フィルム感度

フィルム感度は、写真フィルムの光に対する感度の尺度であり、感光度測定法によって決定され、さまざまな数値スケールで測定されます。最新のものは、1974 年に導入された ISO システムです。密接に関連するシステム (ISO とも呼ばれます) は、デジタル カメラの露出と出力画像の明るさの関係を説明するために使用されます。ISO 以前は、米国では ASA、欧州では DIN が最も一般的でした。

スピードという用語は、写真の初期の時代に由来しています。光に対する感度が高い写真乳剤は、許容できる画像を生成するのに要する時間が短く、したがって完全な露出をより速く完了することができ、被写体が静止している時間も短くなります。感度が低い乳剤は、露出を完了するのにかかる時間が非常に長く、静物写真にしか使用できないことが多かったため、「遅い」と見なされました。写真乳剤の露出時間は、19 世紀後半までに数時間から数分の 1 秒に短縮されました。

フィルム写真とデジタル写真の両方において、高感度を使用すると、一般的に画質が低下します (フィルム粒子が粗くなったり、画像ノイズが増加したりします)。一般的に、感度が高いほど、画像の粒状性は高くなります。最終的には、感度はフィルムまたはセンサーの 量子効率によって制限されます。

特定のフィルムに必要な露出時間を決定するには、通常、露出計が使用されます。

19世紀後半から乳剤速度の評価には5つの基準が使用されており、ここでは名前と日付順にリストします。これらの基準は、閾値（1880年）、慣性（1890年）、固定密度（1934年）、最小有効勾配（1939年）、分数勾配（1939年）です。^[1]

閾値基準は、霧の上でちょうど知覚できる密度に対応する特性曲線上の点です。

エマルジョンの慣性速度点は、ハーターとドリフィールドの特性曲線上で、曲線の直線部分の勾配と、密度軸上のベース + フォグ (B+F) を表す線との切片によって決定されます。

固定密度スピードポイントは、乳剤スピードを基準として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)。

最小有効勾配基準は、勾配が最初に合意された値 (例: tan 𝜃 = 0.2) に達する速度ポイントを配置します。

分数勾配は、特性曲線の傾きが特性曲線の範囲（例えば1.5）にわたって平均勾配の一定分数（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光計は、ポーランドの技術者レオン・ヴァルネルケ^[3]  （別名ヴワディスワフ・マワホフスキ（1837-1900））によって1880年に発明され、その功績により1882年に英国写真協会の進歩賞を受賞しました。 ^{[4] [5]} 1881年から商品化されました。

ワーネルケ標準感光計は、不透明スクリーンを保持するフレームで構成されており、通常は25個の番号が付けられ、徐々に着色する正方形の配列があり、マグネシウムリボンの燃焼光によって励起されたリン光タブレットの下で、時間指定のテスト露光中に写真乾板と接触します。^[5]乳剤の感度は、現像および定着後に露光されたプレート上に見える最後の数字に対応するワーネルケ「度」（Warn.または°W.と表示されることもあります）で表されます。各数字は感度の1/3の増加を表し、当時の一般的なプレート感度は10°から25°ワーネルケでした。

彼のシステムはある程度の成功を収めたが、光に対するスペクトル感度、励起後のリン光タブレットから放出される光の強度の減衰、および高い内蔵許容誤差のために信頼性が低いことが判明した^[ 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スピードシステムの開発に利用された。^{[5] [6]}

乳剤の感度を測定するためのもう一つの初期の実用的なシステムは、ハーターとドリフィールド（H&D）のシステムであり、1890年にスイス生まれのフェルディナンド・ハーター（1844–1898）とイギリスのベロ・チャールズ・ドリフィールド（1848–1915）によって最初に説明されました。彼らのシステムでは、スピードの数値は必要な露出に反比例していました。たとえば、250 H&Dと評価された乳剤には、2500 H&Dと評価された乳剤の10倍の露出が必要になります。^[7]

感度を決定する方法は、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、この後者の変種は「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月まで旧ソ連で公式に^標準として受け入れられ、その後GOST 2817–50に置き換えられました。

シャイナーグレード（Sch.）システムは、もともと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、1894年にドイツの天文学者ユリウス・シャイナー（1858–1913）によって考案されました。シャイナーのシステムは、現像時に目に見える暗化を生成する最小の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、度ごとの増加は光感度の増加の乗法係数に対応していました。この乗法係数は、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、シャイナースケールで1°Sch.異なる乳剤は、互いに-倍感度が高く（または低く）なります。3°Sch.の増加は感度の2倍に近づきました^{[7] [9]}。 ${\displaystyle {\sqrt[{19}]{100}}=1.2742...}$ ${\displaystyle ({\sqrt[{19}]{100}})^{3}=2.06914...}$

