フィルム感度

閾値基準とは、霧よりもわずかに高い濃度で、かろうじて知覚できる濃度に対応する特性曲線上の点のことである。

エマルションの慣性速度点は、ハーター・ドリフィールド特性曲線において、曲線の直線部分の勾配と、密度軸上のベース ＋フォグ（B+F）を表す線との交点によって決定される。 

固定密度速度点は、乳剤速度の基準となる固定最小密度を定義することによって決定されます（例：B+Fより0.1上）。

最小有効勾配基準では、勾配が最初に合意された値（例：tan 𝜃 = 0.2）に達する速度点を設定します。

分数勾配は、特性曲線の勾配が、特性曲線の範囲（例えば 1.5）における平均勾配の一定の割合（例えば 0.3）に初めて達する速度点として定義される。^{[ 2 ]}

写真材料の感度を測定できる最初の実用的な感度計は、ポーランドのエンジニア、レオン・ワーネルケ^{[ 3 ]} （ヴワディスワフ・マワホフスキ（1837-1900） のペンネーム）によって1880年に発明され、 1882年には英国写真協会の進歩メダルを受賞した^{[ 4 ] [ 5 ]。} 1881年から商業化された。 

ワーナーケ標準感度計は、通常25個の番号が振られた、徐々に着色された正方形の配列を持つ不透明なスクリーンを保持するフレームで構成されており、燃焼マグネシウムリボンの光で事前に励起された蛍光タブレットの下で、一定時間テスト露光中に写真乾板に接触させられました。^{[ 5 ]}乳剤の感度は、現像および定着後に露光された乾板に最後に見える数字に対応する「度」ワーナーケ（Warn.または°W.と表記されることもあります）で表されました。各数字は感度の1/3の増加を表し、当時の典型的な乾板の感度は10°～25°ワーナーケでした。

彼のシステムはある程度の成功を収めたものの、光に対する分光感度、励起後の燐光タブレットから放出される光の強度の減衰、および高い製造許容誤差のために信頼性に欠けることが判明した^{[ 3} ]。^{[ 5 ]しかし}、この概念は後に1900年にヘンリー・チャップマン・ジョーンズ（1855-1932）によってプレートテスターと改良された速度システムの開発において発展した^{[ 5 ] [ 6 ] 。}

乳剤の感度を測定するための初期の実用的なシステムとして、スイス生まれのフェルディナント・ハーター（1844～1898）とイギリス人のヴェロ・チャールズ・ドリフィールド（1848～1915）が1890年に初めて発表したハーター・ドリフィールド（H&D）システムがある。このシステムでは、感度番号は必要な露光量に反比例する。例えば、250 H&Dの乳剤は、2500 H&Dの乳剤の10倍の露光量を必要とする。^{[ 7 ]}  

感度を決定する方法は、後に1925年（使用する光源に関して）と1928年（光源、現像液、比例係数に関して）に修正されました。この後の方式は「H&D  10」と呼ばれることもありました。H&Dシステムは、 1928年から1951年9月にGOST 2817-50に置き換えられるまで、旧ソビエト連邦で公式に^{[ 8 ]}標準として受け入れられていました。 

シャイナーグレード（Sch.）システムは、ドイツの天文学者ユリウス・シャイナー（1858～1913）によって1894年に考案され、当初は天体写真に使用される乾板の感度を比較する方法として用いられました。シャイナーのシステムでは、現像時に目に見える暗化を生じさせる最小露光量によって乾板の感度を評価しました。感度はシャイナー度で表され、当初は1°から20°  Sch.の範囲で、1度ずつ増加するごとに光感度が乗数的に増加しました。この乗数は、19°Sch.（1°から20°  Sch.）の増加が感度の100倍の増加に対応するという制約によって決定されました。したがって、シャイナー度で1°Sch.異なる乳剤は、${\displaystyle {\sqrt[{19}]{100}}=1.2742...}$互いに感度が倍増（または減増）する。3°  Sch. の増加は感度の倍増に近かった^{[ 7 ] [ 9 ]}${\displaystyle ({\sqrt[{19}]{100}})^{3}=2.06914...}$。

