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清晰度 它是怎么测量的?

gecimao 发表于 2019-09-03 22:56 | 查看: | 回复:

  ,例如像素级别从其最终值的10%到90%的距离(以像素,毫米或图像高度的分数)。没有一个简单的方法来计算整个成像系统与其组件的上升距离(从镜头,数字传感器和软件磨削)的上升距离。

  为了解决这个问题,在频域进行测量,其中以每个距离(毫米,英寸,像素或图像高度)的周期或线对测量频率。线对每毫米(lp / mm)是电影中最常见的空间频率单位,但循环/像素(C / P)和线宽/图像高度(LW / PH)对于数字传感器更为方便。

  下面的图像是正弦波 - 纯音的模式 - 从低空间频率到高空间频率。顶部是原始正弦图案。底部示出了透镜退化,这降低了高空间频率下的图案对比度。

  给定空间频率(输出对比度/输入对比度)的相对对比度称为调制传递函数(MTF)或空间频率响应(SFR)。它是测量清晰度的关键。

  通常与空间频率响应(SFR)相同的调制传递函数(MTF)可以通过下面的图解来解释。

  中间图显示具有透镜模糊(红色曲线)的条形图案的亮度(下面的等式中的V)。高空间频率下的对比度降低。正弦图(由纯频率组成)的调制用于计算MTF。

  下图显示对应的正弦图案对比度,即MTF(SFR)(蓝色曲线),其定义如下。

  频率和MTF都以对数标度显示,指数符号(100= 1; 101= 10; 102= 100等)。幅度以线性刻度显示。

  使用MTF(空间频率响应)的优点是,完整成像系统的MTF是其各个组件的MTF的乘积。

  (?F)=(V最大- V分钟)/(V最大+V分钟)亮度(“调节”)V。

  MTF(f)= 100%C(f)/C(0)在低空间频率下,将MTF归一化为100%

  为了在低空间频率下归一化MTF,测试图必须具有低频参考。这是由大光,在倾斜的边和也是在大多数所使用的其它模式的特点暗区满足Imatest的,但它不是由线路和电网满足,这就是为什么不用于有Imatest的MTF分析。

  主要的ImatestMTF计算是倾斜边缘,它使用称为傅里叶变换的数*算。MTF是脉冲响应的傅立叶变换 - 对窄线的响应,其是边缘响应的导数(d / dx或d / dy)。幸运的是,您不需要理解傅里叶变换或微积分来了解MTF。

  传统的“分辨率”测量涉及观察条形图(通常是美国空军1951图)的图像,并寻找最高的空间频率(以lp / mm),其中条可见地不同。该测量也称为“消失分辨率”,对应于大约10-20%的MTF。因为这是图像信息消失的空间频率,在那里它不可见,并且因为它强烈依赖于观察者的偏差,所以它是图像清晰度的不良指标。(这是Woozle不在小熊维尼的世界。)美国空军的图表也不太适合用于计算机分析,因为它使用空间低效,并且条形三联体缺少低频率参考。

  经验表明,图像清晰度的最佳指标是MTF为其低频值(MTF50)的50%或其峰值(MTF50P)的50%的空间频率。

  MTF50或MTF50P是比较不同相机和镜头的清晰度的好参数,原因有两个:(1)图像对比度是其低频或峰值的一半,因此细节仍然很明显。在MTF低的空间频率下,眼睛对细节相对不敏感:10%以下。(2)大多数摄像机的响应在MTF50和MTF50P附近迅速下降。MTF50P是用于强锐化相机的更好的度量标准,它们的MTF响应中边缘附近具有“光晕”和相应的峰值。

  虽然MTF可以直接从正弦图像的图像(使用ReschartsLog Frequency,Log F对比度和星形图)估算出来,但是基于ISO 12233标准的“摄影 - 电子静态照相机 - 分辨率测量”的复杂技术,提供更准确和可重复的结果,并更有效地使用空间。(有关详细信息,请参阅“倾斜与西门子之星”)。可以拍摄如下所述的倾斜图像,然后通过Imatest SFR,SFRplus或eSFR ISO进行分析。