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、その実用的な欠点のいくつかは、オーストリアの科学者ヨゼフ・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 [de]（1896–1960）によって解決されました（1919/1920年に、2人は共同で、エーダー・ヘヒト級の乳剤感度を測定するエーダー・ヘヒト中性ウェッジ感光計を開発しました）。メーカーがフィルム感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しかありませんでした^[3]。そのため、改良された半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、それらはもはやシャイナーの元の手順に従わず、比較可能性の考えを無効にしました^{[3] [10]}

1934 年に標準化された DIN システムが導入されると、シャイナーのシステムはドイツでは最終的に廃止されました。しかし、他の国々ではさまざまな形で、しばらくの間広く使用され続けました。

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、ドイツ規格協会によって提唱され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。Phototechnik ^{[10] の}委員会によって提案されています。1930 年以降、ドイツ写真協会^[11]のセンシトメトリー^{[12] [13]}およびロバート・ルーサー [de] ^{[13] [14]} (1868–1945) およびエマニュエル ゴールドバーグ^[14] (1881–1970) によって発表されました。影響力のあるVIII。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ました。 ^{[10] [15]}

DINシステムはシャイナーのシステム^[3]にヒントを得たものですが、感度はデシベルと同様に、感度の10を底とする対数に10を掛けた値として表されました。したがって、20°の増加（シャイナーのシステムでは19°ではなく）は感度が100倍増加したことを表し、3°の差は10を底とする対数2（0.30103...）にかなり近づきました。^[9]

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

シャイナーシステムと同様に、感度は「度」で表されました。当初、感度は「10分の1」の分数で表されていました（たとえば、「18/10° DIN」）^[16]。この場合、結果の値 1.8 は、感度の相対的な 10 を底とする対数を表します。「10分の1」は後に DIN 4512:1957-11 で廃止され、上記の例は「18° DIN」と表記されます。^[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、当時の最新の米国 ASA PH2.5-1960 規格の変更に対応するために、フィルム感度の定義にも大きな変更が加えられました。その結果、白黒ネガフィルムのフィルム感度は実質的に 2 倍になりました。つまり、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。

このシステムは、もともと白黒ネガフィルムのみを対象としていましたが、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ました。

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] ISO 5800:1979 ^[19]に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°」（ここでも度記号付き）のように線形および対数形式で表記されています。これらのISO規格はその後、DINにも採用されました。最終的に、最新の DIN 4512 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 DIN ISO 5800:1998-06 に置き換えられました。

BS 935:1941が第二次世界大戦 中に発行され、ネガ材料の露光テーブルを規定したとき、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スピード基準が採用されました。英国 規格も、シャイナーとDINの例に倣って対数スピード数値を使用しました。アメリカのASA Z38.2.1:1943規格が発行されたとき、ウェストンとGEとの互換性を保つために、分数勾配スピード基準と算術スピード数値が使用されました。^[20]

英国規格BS 1380:1947は、 1943年の米国規格の分数勾配基準を採用し、対数に加えて算術速度数も含めました。 [ 21 ]^{後のBS 1380:1957規格で提案された}対数速度数は、BS数が対応するDIN数より+9度大きかったことを除いて、DIN 4512:1957規格とほぼ同じでした。1971年に、BSおよびDIN規格はこれを+10度に変更しました。^[22]

国際規格を作成するための努力が強化された結果、英国、米国、ドイツの規格はISO 6:1974で同一となり、BS 1380:Part1:1973に相当しました。^[23]

ASAシステムの登場以前には、エドワード・ファラデー・ウェストン（1878年 - 1971年）とその父で英国生まれの電気技師、実業家、米国に拠点を置くウェストン電気計測器株式会社の創設者であるエドワード・ウェストン博士（ 1850年 - 1936年）[24]によって、ウェストン^{モデル617という最も初期の光電式露出計の1つとともにウェストンフィルム感度等級のシステムが導入されました。[ 25]}このメーターとフィルム等級システムは、ウィリアム・ネルソン・グッドウィン・ジュニア^{[26]によって発明されました。 [27]}彼は同社で働き、後にエンジニアリングへの貢献により ハワード・N・ポッツメダルを受賞しました。

同社は当時のほとんどのフィルムのスピード評価をテストし、頻繁に公表した。ウェストンフィルムのスピード評価は、それ以降、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。フィルムメーカーはフィルムスピードに関して独創的なこともあったため、同社は「ウェストンフィルム評価」小冊子で、フィルム評価の無断使用についてユーザーに警告するまでになった^{[29] 。}

