 대 피크)
카메라 2:
- Responsivity = 2 DN/µJ/cm²
- Noise = 5 DN(피크 대 피크)
어떤 카메라가 더 좋을까요? 이제 두 카메라 모두 responsivity가 같지만 카메라 1의 노이즈가 더 낮습니다. 카메라 1이 더 나은 선택이 될 것입니다.
이 모든 것을 통해 얻을 수 있는 교훈은 센서 감도만으로는 전체적인 성능을 파악할 수 없으며, 카메라를 비교할 때는 반드시 동일한 측정 기준을 사용해야 한다는 것입니다.