  旧的ISO-12233:2000图表中的两个有用区域由红色和蓝色箭头指示。ISO 12233图表中使用和相机评论。典型的区域显示在右侧:用于计算水平MTF响应的垂直边缘(倾斜约5.7度)的裁剪。

  倾斜测试图可以从Imatest购买或使用Imatest测试图创建。强烈推荐使用SFRplus图表。

  简单来说,ISO 12233倾斜方法通过找到平均边缘(使用巧妙的分级算法过滤4XX)来计算MTF,区分它(这是线扩展函数(LSF)),然后获取傅里叶变换的绝对值LSF。边缘倾斜,因此平均值来源于采样阶段的分布(边缘和像素位置之间的关系)。该算法的详细说明这里。

  Imatest Master可以计算几乎任何角度的边缘的MTF,尽管精确的垂直,水平和45应避免采用相位灵敏度。

  Imatest SFRplus可以从特别设计的SFRplus图表中测量MTF(以及许多其他图像质量参数),可以从Imatest(推荐)购买或使用Imatest测试图(宽体打印机,良好的打印技能和颜色管理知识)创建需要)。

  SFRplus提供了许多优点2000测试图:在旧的ISO 12233较低的对比度提高了结果的准确性,多个边缘(较少浪费的空间)使得可以在图像表面映射MTF,和区域检测是高度自动化的。测量仍符合ISO标准。

  Imatest有许多测量MTF的方法,每一种都倾向于在消费者相机中给出不同的结果,因为图像处理取决于局部场景内容,这在整个图像中很少是恒定的。锐化(高频增强)在对比特征附近趋向于最大,而在不存在的情况下,降噪(可能模糊细纹理的高频切割)倾向于最大。由于这个原因,MTF测量可能会与不同的测试图非常不同。

  原则上,当不应用不均匀或非线性图像处理时,MTF测量应该是相同的,例如当图像用没有锐化和降噪的dcraw进行去马赛克化时。但是在实践中这不会发生,因为使用彩色滤镜阵列(CFA)的所有相机中存在的去马赛克涉及一些非线性处理。例如,噪点与边缘的处理方式不同。

  旧ISO 12233:2000标准推荐的高对比度(40:1)产生不可靠的结果(裁剪,伽马问题)。新的ISO 12233:2014标准建议4:1的对比度。这是我们对所有新工作的建议(使用SFRplus或eSFR ISO)。

  大多数读者会熟悉时间频率。以循环/秒或赫兹测量的声音的频率与其感知音高密切相关。无线电传输的频率(以千赫,兆赫,千兆赫为单位测量)也很熟悉。空间频率相似:它以每个距离而不是时间的周期(或线对)进行测量。空间频率响应与时间(如音频)频率响应非常相似。响应越多,可以传达的细节越多。

  胶片相机镜头测试使用线对每毫米(lp / mm)。这对于比较镜头效果很好,因为大多数35mm胶片相机具有相同的24x36 mm图像尺寸。但数字传感器的尺寸变化很大,相机手机的对角线毫米,全画幅数码单反相机的对角线毫米。因此,建议每张图片高度(LW / PH)的线条宽度用于测量相机可以再现的总细节。LW / PH等于2 * lp / mm *(图片高度(mm))。

  另一个有用的空间频率单位是每像素周期(C / P),它给出了单个像素的利用程度。尽管在Imatest SFR,SFRplus,eSFR ISO和所有Rescharts模块中都有这样的测量,但是不需要使用数码相机的实际距离(毫米或英寸)。