ウェストン・カデット（1949年発売のモデル852）、ダイレクト・リーディング（1954年発売のモデル853）、マスターIII（1956年発売のモデル737とS141.3）は、同社の露出計シリーズの中で、当時確立されていたASAスケールに切り替えて使用した最初のモデルだった。他のモデルは、1955年頃までオリジナルのウェストンスケールを使用していた。同社は1955年以降もウェストンフィルムの評価を発表し続けたが^[30]、その推奨値はフィルムボックスに記載されているASAフィルム速度とわずかに異なることが多かったが、これらの新しいウェストンの値はASAシステムに基づいており、ウェストンの推奨に従って1/3露出ストップを減算することで、古いウェストンメーターで使用するために変換する必要があった。^[30]逆に、「古い」ウェストンフィルムの感度評価は、同じ量を加えることで「新しい」ウェストンとASAスケールに変換できます。つまり、100ウェストンのフィルム評価（1955年まで）は、125 ASA（ASA PH2.5-1954以前）に相当します。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評価では、ASAシステムを使用しているため、この変換は必要ありませんでした。ただし、ASA PH2.5-1960改訂版の変更は、新しいASAまたはISO値と比較するときに考慮される可能性があります。

^{ASAスケール[31]}が確立される前、ウェストンフィルムスピード評価に似た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）という独自の評価システムを開発しました。

これらのメーターで使用されるフィルム感度の値は、定期的に更新されるゼネラル・エレクトリック・フィルム・バリューズ^[32]のパンフレットとゼネラル・エレクトリック・フォト・データ・ブック^[33]に掲載されていました。

ゼネラル・エレクトリックは1946年にASAスケールの使用に切り替えた。1946年2月以降に製造されたメーターには、既にASAスケール（「露出指数」と表示）が装備されている。「フィルム速度」または「フィルム値」のスケールを備えた一部の古いメーター（例：モデルDW-48、DW-49、および初期のDW-58とGW-68の派生型）については、ASAスケール付きの交換可能なフードが製造元から提供されていた。^{[32] [34]}同社はその日以降も推奨フィルム値を発表し続けていたが、それらはASAスケールに合わせたものであった。

アメリカ規格協会（現在のANSI）は、コダック社のロイド・アンシル・ジョーンズ（1884–1954）による以前の研究成果に基づき、ウェストン社のフィルム感度評価システム^[30]とゼネラル・エレクトリック社のフィルム値[ ^32]に着想を得て、1943年に白黒ネガフィルムのフィルム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、その後規格はASA PH2.5-1954に発展しました。当初、ASA値はアメリカ標準スピード値またはASA露出指数値と呼ばれることが多かったです。（露出指数（EI）も参照。）

ASA スケールは線形スケールです。つまり、フィルム感度が 200 ASA と表示されたフィルムは、100 ASA のフィルムの 2 倍の速さです。

ASA 規格は 1960 年に ASA PH2.5-1960 で大幅に改訂され、フィルム感度の決定方法が改良され、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ため、多くの白黒ネガフィルムの公称感度が実質的に 2 倍になりました。たとえば、 1960 年以前に 200 ASA と評価されていたIlford HP3 は、乳剤に変更を加えることなく、1960 年以降 400 ASA とラベル付けされました。その後数年間で、DIN システムの DIN 4512:1961-10 と BS システムの BS 1380:1963 に同様の変更が適用されました。

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 ASA グレード (100 ASA = 5° ASA) も導入されました。1° ASA の差は完全な露出ストップを表し、したがってフィルム スピードが 2 倍になります。しばらくの間、ASA グレードはフィルム ボックスにも印刷され、APEXスピード値S _v (度記号なし) の形式でも使用されていました。

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、米国が国際標準 ISO 6 を採用したことを表す、全米写真工業会 (NAPM) の NAPM IT2.5–1986 に置き換えられました。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、最終的に ANSI IT2.27–1988 となり、その後廃止されました。

カラーリバーサルフィルムの速度は 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 になりました。

国際レベルでは、ASA システムは 1982 年から 1987 年の間に ISO フィルム速度システムに置き換えられましたが、算術的な ASA 速度スケールは ISO システムの線形速度値として存続しました。

GOST（キリル文字： ГОСТ）は、GOST 2817-45およびGOST 2817–50で定義された算術的なフィルム感度スケールです。^[35][36]Hurter & Driffield（H&D、キリル文字：ХиД）番号[35]に代わって、^1951年10月から旧ソ連されました。^{[引用が必要]}

