감도란 무엇이며 감도 관련 설명이 오해를 불러일으키기 쉬운 이유#
광감응 센서의 응답 곡선은 어두운 영역, 선형 영역, 포화 영역의 세 부분으로 나눌 수 있습니다.
대표적인 응답 곡선은 아래 그래프에 나와 있습니다.
응답 곡선의 어두운 영역은 매우 낮은 조명에 대한 센서의 반응을 보여줍니다. 어두운 영역에서의 센서 출력은 매우 낮으며 노이즈가 많고 예측할 수 없습니다. 센서에 도달하는 조명을 점차 증가시키다 보면 광량이 증가함에 따라 센서 출력이 예측 가능하게 증가하기 시작하는 지점을 찾을 수 있습니다. 이 지점을 소음 등가 노출(NEE: Noise Equivalent Exposure)이라고 합니다.
NEE 지점에 도달한 후 센서 출력은 선형성을 띱니다. 포화 등가 노출(SEE: Saturation Equivalent Exposure)이라는 지점에 도달할 때까지 출력은 선형적으로 유지됩니다. 이 지점에서는 광 강도를 높이더라도 센서 출력이 비선형적으로 증가합니다.
센서 응답 곡선에서 선형 부분의 기울기는 일반적으로 민감도라고 하며, 보통 V/µJ/cm² 단위로 측정됩니다. 주어진 광량에 대해 센서의 출력 전압이 높을수록 민감도가 더 높습니다.
그러나 센서 Quality는 민감도가 전부가 아닙니다. NEE 지점 또한 매우 중요합니다. NEE가 높은 센서는 저조도 환경에서 "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 하나에 불과하다는 것입니다. 아날로그-디지털 변환기 및 증폭기와 같은 카메라 내 전자 장치도 출력 신호에 영향을 미칩니다.
Basler에서는 카메라의 "응답성(responsivity)"이 카메라 성능을 더 잘 나타내는 지표라고 생각합니다. 또한 당사의 카메라는 디지털 방식이므로 응답성은 DN/µJ/cm²(DN은 디지털 넘버를 의미함)로 표시해야 한다고 생각합니다. 아래 그래프는 응답성 곡선을 보여줍니다.
대부분의 카메라와 같이 카메라가 게인 기능을 제공하는 경우, 응답성은 게인 설정에 따라 달라집니다.
그리고 응답성은 피크 대 피크, 신호 대 잡음비 같은 카메라 노이즈 측정값과 함께 명시될 때만 진정한 의미를 갖습니다.
예를 들어보겠습니다. 두 카메라를 비교하고 있으며 다음과 같은 사양을 가지고 있다고 가정해 보겠습니다.
카메라 1:
- 응답성 = 1 DN/µJ/cm²
- 노이즈 = 2 DN(피크 대 피크)
카메라 2:
- 응답성 = 2 DN/µJ/cm²
- 노이즈 = 5 DN(피크 대 피크)
얼핏 보면 카메라 2가 카메라 1보다 응답성이 높아 더 좋아 보입니다. 하지만 카메라 1에 게인 기능이 있다면 게인을 조정하여 응답성을 2로 높일 수 있습니다. 응답성을 1에서 2로 두 배 높이도록 게인을 조정하면 노이즈도 두 배로 증가한다는 점을 명심해야 합니다. 이제 다음과 같은 상황이 됩니다.
카메라 1:
- 응답성 = 2 DN/µJ/cm²
- 노이즈 = 4 DN(피크 대 피크)
카메라 2:
- 응답성 = 2 DN/µJ/cm²
- 노이즈 = 5 DN(피크 대 피크)
어떤 카메라이 더 좋을까요? 이제 두 카메라의 응답성은 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.