  受欢迎用于比较标准电影格式的旧版分辨率(例如,35mm胶片的24x36mm)。

  如果不是在EXIF数据(来自开发系统的二进制原始文件的情况下),则必须手动输入,通常在设置窗口底部的EXIF参数区域中。

  必须输入像素间距或间距,并从EXIF数据获取镜头焦距或手动输入,如上所述。

  用于将照相机系统与人眼进行比较,其具有大约20个循环/度的MTF50(取决于个人的视力和照明)。

  当系统规范引用被拍摄对象时(例如,如果需要检测到某个宽度的裂纹),重要。

  PH=图像高度(以像素为单位)像素间距=每像素的距离= 1 /(每个距离的像素)。不同的单位与图像传感器和像素大小不同。

  MTF曲线得出几个汇总指标,以表征整体表现。这些指标用于许多显示器,包括SFR / SFRplus / eSFR ISO Edge / MTF图(如下所示)和SFRplus 3D地图中的辅助读数。

  可能会导致误导,因为它会“过度磨炼”,导致边缘可见而且可能令人讨厌的“光环”。

  与MTF50相同,用于低到中等软件锐化,但是当软件锐化峰值(最大MTF 1)时,MTF50低于MTF50。

  MTF曲线下的面积归一化为其峰值(仅影响MTF 1的强锐化峰的面积)

  一个特别有趣的新指标,因为它很少跟踪磨削MTF50,但是对于强烈的过度锐化而言并不增加,也就是说,它不会奖励过度锐化。

  Imatest SFR,SFRplus,eSFR ISO,SFRreg和Checkerboard结果

  (左上)一幅狭窄的图像,说明平均边缘的色调。它与下面的平均边缘轮廓(空间域)图对齐。

  (中左)平均边缘(空间域):此处显示的平均边缘轮廓线性化,即与光能成比例。一个关键的结果是边缘上升距离(10-90%),以像素表示,每个图片高度的上升距离数量。其他参数包括过冲和下冲(如适用)。该图可以可选地显示线扩展函数(LSF:边缘的导数)。

  (左下)MTF(频域):空间频率响应(MTF),显示为奈奎斯特频率的两倍。一个关键的摘要结果是MTF50,其对比度下降到其低频值的50%的频率,这与感知到的图像清晰度很好地对应。以每像素的周期数(C / P)和每幅图像高度的线宽度(LW / PH)给出。其他结果包括Nyquist的MTF(0.5周期/像素;采样率/ 2),这表明混叠和用户选择的次要读数的可能严重性。奈奎斯特频率显示为垂直蓝线。

  对于中等锐化的相机,MTF50P(仅当未选中标准化锐化显示时才显示)与MTF50相同。

  点击下面的缩略图或图像,看看可见锐度与Edge和MTF测量之间的关系,佳能EF 17-85mm变焦在26mm,f / 5.6,这不是一个很好的镜头,锐度在角落里不好掉下,但是成为一个很好的例子。第一幅图像显示了图像表面上的MTF50的3D地图。剩余的图像显示了几个区域的放大边缘和边缘轮廓和MTF测量。为了获得该地块,运行一个SFRplus或ESFR ISO图像Rescharts(可以点击SFRplus设置),然后选择8.图像和几何与裁剪以ROI选项(或您检查在一个盒子边缘和MTF曲线。

  修改变迹的强大的降噪技术可用于倾斜测量(SFR,SFRplus,eSFR ISO,SFRreg和Checkerboard)。这种技术在低噪声图像上几乎没有差别,但是它可以显着提高噪声图像的测量精度,特别是在高空间频率(f Nyquist / 2)时。当在SFR输入对话框或Rescharts(SFRplus等)中选中了更多的设置窗口时,应用MTF降噪(修改后的变迹)复选框。必须取消选中ISO标准SFR(窗口左下角)。