GOST 2817-50はASA規格に似ており、ASAの0.1とは対照的に、ベースプラスフォグの0.2上の濃度の感度ポイントに基づいていました。^{[37] GOSTマークは、1987年以前にソビエト連邦で製造された写真機器（フィルム、カメラ、}露出計など）にのみ見られます。 ^[38]

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

^{これはGOST 10691.6–88 [40]}と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日に施行されました。

ASA と DIN のフィルム速度規格は、1974 年以降 ISO 規格に統合されています。

カラーネガフィルムの感度を測定するための現在の国際規格は、国際標準化機構（ISO）のISO 5800:2001 ^[19]（1979年に初版発行、1987年11月に改訂）である。関連規格ISO 6:1993 ^[17]（1974年に初版発行）およびISO 2240:2003 ^[18]（1982年7月に初版発行、1994年9月に改訂、2003年10月に修正）は、それぞれ白黒ネガフィルムとカラーリバーサルフィルムの感度のスケールを定義している。

デジタルスチルカメラのISO感度の決定については、ISO 12232:2019（1998年8月に初版発行、2006年4月に改訂、2006年10月に修正、2019年2月に再改訂）に記載されている。^{[42] [43]}

ISOシステムでは、算術スケールと対数スケールの両方が定義されています。^[44]算術ISOスケールは算術ASAシステムに対応しており、フィルム感度の2倍は数値のフィルム感度の2倍で表されます。DINスケールに対応する対数ISOスケールでは、数値に3°を加えると感度が2倍になります。たとえば、ISO 200/24°のフィルムは、ISO 100/21°のフィルムの2倍の感度があります。^[44]

通常、対数速度は省略されます。たとえば、「ISO 100」は「ISO 100/21°」を表しますが、^[45]対数ISO速度は標準に従って「ISO 21°」と表記されます。

算術速度Sから対数速度S °への変換は^[17]で与えられる。

${\displaystyle S^{\circ}=10\log S+1}$

最も近い整数に丸められる。対数は10を底とする。対数速度から算術速度への変換は^{[46]で与えられる。}

${\displaystyle S=10^{\left({S^{\circ }-1}\right)/10}}$

以下の表 1 の最も近い標準演算速度に丸められます。

表の注記:

1. APEX、ISO、ASA の下に太字で表示されている速度は、それぞれの機関の速度規格で実際に割り当てられた値です。その他の値は、割り当てられた速度と同じ進行を使用して計算された割り当て速度の延長です。
2. APEX  S _v値 1 ～ 10 は、ASA PH2.5-1960 に記載されている対数 ASA グレード 1° ～ 10° に対応します。
3. ASA 演算速度 4 から 5 は、ANSI PH2.21-1979 (表 1、8 ページ) から取得されます。
4. 6 から 3200 までの ASA 演算速度は、ANSI PH2.5-1979 (表 1、5 ページ) および ANSI PH2.27-1979 から取得されます。
5. 4 から 3200 までの ISO 演算速度は、ISO 5800:1987 (表「ISO 速度スケール」、4 ページ) から取得されます。
6. 6 から 10000 までの ISO 演算速度は、ISO 12232:1998 (表 1、9 ページ) から取得されます。
7. ISO 12232:1998 では 10000 を超える速度は規定されていない。しかし、 S_ノイズ 10000の上限は12500 とされており、ISO は 1250 から 10000 までと同様に、12500、25000、50000、100000 という速度の段階を想定していた可能性がある。これは ASA PH2.12-1961 と一致していた。 ^[52]デジタルカメラの場合、ニコン、キヤノン、ソニー、ペンタックス、富士フイルムは、既存の段階の延長に丸めるのではなく、これまでに実現された最高速度 (6400) から 2 の累乗の正確な段階的に高速を表現することを選択した。10000 を超える速度定格は、最終的に ISO 12232:2019 で定義されました。^[42]
8. 最近の35 mm フィルムSLRのほとんどは、DX コード付きフィルムでは ISO 25/15° から 5000/38° の自動フィルム速度範囲をサポートし、露出補正を使用せずに手動で ISO 6/9° から 6400/39° までの範囲をサポートします。TTLフラッシュをサポートするフィルム速度範囲は狭く、通常は ISO 12/12° から 3200/36° 以下です。
9. キヤノンペリックスQL（1965年）とキヤノンFT QL （1966年）のブースター^[54]アクセサリは、25〜12800ASAのフィルム速度をサポートしました。
10. キヤノンA-1 （1978年）のフィルムスピードダイヤルは、6から12800ASAまでのスピード範囲をサポートしていました（ただし、マニュアルではすでにISOフィルムスピードと呼ばれていました）。^[55]このカメラでは、露出補正と極端なフィルムスピードは相互に排他的でした。
11. ライカR8（1996年）とR9（2002年）は、8000/40°、10000/41°、12800/42°（R8の場合）または12500/42°（R9の場合）のフィルム速度を公式にサポートし、±3EVの露出補正を利用して、ISO 0.8/0°からISO 100000/51°まで半分の露出ステップで範囲を拡張することができました。^{[47] [48]}
12. デジタルカメラメーカーの12800から409600までの演算速度は、ニコン（2009年12800、25600、51200、102400、^[56] 2012年204800、^{[60] 2014年409600 [62] ）、キヤノン（2009年12800、25600、51200、102400、[57] 2011年204800、[ 59]} 2015年4000000 [64] ）、ソニー（2009年12800、[66] 2010年25600、[67] 2014年409600 ^[63]）、ペンタックス（2010年12800、^[68] 2010年25600、 [69] 2014年409600 [60] ）、ソニー（2010年12800、[60] 2010年25600、[61] 2014年409600 [62] ）、ペンタックス（2010年12800、[62] 2010年25600、 [63] 2014年409600 ^[64]）、ソニー（2010年12800、 [63] 2010年25600、[64] 2014年409600 [65] ）、ペンタックス（2010年12800 、 ^{[65] 2010年25600、 [66]} 2010年409600 [67] 2014年409600 ^[68]） 、ソニー（2010年12800、[66] 2010年25600、[67] （2010年には12800台、25600台、51200台、^[68] 2014年には102400台、204800台^[61]）、富士フイルム（2011年には12800台^[69]）である。

