감광 속도

역치 기준은 포그(fog) 위의 밀도를 겨우 감지할 수 있는 지점에 해당하는 특성 곡선상의 지점이다.

유화액의 관성 속도 지점은 허터와 드리필드(Hurter and Driffield) 특성 곡선에서 곡선의 직선 부분의 기울기와 밀도축의 베이스 + 포그(B+F)를 나타내는 선 사이의 교점에 의해 결정된다.

고정 밀도 속도 지점은 유화액 속도의 기준으로 고정된 최소 밀도(예: B+F보다 0.1 높은 값)를 정의하여 결정된다.

최소 유효 기울기 기준은 기울기가 처음으로 합의된 값(예: tan 𝜃 = 0.2)에 도달하는 곳에 속도 지점을 둔다.

분할 기울기는 특성 곡선의 일정 범위(예: 1.5)에 걸친 평균 기울기의 고정된 비율(예: 0.3)에 특성 곡선의 기울기가 처음 도달하는 속도 지점으로 정의된다.^[2]

사진 재료의 속도 측정을 가능하게 한 최초의 실용적인 감광계는 1880년 폴란드 엔지니어 레온 워너케^[3](브와디스와프 마와호프스키, 1837~1900)에 의해 발명되었다. 그는 이 업적을 포함한 공로로 1882년 영국 사진 협회(오늘날의 왕립 사진 협회, RPS)로부터 진보 메달(RPS)을 수여받았다.^[4][5] 이 장치는 1881년부터 상용화되었다.

워너케 표준 감광계는 일반적으로 25개의 번호가 매겨진, 점진적으로 색이 입혀진 사각형 배열의 불투명 스크린을 고정하는 프레임으로 구성되었다. 타는 마그네슘 리본의 빛으로 미리 여기된 인광 태블릿 아래에서 정해진 시간 동안 테스트 노출을 하는 동안 사진판과 접촉시킨다.^[5] 유화액의 속도는 현상 및 정착 후 노출된 판에서 볼 수 있는 마지막 번호에 해당하는 '워너케 도'(때로는 Warn. 또는 °W.로 표기)로 표현되었다. 각 번호는 속도의 1/3 증가를 나타냈으며, 당시 일반적인 판의 속도는 10°에서 25° 워너케 사이였다.

그의 시스템은 어느 정도 성공을 거두었으나 빛에 대한 분광 민감도, 여기 후 인광 태블릿에서 방출되는 빛의 강도 감쇠, 높은 제조 오차 등으로 인해 신뢰할 수 없는 것으로 판명되었다.^[5] 그러나 이 개념은 나중에 1900년 헨리 채프먼 존스(1855~1932)에 의해 그의 플레이트 테스터 개발과 수정된 속도 시스템에 활용되었다.^[5][6]

유화액의 민감도를 측정하는 또 다른 초기 실용적 시스템은 1890년 스위스 태생의 페르디난드 허터(1844~1898)와 영국의 베로 찰스 드리필드(1848~1915)가 처음 설명한 허터와 드리필드(H&D) 시스템이다. 이 시스템에서 속도 숫자는 필요한 노출에 반비례했다. 예를 들어, 250 H&D 등급의 유화액은 2500 H&D 등급 유화액의 10배 노출이 필요했다.^[7]

민감도 결정 방법은 이후 1925년(사용된 광원 관련)과 1928년(광원, 현상액 및 비례 계수 관련)에 수정되었으며, 이 후기 변형은 때때로 "H&D 10"이라고 불렸다. H&D 시스템은 구 소련에서 1928년부터 1951년 9월까지 공식적으로 표준으로 인정되었으며, 이후 GOST 2817–50으로 대체되었다.