このシステムは後に、より広い範囲をカバーするように拡張され、その実用上の欠点のいくつかは、オーストリアの科学者ヨーゼフ・マリア・エーダー（1855～1944）^{[ 3 ]}とフランドル生まれの植物学者ウォルター・ヘヒト（1896～1960）によって対処されました（彼らは1919/1920年に、エーダー・ヘヒト等級で乳剤の速度を測定するエーダー・ヘヒト中性ウェッジ感度計を共同開発しました）。製造業者がフィルムの速度を確実に決定することは依然として困難であり、多くの場合、競合製品と比較することによってのみ決定されていました^{[ 3 ]} 。そのため、改良されたセミ・シャイナーベースのシステムがますます普及し始めましたが、これらはもはやシャイナーの元の手順に従わず、それによって比較可能性の考え方を損ないました。^{[ 3 ] [ 10 ]}

シャイナーのシステムは、1934年に標準化されたDIN規格が導入された際に、ドイツでは最終的に廃止された。しかし、他の国々では様々な形でしばらくの間広く使用され続けた。

DIN システムは、正式にはドイツ規格協会(当時はドイツ規格協会(DNA) として知られていました) による DIN 規格 4512 であり、1934 年 1 月に発行されました。これは、ドイツ規格写真技術協会^{[ 10 ]}が提案した標準化されたセンシトメトリー方法の草案から生まれました。1930 年以来、ドイツ写真協会^{[ 11 ]}のセンシトメトリー^{[ 12 ] [ 13 ]}が影響力のある第 VIII 回会議でロバート・ルター^{[ 13 ] [ 14 ]} (1868-1945)とエマニュエル・ゴールドベルク^{[ 14 ]} (1881-1970)によって発表されました。国際写真会議（ドイツ語: Internationaler Kongreß für wissenschaftliche und angewandte Photographie）は、1931年8月3日から8日までドレスデンで開催された。 ^{[ 10 ] [ 15 ]}

DINシステムはScheinerのシステム^{[ 3 ]}に触発されたものですが、感度はデシベルと同様に、感度の常用対数に10を掛けた値として表されます。したがって、20°の増加（Scheinerのシステムのように19°ではなく）は感度の100倍の増加を表し、3°の差は2の常用対数（0.30103...）に非常に近い値になります^{[ 9 ]。}

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

シャイナー方式と同様に、感度は「度」で表されました。当初、感度は「10分の1」の分数で表され（例えば「18/10°  DIN」）、^{[ 16 ]}結果として得られる値 1.8 は、感度の相対的な常用対数を表していました。「10分の1」は後に DIN  4512:1957-11 で廃止され、上記の例は「18°  DIN」と表記されるようになりました。^{[ 7 ]}度記号は最終的に DIN 4512:1961-10 で廃止されました。この改訂では、当時最新のアメリカのASA  PH2.5-1960 規格の変更に対応するため、フィルム感度の定義にも大きな変更が加えられ、白黒ネガフィルムのフィルム感度は実質的に 2 倍になり、以前は「18° DIN」と表示されていたフィルムは乳剤の変更なしに「21 DIN」と表示されるようになりました。 

当初は白黒ネガフィルムのみを対象としていたこのシステムは、後に拡張され、 白黒ネガフィルム用のDIN 4512-1:1971-04、カラー リバーサルフィルム用のDIN 4512-4:1977-06、 カラーネガフィルム用のDIN 4512-5:1977-10を含む9つの部分に再編成された。

国際レベルでは、ドイツの DIN 4512 システムは 1980 年代に ISO  6:1974 ^{[ 17 ]} 、 ISO  2240:1982 ^{[ 18 ]} 、および ISO  5800:1979 ^{[ 19 ]}によって事実上置き換えられました。これらの規格では、同じ感度が「ISO  100/21°」（再び度記号付き）のように線形および対数形式で記述されています。これらのISO規格はその後 DIN にも採用されました。最後に、最新のDIN  4512の改訂版は対応するISO規格に置き換えられ、DIN  4512-1:1993-05は2000年9月にDIN  ISO 6:1996-02に、DIN 4512-4:1985-08は2002年7月にDIN ISO 2240:1998-06に、DIN 4512-5:1990-11は2002年7月にDIN ISO 5800:1998-06にそれぞれ置き換えられました。       