ASA および DIN のセクションで説明したように、ASA および DIN スケールの定義は 1950 年代から 1960 年代初頭にかけて数回変更されたため、異なるスケール間で変換する必要がありました。ISO システムは新しい ASA および DIN の定義を統合しているため、古い ASA および DIN スケールを ISO スケールと比較する場合にもこの変換が必要です。

写真は1952年の写真集^[70]に掲載されたASA/DIN変換を示しており、21/10°DINがASA 100ではなくASA 80に変換されている。

一部のクラシックカメラの露出ガイドには、製造当時有効だった古い変換が示されています。たとえば、クラシックカメラTessina (1957 年以降) の露出ガイドでは、21/10° DIN は ASA 80 に、18° DIN は ASA 40 に関連付けられています。クラシックカメラのユーザーは、標準変更の歴史的背景を認識していないと混乱する可能性があります。

フィルムのスピードは、フィルムの光学濃度と露出の対数とのプロットから求められます。これは、 D -log H曲線またはHurter-Driffield曲線として知られています。この曲線には通常、ベース + フォグ、トウ、線形領域、ショルダー、露出過多領域の 5 つの領域があります。白黒 ネガフィルムの場合、「スピード ポイント」m は、ネガを現像したときに濃度がベース + フォグ濃度より 0.1 超える曲線上の点です。そのため、露出の対数がポイント m での露出より 1.3 単位大きいポイント n の濃度は、ポイント m での濃度より 0.8 高くなります。露出H _m (ルクス/秒単位)は、指定されたコントラスト条件が満たされたときのポイント m の露出です。ISO 算術スピードは、次の式で決定されます。

${\displaystyle S={\frac {0.8\;{\text{lx⋅s}}}{H_{\mathrm {m} }}}}$

この値は、ISO 6:1993 の表 1 の最も近い標準速度に丸められます。

カラーネガフィルムの感度の決定は概念的には似ていますが、青、緑、赤の個別の曲線が関係するため、より複雑です。フィルムは、指定されたコントラストではなく、フィルム製造元の推奨事項に従って処理されます。カラーリバーサルフィルムの ISO 感度は、曲線のしきい値ではなく、中央から決定されます。この場合も、青、緑、赤の個別の曲線が関係し、フィルムはフィルム製造元の推奨事項に従って処理されます。

