画像品質テストの開始

概要

Imatestを使い始めたばかりの方、または Imatest の使い方に関する良い参考資料が必要な方は、 Imatest の手順書 - 入門編 を参照することをお勧めします。

なぜイマテストなのか？

導入

Imatestのチャートとソフトウェアを使用すると、カメラやイメージングシステムの特性と品質を測定できます。カメラの解像度や色を測定するには、テストチャートの画像が必要です。Imatestは、1枚の画像でさまざまな画像品質要素をテストできるオールインワンのテストチャートを提供しています。また、ダイナミックレンジなどのシステム特性や、ノイズ除去などの信号処理特性を測定するための専用テストチャートもご用意しています。

信頼性の高い測定値を得るには、適切なテストワークフローが不可欠です。Imatestの測定結果は、各コンポーネントがシステム全体のパフォーマンスに与える影響を理解するのに役立ちます。Imatestソフトウェアの使用を開始するには、インストール手順をお読みください。

デジタル写真と画像信号処理（ISP）

デジタルカメラで画像を撮影すると、センサーの生データが記録されます。センサー上の各ピクセルは、赤、緑、青のフィルターパターンで光の値を記録します。撮影された写真を見るには、複雑な信号処理が必要です。ISPアルゴリズムは、生のベイヤーファイルを「デモザイク処理」することで、各ピクセルの値を決定します。

Imatestは、ISPがシャープネスやノイズなどの画質要素に与える影響を判定できます。レンズの特性や、ダイナミックレンジなどのシステム特性の影響は、RAWファイルをテストすることで判定できます。Imatestは、RAWファイルと処理済みファイルの両方を含む、ほとんどの画像ファイル形式に対応しています。

Imatestは画像品質の向上に役立ちます

Imatestは、システム性能の限界を測定するだけでなく、画質の向上にも役立ちます。Imatestが提供する歪み補正係数を適用することで、自社イメージングシステムの信号処理を最適化できます。

以下の記事を読んで、Imatestがどのように「 フィードバックループを閉じる」のに役立つかを学びましょう。

テストチャート

テストチャートの設定

適切なテストチャートを使用することは、包括的な画像品質測定を行う上で非常に重要です。画像品質テストのニーズに合わせて、適切なチャートサイズと基材を選択することが大切です。例えば、自動車業界の企業は、広視野角アプリケーション向けに解像度と歪みのテストを実施する必要があります。

テストチャートは、 反射材や透過材など、さまざまな基材に作成されます。透過型ターゲットは、反射面よりもはるかに詳細な画像を作成できます。ターゲットの解像度は、イメージングシステムの解像度を大幅に上回っている必要があることに注意してください。そうでない場合、ターゲットの解像度が測定結果に影響を与えます。反射型プリントの主な利点は、低コストでより大きなサイズで作成できることです。Imatest Chart Finderを使用して、ラボに最適なテストチャートのサイズを計算し、チャートの推奨事項を受け取ってください。テストチャートの使用方法の詳細については、 テスト設定に関するナレッジベースを参照してください。

多機能テストチャート

マルチフィーチャーテストチャートを使用すると、1枚の画像で多くの画質要素をテストできます。以下は、当社の主力製品であるeSFR ISOとSFRplusのテストチャートの比較です。

オールインワンチャートで検証した画像品質要因：

• 解像度／MTF／SFR
• 幾何学的歪みと傾き
• 色収差（CA）
• 音色応答とガンマ
• ホワイトバランス、色応答、色誤差
• ISO規格のノイズ、SNR、ダイナミックレンジ
• どちらのテストチャートも自動領域検出機能を備えています。
• コンサルティングサービスを通じてカスタマイズが可能です。

その他のテストチャート：

チェッカーボード

チェッカーボードテストチャートは、シャープネス、横色収差、歪みを測定するためのテスト可能な領域をより多く提供します。クロムメッキガラス製チェッカーボードターゲット また、マクロ検査用の「近赤外線および可視光」カテゴリーも用意されており、これは特に医療業界にとって関心の高い分野です。