第二次世界大戦中にBS  935:1941が発行され、ネガフィルムの露光表が規定された際、ドイツのDIN 4512:1934システムで使用されていたのと同じ固定濃度速度基準が採用された。英国規格では、 ScheinerとDINの例に倣って対数速度値も使用された。アメリカのASA Z38.2.1:1943規格が発行された際、 WestonとGEとの互換性のために、分数勾配速度基準と算術速度値が使用された。^{[ 20 ]}  

英国規格BS  1380:1947は、米国1943年規格の分数勾配基準を採用し、対数速度数に加えて算術速度数も含むようになった。^{[ 21 ]}後のBS 1380:1957規格で提案された対数速度数は、BSの値が対応するDINの値より+9度大きい点を除いて、DIN 4512:1957規格とほぼ同じであった。1971年に、BSとDINの規格はこれを+10度に変更した。^{[ 22 ]}   

国際規格を作成する努力が高まった結果、英国、米国、ドイツの規格はISO  6:1974で同一となり、これはBS  1380:Part1:1973に相当する。^{[ 23 ]}

ASAシステムが登場する以前、ウェストンフィルム感度評価システムは、エドワード・ファラデー・ウェストン（1878～1971）と彼の父であるエドワード・ウェストン（1850～1936）によって1932年8月に導入されました。エドワード・ウェストンは英国生まれの電気技師、実業家であり、米国に拠点を置くウェストン電気計測器会社の創設者です^{[ 24 ]。}彼らは初期の光電式露出計の1つであるウェストンモデル617を発表しました。このメーターとフィルム評価システムは、彼らのために働いていたウィリアム・ネルソン・グッドウィン・ジュニアによって発明されました[ ^{25 ] [ 26 ] [ 27 ] 。}彼は後に工学への貢献によりハワード・N・ポッツ・メダルを受賞しました。

同社は当時ほとんどのフィルムの感度をテストし、頻繁に公表していた。ウェストンフィルムの感度は、その後ほとんどのウェストン露出計に表示され、フィルムメーカーや第三者^{[ 28 ]}が露出ガイドラインで参照することもあった。メーカーがフィルムの感度に関して独自の工夫を凝らすことがあったため、同社は「ウェストンフィルム感度」の冊子で、フィルム感度の無断使用についてユーザーに警告するほどであった^{[ 29 ] 。}

Weston Cadet (1949 年発表のモデル 852)、Direct Reading (1954 年発表のモデル 853)、Master III (1956 年発表のモデル 737 および S141.3) は、同社の露出計シリーズで初めて、当時確立されていた ASA スケールに切り替えて使用するようになった機種です。他のモデルは、1955 年頃までオリジナルの Weston スケールを使用していました。同社は 1955 年以降も Weston フィルム定格を公表し続けましたが^{[ 30 ]}、推奨値はフィルムの箱に記載されている ASA フィルム感度とわずかに異なることが多かったものの、これらの新しい Weston 値は ASA システムに基づいており、古い Weston メーターで使用するには、Weston の推奨に従って 1/3 露出ストップを差し引いて変換する必要がありました。^{[ 30 ]}逆に、「古い」ウェストンフィルム感度定格は、同じ量を加算することで「新しい」ウェストンとASAスケールに変換できました。つまり、100ウェストン（1955年まで）のフィルム定格は、125 ASA（ASA PH2.5-1954以前に準拠）に対応していました。1956年以降に製造されたウェストンメーターと発行されたウェストンフィルム定格では、ASAシステムを本質的に使用しているため、この変換は必要ありませんでしたが、新しいASAまたはISO値と比較する場合は、ASA PH2.5-1960改訂の変更を考慮に入れることができます。

^{ASAスケール[ 31 ]}が確立される以前、ウェストンフィルムの感度評価と同様に、光電式露出計の別のメーカーであるゼネラル・エレクトリック社は、1937年頃に、いわゆるゼネラル・エレクトリックフィルム値（ GEまたはGEと略されることが多い）と呼ばれる独自の評価システムを開発しました。

同社のメーターで使用するフィルム感度値は、定期的に更新されるゼネラル・エレクトリックのフィルム値^{[ 32 ]}リーフレットおよびゼネラル・エレクトリックの写真データブック^{[ 33 ]}に掲載されている。