フィルム速度は、適切な露出パラメータを見つけるための露出方程式で使用されます。写真家が希望する効果を得るために使用できる変数は、照明、フィルム速度、F 値(絞りサイズ)、シャッター速度(露出時間) の 4 つです。方程式は、比率で表すか、両辺の対数 (底 2) を取って APEX システムを使用して加算することで表すことができます。APEX システムでは、1 ずつ増加すると露出が 2 倍になります。この増加は一般に「ストップ」と呼ばれます。有効な F 値は、レンズの焦点距離と絞り直径の比率に比例し、直径自体は絞り面積の平方根に比例します。したがって、F 値を 1 に設定したレンズは、絞り値/1.4焦点面に当たる光量を2倍にできるレンズは、f /2. したがって、2 の平方根 (約 1.4) の各 f 値係数も絞り値であるため、レンズは通常、その順序でマークされます。f /1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22、32 など。

ISO 算術速度は、測光器を持っていない写真家にとって便利な特性を持っています。レンズの絞りを f/16 に設定し、シャッター速度を ISO フィルム速度の逆数 (例: ISO 100 フィルムの場合は 1/100 秒) にすると、明るい太陽の下の前照灯のシーンで通常適切な露出が得られます。これは、サニー 16 ルールとして知られています。

露出指数 (EI) は、フィルムの実際の速度とは異なる、特定のフィルムおよび撮影状況に割り当てられた速度評価を指します。これは、機器のキャリブレーションの不正確さやプロセス変数を補正したり、特定の効果を達成したりするために使用されます。露出指数は、速度評価に対して、単に速度設定と呼ばれることもあります。

たとえば、写真家は ISO 400 フィルムを EI 800 で評価し、その後プッシュ処理を使用して低光量条件で印刷可能なネガを取得する場合があります。フィルムは EI 800 で露光されています。

別の例としては、カメラのシャッターが誤って調整され、フィルムが常に露出オーバーまたは露出不足になる場合が挙げられます。同様に、露出計も不正確である可能性があります。これらの欠陥を補正し、常に正しく露出されたネガを生成するために、EI 設定を適宜調整することができます。

露光後、フィルムに到達する光エネルギーの量によって乳剤への影響が決まります。光の明るさをある係数で乗算し、カメラのシャッター速度と絞りを変えることでフィルムの露光量を同じ係数だけ減らして、受け取るエネルギーが同じになるようにすると、フィルムは同じ濃度に現像されます。この規則は相反性と呼ばれます。乳剤の感度を決定するシステムが可能なのは、相反性は広範囲の慣習的条件で成り立つためです。実際には、相反性は通常の写真フィルムでは 1/1000 秒から 1/2 秒の露光範囲で十分に機能します。ただし、この関係はこれらの限界を超えると崩れ、相反性不軌と呼ばれる現象が発生します。^[71]

乳剤中のハロゲン化銀粒子のサイズはフィルムの感度に影響します。これは粒度と関連しており、粒子が大きいほどフィルムの光に対する感度が高くなります。肖像画やカメラのネガの複製用に設計されたフィルムなどの微粒子フィルムは、感度が比較的低く、つまり「低速」です。これは、「高速」フィルムよりも明るい光や長い露出を必要とするためです。低照度での撮影や高速の動きの撮影に使用される高速フィルムは、比較的粒状の画像を生成します。

コダックは、プリントの粒状性の知覚的差異に基づいて、フィルムの粒状性（カラーネガフィルムのみ）を特徴付ける「プリント粒度指数」（PGI）を定義しました。また、均一に露光されたフィルムの密度変動のRMS測定を使用した粒状性の測定として「粒度」も定義しています。これは、48マイクロメートルの開口部を持つマイクロデンシトメーターで測定されます。^[72]粒度は露出によって変化します。露出不足のフィルムは、露出過剰のフィルムよりも粒状になります。

イルフォード デルタ 3200、P3200 T-Max、T-MAX P3200などの一部の高感度白黒フィルムは、 ISO テスト方法を使用して決定された実際の ISO 感度を超えるフィルム感度で販売されています。それぞれのデータシートによると、イルフォード製品は実際には ISO 1000 フィルムであり、 ^[73]コダック フィルムの感度は公称 ISO 800 から 1000 です。^{[50] [51]}製造元は、パッケージに 3200 という数字が ISO 評価であることを示していません。^[74]コダックと富士も、エクタクロームP800/1600やフジクロームP1600など、プッシュ用に設計されたE6フィルム（したがって「P」の接頭辞）を販売していました。どちらもベーススピードはISO 400です。フィルムカートリッジのDXコードは、撮影と現像を自動化するために、ISOスピードではなく、販売されているフィルムスピード（つまり3200）を示しています。

デジタルカメラシステムでは、センサーの信号ゲインを設定することで、露出とセンサーデータ値との任意の関係を実現できます。センサーデータ値と完成した画像の明るさとの関係も任意であり、センサーデータをsRGBなどの画像色空間に解釈するために選択されたパラメータに依存します。