샤이너(Scheinergrade, Sch.) 시스템은 1894년 독일의 천문학자 율리우스 샤이너(1858~1913)가 원래 천체 사진에 사용되는 판의 속도를 비교하기 위한 방법으로 고안했다. 샤이너의 시스템은 현상 시 눈에 띄는 흑화를 생성하는 최소 노출로 판의 속도를 평가했다. 속도는 샤이너 도로 표현되었으며, 원래 범위는 1°에서 20° Sch.였고, 각 도의 증가는 광민감도 증가의 승수 인자에 해당했다. 이 승수 인자는 19° Sch.의 증가(1°에서 20° Sch.까지)가 민감도의 100배 증가에 해당한다는 제약 조건에 의해 결정되었다. 따라서 샤이너 척도에서 1° Sch. 차이가 나는 유화액은 서로 ${\displaystyle {\sqrt[{19}]{100}}=1.2742...}$배 더 민감(또는 덜 민감)했다. 3° Sch.의 증가는 민감도의 두 배 증가에 근접했다.^[7][8] ${\displaystyle ({\sqrt[{19}]{100}})^{3}=2.06914...}$.

이 시스템은 나중에 더 넓은 범위를 커버하도록 확장되었으며, 오스트리아의 과학자 요제프 마리아 에더(1855~1944)^[3]와 플랑드르 출신의 식물학자 발터 헤히트(1896~1960)에 의해 일부 실용적인 단점이 해결되었다. (그들은 1919/1920년에 유화액 속도를 에더-헤히트 등급으로 측정하는 에더-헤히트 중성 웨지 감광계를 공동 개발했다.) 제조업체들이 필름 속도를 신뢰성 있게 결정하는 것은 여전히 어려웠고, 종종 경쟁 제품과 비교하는 방식에 의존했기 때문에,^[3] 샤이너의 원래 절차를 더 이상 따르지 않는 다양한 수정된 반(semi)-샤이너 기반 시스템이 확산되기 시작하여 비교 가능성이라는 아이디어를 훼손했다.^[3][9]

샤이너 시스템은 1934년 표준화된 DIN 시스템이 도입되면서 독일에서 결국 폐기되었다. 다른 국가에서는 다양한 형태로 한동안 널리 사용되었다.

당시 Deutscher Normenausschuß(DNA)로 알려진 독일 표준화 협회(DIN)의 공식 DIN 표준 4512인 DIN 시스템은 1934년 1월에 발표되었다. 이는 1930년부터 Deutsche Gesellschaft für photographische Forschung의 감광학 위원회에서 제안하고 Deutscher Normenausschuß für Phototechnik이 제출한 표준화된 감광학 방법 초안에서 발전했으며, 1931년 8월 3일부터 8일까지 드레스덴에서 열린 영향력 있는 제8회 국제 사진 회의에서 로베르트 루터(1868~1945)와 에마누엘 골드버그(1881~1970)에 의해 발표되었다.

DIN 시스템은 샤이너 시스템에서 영감을 얻었으나,^[3] 민감도는 데시벨과 유사하게 민감도의 상용로그에 10을 곱한 값으로 표현되었다. 따라서 20°의 증가(샤이너 시스템의 19°가 아님)는 100배의 민감도 증가를 나타냈고, 3°의 차이는 2의 상용로그(0.30103...)에 훨씬 가까웠다.^[8]

${\displaystyle \log _{10}{(2)}=0.30103...\approx 3/10}$.

샤이너 시스템과 마찬가지로 속도는 '도'로 표시되었다. 원래 민감도는 '10분의 1'이 포함된 분수 형태로 기록되었으나(예: "18/10° DIN"), 여기서 결과값 1.8은 속도의 상대적 상용로그를 나타냈다. '10분의 1' 표기는 이후 DIN 4512:1957-11에서 폐기되었고, 위의 예는 "18° DIN"으로 기록되게 되었다.^[7] 도 기호(°)는 최종적으로 DIN 4512:1961-10에서 사라졌다. 이 개정판은 또한 당시 미국의 ASA PH2.5-1960 표준의 최근 변화에 맞추기 위해 필름 속도 정의에 중대한 변화를 주었으며, 그 결과 흑백 네거티브 필름의 속도가 사실상 두 배가 되었다. 즉, 이전에 "18° DIN"으로 표시된 필름은 유화액의 변화 없이 "21 DIN"으로 표시되게 되었다.