ゼネラル・エレクトリックは1946年にASAスケールを使用するように切り替えました。1946年2月以降に製造されたメーターには、すでにASAスケール（「露出指数」と表示）が装備されています。「フィルム感度」または「フィルム値」のスケールを備えた古いメーター（DW-48、DW-49モデル、および初期のDW-58とGW-68のバリエーションなど）については、メーカーからASAスケール付きの交換用フードが提供されていました。^{[ 32 ] [ 34 ]}同社はその後も推奨フィルム値を公表し続けましたが、それらはASAスケールに合わせて調整されました。

コダックのロイド・アンシル・ジョーンズ（1884～1954）による以前の研究に基づき、ウェストンフィルム感度評価システム^{[ 30 ]}とゼネラル・エレクトリックフィルム値^{[ 32 ]}に触発され、アメリカ規格協会（現在のANSI）は1943年に白黒ネガフィルムの感度を決定および指定する新しい方法を定義しました。ASA Z38.2.1–1943は1946年と1947年に改訂され、その後ASA PH2.5-1954へと発展しました。当初、ASA値はアメリカ標準感度番号またはASA露出指数番号と呼ばれることがよくありました。（参照：露出指数（EI）） 

ASAスケールは線形スケールであり、つまり、200 ASAと表記されたフィルムは、 100 ASAのフィルムの2倍の感度を持つということになります 。

ASA規格は1960年にASA PH2.5-1960として大幅に改訂され、フィルム感度の測定方法が改良され、それまで適用されていた露出不足に対する安全係数が廃止されたことで、多くの白黒ネガフィルムの公称感度が実質的に2倍になった。例えば、1960年以前は200 ASAとされていたイルフォードHP3は、乳剤に何の変更も加えられていないにもかかわらず、その後400 ASAと表示された。同様の変更は、翌年以降、DINシステム（DIN 4512:1961-10）とBSシステム（BS 1380:1963）にも適用された。  

確立された算術的な感度スケールに加えて、ASA PH2.5-1960では対数的なASAグレード（100 ASA = 5° ASA）も導入されました。これは、1° ASAの差が1段分の露出を表し、フィルム感度が2倍になることを意味します。しばらくの間、ASAグレードはフィルムの箱にも印刷され、APEX感度値S _v（度記号なし）という形でも使用されました。

ASA PH2.5-1960は、対数速度を除いたANSI PH2.5-1979として改訂され、その後、 米国写真機器製造業者協会（NAPM）のNAPM IT2.5-1986に置き換えられました。これは、米国が国際規格ISO  6を採用したことを示しています。ANSI/NAPM IT2.5の最新版は1993年に発行されました。

カラーネガフィルムの規格は、ASA PH2.27-1965として導入され、1971年、1976年、1979年、1981年に一連の改訂が行われた後、最終的にANSI IT2.27-1988となり、その後廃止された。

カラーリバーサルフィルムの感度は、ANSI PH2.21-1983で定義され、1989年に改訂された後、 1994年に米国でISO  2240規格が採用され、ANSI/NAPM IT2.21となった。

国際的には、ASAシステムは1982年から1987年の間にISOフィルム感度システムに取って代わられたが、算術的なASA感度スケールはISOシステムの線形感度値として存続し続けた。

GOST（キリル文字： ГОСТ ）は、GOST 2817-45およびGOST2817-50で定義された算術的なフィルム感度スケールでした^{。 [ 35 ] [ 36 ]}これは、1928年から使用されていたHurter & Driffield（H&D、キリル文字：ХиД）番号^{[ 35 ]}に代わり、1951年10月から旧ソ連使用されました。  

 GOST 2817-50 は ASA 規格に似ており、ASA の0.1に対して、ベース濃度より 0.2 高い濃度と霧の濃度を基準としていた。 ^{[ 37 ]} GOST マークは、1987 年以前に製造されたソビエト連邦製の写真機器 (フィルム、カメラ、露出計など)にのみ見られる。^{[ 38 ]}

1987年1月1日、GOSTスケールはGOST 10691-84によりISOスケールに再調整されました。 ^{[ 39 ]} 

 これはGOST 10691.6–88 ^{[ 40 ]}およびGOST  10691.5–88 ^{[ 41 ]}を含む複数の部分に発展し、両方とも1991年1月1日に機能するようになりました。