デジタル写真カメラ (「デジタル スチル カメラ」) の場合、メーカーによって露出指数 (EI) 評価 (一般にISO設定と呼ばれる) が指定され、カメラによって生成された sRGB 画像ファイルの明るさは、同じ露出で同じ EI 評価のフィルムで得られる明るさと同等になります。通常の設計では、センサー データ値を sRGB 値に変換するためのカメラのパラメーターは固定されており、デジタルに変換する前に、アナログ領域でセンサーの信号ゲインを変更することで、さまざまな EI の選択肢に対応します。一部のカメラ設計では、デジタル領域でセンサーの信号ゲインを調整することで、少なくともいくつかの EI の選択肢が提供されます (「拡張 ISO」)。いくつかのカメラ設計では、センサー データ値を sRGB に変換するための明るさパラメーターの選択を通じて EI 調整も提供されます。このバリエーションにより、キャプチャできるハイライトの範囲と、写真のシャドウ領域に導入されるノイズの量との間でさまざまなトレードオフが可能になります。

デジタルカメラは、光に対する感度の点でフィルムをはるかに上回っており、ISO 相当の速度は最大 4,560,000 に達します。これは、従来のフィルム写真の世界では考えられない数字です。より高速なマイクロプロセッサとソフトウェアによるノイズ低減技術の進歩により、この種の処理を写真が撮影された瞬間に実行できるようになり、写真家は、以前の世代のデジタルカメラハードウェアでは処理に非常に時間がかかっていた、より精細な画像を保存できるようになりました。

ISO規格ISO 12232:2006 ^[75]は、デジタルスチルカメラメーカーに対し、特定のカメラモデルが提供する各感度設定での露出指数評価を決定するための5つの異なる手法の選択肢を与えている。ISO 12232:2006の手法のうち3つは1998年版の規格から引き継がれ、JPEG出力ファイルの測定を可能にする2つの新しい手法はCIPA DC-004から導入された。^[76]選択された手法に応じて、露出指数評価はセンサー感度、センサーノイズ、および結果として得られる画像の外観に依存する可能性がある。この規格では、デジタルセンサーなどの個々のコンポーネントではなく、デジタルカメラシステム全体の光感度の測定が指定されているが、コダックは2001年に2つのセンサーの感度を特徴付けるためにバリエーションを使用したと 報告している^{[77] 。}

2006 年版の標準で新しく導入された推奨露出指数(REI) 技術により、メーカーはカメラ モデルの EI 選択を任意に指定できます。選択は、さまざまなセンサー感度設定でどの EI 値が適切に露出されたsRGB画像を生成するかというメーカーの見解のみに基づきます。これは、sRGB カラー スペース以外の出力形式に対して標準で使用できる唯一の技術です。これは、マルチゾーン測光(パターン測光とも呼ばれる) が使用される場合に標準で使用できる唯一の技術でもあります。

標準出力感度(SOS) 技術も、2006 年版の標準で新しく導入された技術で、ISO 2721 に従って調整された自動露出制御システムによって露出が制御され、露出補正なしで EI に設定されている場合に、sRGB 画像の平均レベルが 18% グレープラスマイナス1/3ストップでなければならないことを実質的に指定します。出力レベルはカメラからの sRGB 出力で測定されるため、sRGB画像 (通常はJPEG ) にのみ適用され、 raw 画像形式の出力ファイルには適用されません。マルチゾーン測光を使用する場合は適用されません。

CIPA DC-004規格では、日本のデジタルスチルカメラメーカーはREIまたはSOS技術のいずれかを使用することを義務付けており、DC-008 ^{[78]ではこれらの値を区別するために}Exif仕様を更新しています。その結果、ISO 12232:1998から引き継がれた3つのEI技術は、最近のカメラモデル（約2007年以降）では広く使用されていません。これらの初期の技術では、非可逆圧縮で生成された画像からの測定が許可されなかったため、JPEG形式でのみ画像を生成するカメラではまったく使用できません。

彩度ベース（SATまたはS _sat）技術はSOS技術と密接に関連しており、sRGB出力レベルは18%グレーではなく100%白で測定されます。SOS値は実質的に彩度ベースの値の0.704倍です。^[79]出力レベルはカメラからのsRGB出力で測定されるため、sRGB画像（通常はTIFF）にのみ適用され、raw画像形式の出力ファイルには適用されません。^[要出典]マルチゾーン測光を使用する場合は適用されません。