원래 흑백 네거티브 필름만을 위한 것이었으나, 나중에 시스템이 확장되어 흑백 네거티브 필름용 DIN 4512-1:1971-04, 컬러 리버설 필름용 DIN 4512-4:1977-06, 컬러 네거티브 필름용 DIN 4512-5:1977-10을 포함한 9개 부분으로 재편성되었다.

국제적 수준에서 독일의 DIN 4512 시스템은 1980년대에 ISO 6:1974,^[10] ISO 2240:1982,^[11] 및 ISO 5800:1979^[12]에 의해 사실상 대체되었으며, 여기서 동일한 민감도는 선형 및 로그 형태로 "ISO 100/21°"(여기서 다시 도 기호가 사용됨)와 같이 표기된다. 이러한 ISO 표준들은 이후 DIN에서도 채택되었다. 마침내 최신 DIN 4512 개정판들은 상응하는 ISO 표준들로 대체되었다.

제2차 세계 대전 중 네거티브 재료에 대한 노출표를 명시한 BS 935:1941이 발표되었을 때, 이는 독일 DIN 4512:1934 시스템에서 사용된 것과 동일한 고정 밀도 속도 기준을 사용했다. 영국 표준 또한 샤이너와 DIN의 전례를 따라 로그 속도 숫자를 사용했다. 미국 ASA Z38.2.1:1943 표준이 발표되었을 때는 에드워드 웨스턴 및 GE와의 호환성을 위해 분할 기울기 속도 기준과 산술 속도 숫자를 사용했다.^[13]

영국 표준 BS 1380:1947은 미국 1943년 표준의 분할 기울기 기준을 채택했으며, 로그 숫자 외에 산술 속도 숫자도 포함했다.^[14] 이후 BS 1380:1957 표준에서 제안된 로그 속도 숫자는 DIN 4512:1957 표준과 거의 동일했으나, BS 숫자가 해당 DIN 숫자보다 +9도 더 컸다. 1971년에 BS와 DIN 표준은 이를 +10도 차이로 변경했다.^[15]

국제 표준을 만들기 위한 노력이 증가함에 따라, 영국, 미국 및 독일 표준은 ISO 6:1974에서 동일해졌으며, 이는 BS 1380:Part1:1973에 해당한다.^[16]

ASA 시스템이 출현하기 전, 웨스턴 필름 속도 등급 시스템은 에드워드 패러데이 웨스턴(1878~1971)과 그의 아버지이자 영국 태생의 전기 기술자이자 산업가인 에드워드 웨스턴(1850~1936)에 의해 1932년 8월 최초의 광전 노출계 중 하나인 웨스턴 모델 617과 함께 도입되었다. 이 측정기 및 필름 등급 시스템은 그들을 위해 일했던 윌리엄 넬슨 굿윈 주니어가 발명했으며, 그는 나중에 공학에 기여한 공로로 하워드 N. 포츠 메달을 수여받았다.

회사는 당시 대부분의 필름에 대한 속도 등급을 테스트하고 정기적으로 발표했다. 웨스턴 필름 속도 등급은 대부분의 웨스턴 노출계에서 볼 수 있었으며, 때때로 필름 제조업체와 제3자가 노출 지침에서 이를 언급했다. 제조업체들이 필름 속도를 임의로 정하는 경우가 있었기 때문에, 회사는 "웨스턴 필름 등급" 소책자에서 필름 등급의 무단 사용에 대해 사용자에게 경고하기도 했다.