  不是ISO 12233标准的一部分。如果选中了ISO标准复选框(对话框左下角),则不会降噪。

  变迹*来自于aSantaD. LaVeigne,Stephen D. Burks和Brian Nehring的“a用于计算MTF的傅立叶变换方法的比较”,可用于a。基本假设是,所有重要的细节(至少对于高空间频率)都接近边缘。原始技术涉及将线扩展功能(LSF)设置为零超过与边缘指定距离。修改后的技术可以强力平滑(低通滤波器)LSF。这对原始技术的低频响应影响要小得多,并且允许设置更严格的边界以实现更好的降噪。

  不同透镜(甚至同一透镜的不同样品之间)的像差差异很大;质量控制大量生产的镜头通常是相当草率的。

  在经典的f-stop序列{1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 32 45 64 ...}中,每个停止允许先前停止的一半光,而f停止数乘以2的平方根(1.414 )。当摄影师说:“我增加了一个停止的曝光”,他意味着他顺序下降了一步,例如,将光圈从f / 8改为f / 5.6。src=

  ,它们最锐利,通常在透镜的最大光圈以下大约2-3f-stop。最佳值是相当宽泛的:通常可以通过多达两个f-停止距离,而没有严重的锐度损失。您可以通过运行

  不同孔径的一批图像(Imatest SFRplus或eSFR ISO推荐),然后将组合输出(CSV文件)输入到Batchview中,找到最佳光圈。右边显示一组以f / 4.5-f / 22拍摄的图像:条形显示加权平均值(黑色),中心区域(红色),部分图像的单位高度(LW / PH)方式区域(绿色)和角落(蓝色)。该过程详细描述在这里。对于该镜头,最佳光圈距离最大为2-3个。边缘锐度不显眼。这不是佳能更好的努力之一。

  ,衍射限制MTF显示为SFR,SFRplus和eSFR ISO生成的MTF图中的浅棕色虚线。左边的曲线微米像素间距),镜头设置在f / 22-一个小孔径,只能用于大景深,并且可以牺牲清晰度。

  是波长,N是f-停止数。对于可见光,通常为0.555微米(0.000555毫米),但是对于具有不同光谱响应的相机(如红外线)可以更改。

  ,可以让您检查图形或图像像素值。在Imatest 3.6+的所有图形和交互式GUI中都可以看到。透镜MTF响应

  永远不会超过衍射受限响应,但是由于在大多数数字成像系统中(并且应该存在)的锐化,系统MTF响应通常在中等空间频率下超过它。除了镜头响应之外,系统MTF响应受传感器(其在1个周期/像素处为零),抗混叠滤波器(旨在抑制高于0.5个周期/像素的能量)和信号处理(其可以是非常复杂 - 在图像的不同区域可能会有所不同)。

  向“Imatest”(2006年11月)添加SQF(主观质量因子)之前撰写的。SQF允许对感知的打印清晰度进行更精确的估计。你需要什么MTF50?

  这取决于打印尺寸。如果你打算打印超大的海报(20×30英寸或以上),那么越多越好。任何高品质的4百万像素数码相机(产生良好测试结果的MTF50(corr) 0.3周期/像素)都能生产出优异的8.5×11英寸(letter-size; A4)打印。在这种尺寸下,精细的单反相机在MTF中不会提供很大的优势。我的630万像素佳能EOS-10D(修正的MTF50 = 1340 LW / PH)具有精细的镜头和精心的技术(与佳能的RAW转换器不同,还有一点额外的锐化),非常好的12×18英寸打印(非常好,仔细观察他们)。打印从正常的观看距离很清晰,但像素在放大镜或放大镜下可见;打印机不像爱普生2200打印机能够生产的那样清晰。16×24英寸放大镜可以看到柔和度或像素。EOS-20D在12 x18英寸处有轻微的边缘;这是我可以要求的那么尖锐。除了打算打印较大的外,还有一点理由去去EOS 5D的12万像素摄像头。清晰度比较包含从两个知名网站下载的图像派生的表格,它们比较了许多数码相机。几个优于10D。比较了一些数码相机。几个优于10D。比较了一些数码相机。几个优于10D。下表是质量要求的近似指南。