2 つのノイズベースの技術は、消費者向けデジタル スチル カメラではほとんど使用されていません。^{[引用が必要]}これらの技術は、選択した技術に応じて「優れた」画像または「使用可能な」画像を提供しながら、使用できる最高の EI を指定します。^{[引用が必要]}

この規格の更新版はISO 12232:2019として発行され、より広い範囲のISO感度を定義しています。^{[42] [43]}

デジタルカメラのISO感度は、センサーの特性とカメラ内で行われる画像処理に基づいており、センサーに到達する光露出H（ルクス 秒）で表されます。有効焦点距離 fがカメラと撮影シーン間の距離よりもはるかに短い一般的なカメラレンズの場合、Hは次のように表されます。

${\displaystyle H={\frac {qLt}{N^{2}}}}$、

ここで、Lはシーンの輝度（カンデラ/ m²）、tは露出時間（秒）、Nは絞りF値、

${\displaystyle q={\frac {\pi }{4}}T\,v(\theta )\,\cos ^{4}\theta }$

はレンズの透過率 T 、周辺減光係数v（θ ）、レンズ軸に対する角度θに依存する係数である。典型的な値はθ  = 10°、T  = 0.9、v = 0.98に基づいてq  = 0.65である 。^[80]

飽和速度は次のように定義されます

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

ここで、はカメラ出力がクリップまたはブルーム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-デジタルコンバーターの間の増幅器のゲインにより、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% 反射面に基づく露出設定で、グレーレベルが 18%/√2 = 12.7% の彩度を持つ画像が得られるように選択されています。 係数√2は、 100% 反射の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に、半ストップの余裕があることを示しています。 ^[75]${\displaystyle H_{\mathrm {sat} }}$

ノイズベースの速度は、個々のピクセルで所定の信号対ノイズ比をもたらす露出として定義されます。40:1 (「優れた画質」) と 10:1 (「許容できる画質」) の 2 つの比率が使用されます。これらの比率は、25 cm (9.8 インチ) の距離から見たときに 70 ピクセル/cm (178 DPI) の解像度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。^[75]

上記の速度定格に加えて、この規格では標準出力感度（SOS）も定義されています。これは、露出が出力画像のデジタルピクセル値とどのように関係するかを示します。次のように定義されます。

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

ここで、8ビットピクセルで118の値につながる露出であり、これは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パーセントです。^[75]${\displaystyle H_{\mathrm {sos} }}$

この規格では、カメラが速度評価をどのように報告すべきかが規定されている。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が報告され、標準値 (例: 200、250、320、または 400) に切り下げられる。その理由は、より低い飽和ベースの速度に従って露出しても、目に見えて優れた画像にはならないからである。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る。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、またはノイズが多いために定義されていない場合は、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、飽和ベースの速度が指定され、標準値に切り上げられる。カメラは、最も近い標準速度評価に切り上げられた SOS ベースの速度 (明示的に SOS 速度として) を報告することもできる。^[75]

たとえば、カメラセンサーには、、、などの特性があります。標準によれば、カメラは感度を次のように報告する必要があります。 ${\displaystyle S_{40:1}=107}$${\displaystyle S_{10:1}=1688}$${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }=49}$

ISO 100（日光）

ISO 感度範囲 50～1600

ISO 100（SOS、日光）。

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、プロパティは、、、およびになります。この場合、カメラは次のように報告します。 ${\displaystyle S_{40:1}=40}$${\displaystyle S_{10:1}=800}$${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }=200}$

ISO 200（日光）、

ユーザーが調整可能なSOS値もあります。いずれの場合も、カメラは、日光やタングステン（白熱灯）など、速度評価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。^[75]

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、またはマーケティング目的で作られた数字のいずれを指すの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ファイルを生成しないカメラにそれらの測定値を正しく適用することはできませんでした。 2006 年の CIPA DC-004 の発行に続いて、日本のデジタル スチル カメラ製造業者は、感度評価が REI か SOS かを指定することが義務付けられています。^{[引用が必要]}

特定のセンサーでSOS設定を大きくすると、アナログフィルムと同様に、画質が多少低下します。ただし、この低下は画像ノイズとして目に見えるもので、粒状感ではありません。APSサイズと35mmサイズのデジタル画像センサーは、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。^[81]

• フレームレート
• レンズ速度
• 希望番号

• デジタルカメラの ISO の意味は何ですか? デジタル写真に関する FAQ
• デジタル画像センサーの信号依存ノイズのモデリング、推定、除去

• ヘニーとダドリーの「写真ハンドブック」（1939 年）フィルム速度システムの比較スプレッドシート