웨스턴 카뎃(1949년 도입된 모델 852), 다이렉트 리딩(1954년 도입된 모델 853) 및 마스터 III(1956년 도입된 모델 737 및 S141.3)는 그들의 노출계 라인 중 최초로 그사이 확립된 ASA 척도로 전환하여 사용했다. 다른 모델들은 약 1955년까지 원래의 웨스턴 척도를 사용했다. 회사는 1955년 이후에도 웨스턴 필름 등급을 계속 발표했으나, 권장 값이 필름 상자에 적힌 ASA 필름 속도와 약간 다른 경우가 많았음에도 불구하고 이 새로운 웨스턴 값들은 ASA 시스템에 기초한 것이었으며, 웨스턴의 권장 사항에 따라 노출을 1/3 스탑 빼서 구형 웨스턴 측정기에서 사용할 수 있도록 변환해야 했다. 반대로 "구형" 웨스턴 필름 속도 등급은 동일한 양을 더함으로써 "신형" 웨스턴 및 ASA 척도로 변환될 수 있었다. 즉, 100 웨스턴(1955년까지)의 필름 등급은 125 ASA(ASA PH2.5-1954 이전 기준)에 해당했다. 1956년 이후 제조된 웨스턴 측정기와 발표된 웨스턴 필름 등급은 본질적으로 ASA 시스템을 사용했으므로 이러한 변환이 필요하지 않았다.

ASA 척도가 확립되기 전, 그리고 웨스턴 필름 속도 등급과 유사하게 또 다른 광전 노출계 제조업체인 제너럴 일렉트릭(GE)은 1937년경 소위 제너럴 일렉트릭 필름 값(흔히 G-E 또는 GE로 약칭)이라는 자체 등급 시스템을 개발했다.

그들의 측정기와 함께 사용하기 위한 필름 속도 값은 정기적으로 업데이트되는 '제너럴 일렉트릭 필름 값' 전단지와 '제너럴 일렉트릭 사진 데이터 북'에 발표되었다.

제너럴 일렉트릭은 1946년에 ASA 척도 사용으로 전환했다. 1946년 2월 이후 제조된 측정기에는 이미 ASA 척도("Exposure Index"로 표시됨)가 장착되어 있었다. "Film Speed" 또는 "Film Value" 척도가 있는 일부 구형 측정기(예: 모델 DW-48, DW-49 및 초기 DW-58, GW-68 변형)의 경우, 제조업체에서 ASA 척도가 있는 교체용 후드를 제공했다. 회사는 그 이후에도 권장 필름 값을 계속 발표했으나, 이는 ASA 척도에 맞춰 조정되었다.

코닥의 로이드 A. 존스(1884~1954)에 의한 초기 연구를 바탕으로 하고 웨스턴 필름 속도 등급 및 제너럴 일렉트릭 필름 값 시스템에서 영감을 받아, 미국 표준 협회(현재 명칭 ANSI)는 1943년에 흑백 네거티브 필름의 속도를 결정하고 지정하는 새로운 방법을 정의했다. ASA Z38.2.1–1943은 1946년과 1947년에 개정된 후 ASA PH2.5-1954 표준으로 발전했다. 원래 ASA 값은 종종 미국 표준 속도 번호 또는 ASA 노출 지수 번호로 지칭되었다. (참조: 노출 지수 (EI).)

ASA 척도는 산술 척도이다. 즉, 필름 속도가 200 ASA인 필름은 100 ASA인 필름보다 두 배 빠르다.

ASA 표준은 1960년 ASA PH2.5-1960과 함께 대대적인 개정을 거쳤는데, 이때 필름 속도를 결정하는 방법이 정교해졌고 이전에 적용되었던 노출 부족에 대한 안전 계수가 폐기되어 많은 흑백 네거티브 필름의 명목 속도가 사실상 두 배가 되었다. 예를 들어 1960년 이전에 200 ASA로 평가되었던 일퍼드 HP3는 유화액의 변화 없이 그 이후 400 ASA로 표기되었다. 유사한 변화가 이후 몇 년 동안 DIN 4512:1961-10과 BS 1380:1963을 통해 DIN 시스템과 BS 시스템에도 적용되었다.

확립된 산술 속도 척도 외에도, ASA PH2.5-1960은 로그 ASA 등급(100 ASA = 5° ASA)을 도입했는데, 여기서 1° ASA의 차이는 전체 노출 한 스탑, 즉 필름 속도의 두 배를 나타냈다. 한동안 ASA 등급은 필름 상자에도 인쇄되었으며, APEX 시스템 속도 값 S_v(도 기호 없음)의 형태로도 존재했다.