  我的佳能EOS-10D具有MTF50 = 1335 LW / PH(校正;标准化锐化)。当我在13×19英寸纸上制作12.3英寸高的打印时,MTF50是1335 / 12.3 = 108 LW / in:“非常好”的质量;适用于大小的打印。正常观看距离下的打印效果非常优秀,可以打印此尺寸。这种方法比基于像素计数(PPI)的表更精确(尽管比下面的SQF更精细)。

  像素数量不同;数字大约是MTF50数量的两倍。EOS-10D在这个放大倍率下具有2048 / 12.3 = 167像素/英寸(PPI)。这张表不应该被视为福音书:它是2004年10月首次出版的,今后可能会调整土匪。a急性和主观质量因子(SQF)

  设备或系统清晰度的度量,并且仅在查看显示器或打印件时与感知到的锐度间接相关。感知锐度的更精确的估计必须包括关于显示尺寸,观看距离(通常与显示器或打印高度的平方根成比例)和人类视觉系统(人眼的对比度灵敏度函数(CSF))的假设。伊斯曼柯达科学家于1972年发明的这样一种称为主观质量因子(SQF)的公式被纳入了Imatest。它已经在柯达和宝丽来进行了验证和使用,但由于难以计算,至今仍不清楚。a其唯一的重大公众曝光已经在“ Popular Photography”镜头测试中Imatest还可以计算出由a相机电话图像质量(CPIQ)计划开发的紧密相关的称为Acutance的测量,并在CPIQ 2.0规范文档中定义。在imatest dot com上支持更多信息。EOS-10D

  的Imatest SFRSQF图的一部分显示在右侧。作为显示尺寸的函数绘制SQF。假设观察距离(浅蓝色短划线,右侧刻度)与图像高度的平方根成正比。SQF显示有和没有标准化的锐化。(它们非常接近,这有点不寻常。)SQF对于锐化非常敏感,正如您所期望的那样,由于应用锐化来提高感知锐度。下表将EOS-10D的SQF与上表的MTF50进行了比较。

  给出SQF的解释。一般来说,90-100被认为是优秀的,80-90是非常好的,70-80是好的,60-70是公平的。这些数字(随着更多数据可用而变化)是“正常”观察者以正常距离观看打印的结果(例如,对于10厘米(4英寸)高打印幅度,为30-34厘米(12-13英寸) 。上表中的判断更严格 - 严重摄影师的严格审查结果。当观察距离与印刷高度的立方根成正比(分别为SQF = 90,86和80)时,它们更接近于SQF的“正常”解释,即印刷品比标准平方根假设。大约105度的SQF峰可能表示过度锐化(靠近边缘的强光晕),这可能降低图像质量。

  当去除过度锐化时,SQF测量更有效,这是通过标准化的磨削来实现的。a一些关于锐度的观察

  在拜耳传感器(除Foveon之外的所有传感器)中,波纹图案显示为彩色条纹。

  Foveon传感器中的波纹远远不太麻烦,因为它是单色的,因为红色和蓝色通道的有效奈奎斯特频率低于拜耳传感器。

  ,并且由于锐化通常会提高奈奎斯特频率下的MTF,所以奈奎斯特频率以上的MTF不是混叠问题的明确指标。

  对于R,G,B和亮度(Y)通道计算结果(默认情况下,Y = 0.3 * R + 0.59 * G + 0.11 * B,但Y可以设置为

  (0.2125 * R + 0.7154 * G + 0.0721在* B)

  ISO标准12233有些细节包含在aPeter Burns的“SFRMAT 2.0或3.0用户指南”中所述的Imatest计算包含许多增强功能,列出以下。当选中SFR输入对话框中的ISO标准SFR复选框时,执行原始的ISO计算。通常是不加选择的。

  Peter Burns链接(下文)和附录C,“a公共安全SoR(要求声明)卷II第1.0版(6a)中的a”中找到aSAFECOM,由aITS编写。

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