飽和速度は次のように定義される。

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

どこ${\displaystyle H_{\mathrm {sat} }}$は、クリップやブルーミングが発生しない最大露出です。通常、飽和速度の下限はセンサー自体によって決まりますが、センサーとアナログ/デジタル変換器の間のアンプのゲインによって飽和速度を上げることができます。係数 78 は、標準露出計と 18% の反射面に基づく露出設定で、18% / √ 2 = 12.7% の飽和度のグレー レベルの画像が得られるように選択されています。係数√ 2は、100% の反射率を持つ拡散白色面よりも明るく見える鏡面反射に対処するための半段の余裕があることを示しています。 ^{[ 74 ]}  

ノイズベースの速度は、個々のピクセルで所定の信号対雑音比が得られる露光量として定義されます。2つの比率、40:1（「優れた画像品質」）と10:1（「許容できる画像品質」）の比率が使用されます。これらの比率は、 25 cm（9.8インチ）の距離で見た場合の解像度70ピクセル/cm（178 DPI）に基づいて主観的に決定されています。ノイズは、個々のピクセルの輝度と色の加重平均の標準偏差として定義されます。ノイズベースの速度は、主にセンサーの特性によって決定され、電子ゲインとADコンバータのノイズによって多少影響を受けます。^{[ 74 ]}   

上記の速度定格に加えて、規格では標準出力感度（SOS）も定義されており、出力画像における露出とデジタルピクセル値の関係が示されています。これは次のように定義されます。

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

どこ${\displaystyle H_{\mathrm {sos} }}$これは、8ビットピクセルで118の値になる露出であり、sRGBまたはガンマ =  2.2でエンコードされた画像の彩度値の18パーセントに相当します。^{[ 74 ]}

この規格では、カメラが速度定格をどのように報告するかを規定しています。ノイズベースの速度 (40:1) が飽和ベースの速度よりも高い場合、ノイズベースの速度を標準値 (例えば 200、250、320、または 400) に切り捨てて報告する必要があります。これは、低い飽和ベースの速度に従って露出しても、目に見えて画像が良くなるわけではないためです。さらに、飽和ベースの速度から 10:1 のノイズベースの速度までの範囲で露出ラチチュードを指定できます。ノイズベースの速度 (40:1) が飽和ベースの速度よりも低い場合、またはノイズが高すぎて定義できない場合は、飽和ベースの速度を標準値に切り上げて指定します。これは、ノイズベースの速度を使用すると露出オーバーの画像になるためです。カメラは、SOS ベースの速度 (明示的に SOS 速度として) を最も近い標準速度定格に切り捨てて報告することもできます。^{[ 74 ]}

例えば、カメラセンサーは次のような特性を持つ場合があります。${\displaystyle S_{40:1}=107}$、${\displaystyle S_{10:1}=1688}$、 そして${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }=49}$規格によれば、カメラは感度を次のように報告する必要があります。

ISO  100（昼光）

ISO感度範囲：50～1600

ISO  100 (SOS、昼光)。

SOS評価はユーザーが制御できます。ノイズの多いセンサーを搭載した別のカメラの場合、特性は次のようになります。${\displaystyle S_{40:1}=40}$、${\displaystyle S_{10:1}=800}$、 そして${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }=200}$この場合、カメラは次のように報告するはずです。

ISO  200（昼光）

また、ユーザーが調整可能なSOS値も備えています。いずれの場合も、カメラは、昼光やタングステン（白熱灯）など、スピード定格が適用されるホワイトバランス設定を示す必要があります。^{[ 74 ]}

これらの詳細な標準定義にもかかわらず、カメラは通常、ユーザーの「ISO」設定がノイズベースの速度、彩度ベースの速度、指定された出力感度、あるいはマーケティング目的の架空の数値のいずれを指しているかを明確に示していません。1998年版のISO 12232では、非可逆圧縮されたカメラ出力の測定が許可されていなかったため、 TIFFなどの非圧縮形式でsRGB ファイルを出力しないカメラには、これらの測定値を正しく適用することができませんでした。2006年にCIPA DC-004が発行されて以来、日本のデジタルスチルカメラメーカーは、感度定格がREIかSOSかを明記することが義務付けられています。 

アナログフィルムと同様に、特定のセンサーのSOS設定を高くすると、画質が多少低下します。ただし、この低下は、粒子ではなく画像ノイズとして現れます。APSサイズと 35mmサイズのデジタルイメージセンサーは、CMOSベースとCCDベースの両方で、 ISO  1600程度までは大きなノイズは発生しません。^{[ 80 ]}