ASA PH2.5-1960은 로그 속도가 제외된 ANSI PH2.5-1979로 개정되었으며, 나중에 국제 표준 ISO 6의 미국 채택안인 전국 사진 제조업체 협회(National Association of Photographic Manufacturers)의 NAPM IT2.5–1986으로 대체되었다. ANSI/NAPM IT2.5의 최신 판은 1993년에 발표되었다.

컬러 네거티브 필름 표준은 ASA PH2.27-1965로 도입되었으며, 1971년, 1976년, 1979년, 1981년에 일련의 개정을 거쳐 최종적으로 폐기 전 ANSI IT2.27–1988이 되었다.

컬러 리버설 필름 속도는 ANSI PH2.21-1983에서 정의되었으며, 1989년에 개정된 후 1994년에 ISO 2240 표준의 미국 채택안인 ANSI/NAPM IT2.21이 되었다.

국제적 수준에서 ASA 시스템은 1982년에서 1987년 사이에 ISO 필름 속도 시스템으로 대체되었으나, 산술 ASA 속도 척도는 ISO 시스템의 선형 속도 값으로 계속 살아남았다.

GOST(키릴 문자: ГОСТ)는 GOST 2817-45 및 GOST 2817–50에서 정의된 산술 필름 속도 척도이다. 이는 1928년부터 사용되어 온 허터 & 드리필드(H&D, 키릴 문자: ХиД) 숫자를 대체하여 1951년 10월부터 구 소련에서 사용되었다.

GOST 2817-50은 ASA의 0.1과 달리 베이스 플러스 포그보다 0.2 높은 밀도에서의 속도 지점을 기준으로 한다는 점을 제외하면 ASA 표준과 유사했다. GOST 표시는 소련에서 제조된 1987년 이전의 사진 장비(필름, 카메라, 노출계 등)에서만 발견된다.

1987년 1월 1일, GOST 척도는 GOST 10691–84를 통해 ISO 척도로 재조정되었다.

이는 GOST 10691.6–88 및 GOST 10691.5–88을 포함한 여러 부분으로 발전했으며, 두 표준 모두 1991년 1월 1일부터 시행되었다.

채도 기반 속도는 다음과 같이 정의된다.

${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }={\frac {78\;{\text{lx⋅s}}}{H_{\mathrm {sat} }}}}$,

여기서 ${\displaystyle H_{\mathrm {sat} }}$는 카메라 출력의 클리핑이나 블루밍을 유발하지 않는 최대 가능 노출이다. 일반적으로 채도 속도의 하한선은 센서 자체에 의해 결정되지만, 센서와 아날로그-디지털 변환기 사이의 증폭기 이득을 통해 채도 속도를 높일 수 있다. 계수 78은 표준 노출계와 18% 반사 표면에 근거한 노출 설정이 채도의 18%/√2 = 12.7%에 해당하는 그레이 레벨을 가진 이미지를 생성하도록 선택되었다. 계수 √2는 100% 반사되는 확산 화이트 표면보다 더 밝게 보일 수 있는 정반사를 처리하기 위해 반 스탑의 헤드룸이 있음을 나타낸다.^[45]

 이 부분의 본문은 신호 대 잡음비입니다.

노이즈 기반 속도는 개별 픽셀에서 주어진 신호 대 잡음비를 유발하는 노출로 정의된다. 두 가지 비율이 사용되는데, 40:1("우수한 이미지 품질")과 10:1("허용 가능한 이미지 품질") 비율이다. 이 비율들은 25 cm 거리에서 볼 때 cm당 70 픽셀(178 DPI)의 해상도를 기준으로 주관적으로 결정되었다. 노이즈는 개별 픽셀의 휘도와 색상의 가중 평균에 대한 표준 편차로 정의된다. 노이즈 기반 속도는 주로 센서의 특성에 의해 결정되며 전자적 이득 및 AD 변환기의 노이즈에 의해 어느 정도 영향을 받는다.^[45]

위의 속도 등급 외에도 표준은 노출이 출력 이미지의 디지털 픽셀 값과 어떻게 관련되는지를 나타내는 표준 출력 민감도(SOS)를 정의한다. 이는 다음과 같이 정의된다.

