이번 포스팅에서는 EMVA1288 표준에서 사용하는 SNR Graph 를 소개드리겠습니다.
※이전 포스팅 : EMVA1288표준 – Introduction
SNR Graph
우선 아래의 SNR 그래프를 먼저 볼까요?
EMVA1288 표준에서는 카메라 성능의 많은 부분을 객관적인 수치로 보여줍니다. QE, Dark Noise, Dynamic range, SNR 등이 있습니다. 그중 가장 많은 정보를 함축적으로 표현하는 그래프가 바로 이 SNR 그래프입니다. 이 그래프를 해석 할 수 있다면 카메라(센서) 간의 객관적인 비교가 가능해집니다.
1.가로축과 세로축
우선 가로축과 세로축의 수치를 보겠습니다. 가로축은 Irradiation(Photons/Pixel) 입니다. 즉 한 Pixel에 입사된 포톤(광자)의 개수입니다.
세로축은 SNR이므로 센서의 한 Pixel에 입사된 포톤의 개수에 따른 SNR(신호 대 잡음 비)의 정보를 보여줍니다.
2. 빨간 대각선
그래프의 대각선으로 있는 빨간 선의 의미는 무엇일까요?
이미지 센서에서 노이즈란 획득한 이미지(2D)의 Standard deviation을 의미합니다. 이 표준편차의 값이 클수록 노이즈가 많다는 것을 의미하며 작을수록 적은 노이즈를 의미합니다. 노이즈란 입사된 포톤의 Root로 표현이 되며 (제가 작성한 Post의 Shot noise를 참고하세요) 이 물리적인 현상으로 인해서 최대 SNR은 아래와 같이 표현됩니다.
SNR = 루트(입사된 포톤의 양)
빨간 선은 물리적인 제한으로 이미지 센서가 낼 수 있는 최대 SNR을 표현합니다. 어떤 센서도 이 물리적인 제한을 벗어나서 더 높은 SNR을 가질 수는 없습니다.
3. 아래 네모 박스
SNR 31M, 4와 SNR 29M, 36입니다.
31M 제품인 경우 SNR 1에서 최소 4개의 포톤이 필요하고 29M 제품인 경우 SNR 1에서 최소 36개의 포톤이 필요합니다. SNR 1이라는 의미는 신호와 잡음비가 1:1이라는 의미입니다. 이 이상으로 포톤이 입사되어야 이미지 센서에서 신호로 인식 할 수 있습니다. 이 값이 낮을수록 Dark 이미지에서 더 좋은 감도의 이미지를 출력 할 수 있습니다.
4. 오른쪽 위 네모 박스
Saturation 31M, 15,181, 105 그리고 Saturation 29M, 49,296, 154 입니다.
각 제품의 Saturation capacity를 표현하는 것이며 이 값이 클수록 밝은 광량의 조건에서 더 많은 정보를 표현 할 수 있습니다. 즉 동일 광량(포톤)에서 31M는 더 빨리 포화가 됩니다. 105는 Linear 스케일값으로 우리가 흔히 사용하는 dB로 표현하면 105 = 20log(105) = 40.3dB 154 = 20log(154) = 43.7dB 29M 제품이 31M 제품보다 최대 SNR은 더 좋습니다. 단 이 값은 최대 SNR만을 표현하며 동일 조건에서 입사된 광량 대비 SNR은 31M가 더 좋습니다. 그래프를 보면 저조도에서는 31M의 SNR이 29M보다 높습니다.
5. 빨간 그래프와의 간격
센서의 QE가 좋을수록 이상적인 센서의 성능에 부합하게 되어 빨간 선과 간격이 좁아집니다. QE가 적을수록 빨간 선과의 간격이 늘어납니다. 즉 이 그래프에서 31M 제품의 QE가 29M 제품보다 더 좋다는 것을 알 수 있습니다. 이 간격이 좁을수록 감도가 좋습니다.
6. Dynamic Range
Dynamic range는 최소 신호 대비 최대 신호의 비입니다.
이 그래프를 활용해서 31M와 29M 제품의 Dynamic range를 계산 할 수 있습니다. 31M = 20log(15181/4) = 71.5dB 29M = 20log(49296/36)= 62dB 즉 31M 제품이 저조도부터 고조도까지 많은 신호를 표현 할 수 있습니다.
이제 EMVA1288 리포트의 SNR 그래프를 보면서 제품의 성능을 객관적으로 비교를 할 수 있을까요?
다음 포스팅에서는 EMVA1288 리포트에 있는 각 항목에 대해서 설명해 드리겠습니다.
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