${\displaystyle S_{\mathrm {sos} }={\frac {10\;{\text{lx⋅s}}}{H_{\mathrm {sos} }}},}$

여기서 ${\displaystyle H_{\mathrm {sos} }}$는 8비트 픽셀에서 118의 값을 유발하는 노출이며, 이는 sRGB로 인코딩되거나 감마 = 2.2인 이미지에서 채도 값의 18%이다.^[45]

표준은 속도 등급이 카메라에 의해 어떻게 보고되어야 하는지를 명시한다. 노이즈 기반 속도(40:1)가 채도 기반 속도보다 높으면 노이즈 기반 속도를 보고해야 하며, 표준 값(예: 200, 250, 320 또는 400)으로 내림하여 반올림한다. 그 이유는 더 낮은 채도 기반 속도에 따른 노출이 눈에 띄게 더 나은 이미지를 생성하지 않기 때문이다. 또한 채도 기반 속도에서 10:1 노이즈 기반 속도까지의 노출 관용도를 명시할 수 있다. 노이즈 기반 속(40:1)가 채도 기반 속도보다 낮거나 높은 노이즈로 인해 정의되지 않은 경우, 노이즈 기반 속도를 사용하면 과노출된 이미지가 생성될 수 있으므로 채도 기반 속도를 표준 값으로 올림하여 명시한다. 카메라는 또한 SOS 기반 속도를 (명시적으로 SOS 속도임을 밝히고) 가장 가까운 표준 속도 등급으로 반올림하여 보고할 수 있다.^[45]

예를 들어, 어떤 카메라 센서가 ${\displaystyle S_{40:1}=107}$, ${\displaystyle S_{10:1}=1688}$, ${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }=49}$인 특성을 가질 수 있다. 표준에 따라 카메라는 민감도를 다음과 같이 보고해야 한다.

ISO 100 (데이라이트)

ISO 속도 관용도 50–1600

ISO 100 (SOS, 데이라이트).

SOS 등급은 사용자가 제어할 수 있다. 노이즈가 더 심한 센서를 가진 다른 카메라의 경우 특성이 ${\displaystyle S_{40:1}=40}$, ${\displaystyle S_{10:1}=800}$, ${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }=200}$일 수 있다. 이 경우 카메라는 다음을 보고해야 한다.

ISO 200 (데이라이트),

또한 사용자 조정 가능한 SOS 값을 보고해야 한다. 모든 경우에 카메라는 데이라이트나 텅스텐(백열등)과 같이 속도 등급이 적용되는 화이트 밸런스 설정을 나타내야 한다.^[45]

이러한 세부적인 표준 정의에도 불구하고, 카메라들은 일반적으로 사용자의 "ISO" 설정이 노이즈 기반 속도인지, 채도 기반 속도인지, 지정된 출력 민감도인지, 아니면 마케팅 목적으로 만들어진 숫자인지를 명확하게 표시하지 않는다. ISO 12232의 1998년 버전은 손실 압축이 있는 카메라 출력의 측전을 허용하지 않았기 때문에, TIFF와 같은 비압축 형식의 sRGB 파일을 생성하지 않는 카메라에는 이러한 측정값들을 올바르게 적용할 수 없었다. 2006년 CIPA DC-004의 발표 이후, 일본의 디지털 스틸 카메라 제조업체들은 민감도 등급이 REI인지 SOS인지를 명시해야 한다.

주어진 센서에 대해 더 큰 SOS 설정은 아날로그 필름과 마찬가지로 이미지 품질의 일부 저하를 동반한다. 그러나 이 저하 는 입자가 아니라 이미지 노이즈로 나타난다. CMOS 및 CCD 기반의 APS 및 35mm 크기 디지털 이미지 센서들은 약 ISO 1600까지는 유의미한 노이즈를 생성하지 않는다.^[48]