広い視野角

焦点距離が短い、または視野が広い画像では、中程度の歪みが発生することがよくあります。歪みが極端に大きい広視野カメラや魚眼レンズ用に、あらかじめ歪みが調整されたテストチャートが用意されています。イメージングシステムの視野が160°を超えると、極端な歪みが発生するため、平面ターゲットの信頼性が低下します。単一のテストターゲットを使用する代わりに、 SFRregテストチャートターゲットを使用して、イメージング平面上の任意の位置でシャープネスをテストできます。Imatestは、あらかじめ定義された位置にバックライト付きターゲットを配置して180°の視野で画像テストを行うための超広視野テスト治具も提供しています。

ダイナミックレンジとコントラスト解像度

36パッチのダイナミックレンジテストチャートは、低ダイナミックレンジ（標準的なモバイルデバイス）、広ダイナミックレンジ（デジタル一眼レフカメラやHDR設定）、超高ダイナミックレンジ（合成画像）システム向けのテストソリューションを提供します。ダイナミックレンジチャートは、ノイズとトーンレスポンスの詳細な測定も提供します。 コントラスト解像度テストチャートは、コントラスト分離の視覚化と測定に役立ち、対象物の視認性を判断するために使用されます。これは、物体認識が重要な自動車およびセキュリティ業界の企業にとって特に重要です。これらのチャートはどちらも透過照明と組み合わせて使用する必要があります。Imatest LEDライトボックスの使用をお勧めします。

ノイズと音色応答

ISO-15739デジタルカメラノイズテストチャートとISO-14524デジタルカメラコントラストテストチャートは、反射照明下での詳細なノイズおよびトーン応答測定に使用できます。

信号処理

Spilled Coins Cross Test Chartは、相互相関計算テクスチャ指標を使用して、非線形ノイズ低減処理を施した画像の安定性を向上させます。これにより、ノイズとテクスチャをより正確に区別できます。また、 Log Frequency Contrast Test Chartsは、ノイズ低減やシャープ化といった信号処理の効果を測定するためにも使用できます。

歪みと色収差

ドットパターンテストチャートとチェッカーボードテストチャート オールインワンのテストチャートよりも詳細な歪みと横色収差の測定値を提供します。チェッカーボードは通常十分ですが、ドットパターンは横色収差を最も包括的にマッピングし、傾斜角度の影響を受けません。

色

の X-Rite ColorChecker Classic Chartは、そのサイズと信頼性から、カラーキャリブレーションの業界標準となっています。映画制作においては、複数のカメラで撮影する場合、カラーキャリブレーションは特に重要です。Imatestは、X-Rite ColorChecker用のカラー補正マトリックスと、拡張版のX-Rite ColorChecker SGを提供しています。また、超接写やマクロ撮影における色誤差測定には、 Rez Checker Targetも利用可能です。医療業界では、内視鏡などの用途において、色の正確な表現が極めて重要となる場合があります。

均一

デジタル写真では、光量低下や色ムラのない均一な画像が非常に重要です。均一性をテストするには、平坦で均一な光源をテスト対象として使用します。均一な光源は画像全体を覆っている必要があります。可能であれば、光源の表面に存在する可能性のある欠陥を測定しないように、レンズを無限遠にピント合わせする必要があります。 Imatest LEDライトボックス、またはより幅広い光スペクトルに対応できるGamma Scientific RS-7均一光源。

フレア

バックライト付きISO 18844フレアテストターゲットは、 ISO 18844規格（パートc）に従ってフレアをテストするために使用されます。反射を最小限に抑えるための黒色のパッチが付いたマイラー製フォトマスクが付属しており、 Imatest LEDライトパネルに簡単に取り付けることができます。

自動車

ISO 16505テストチャートは、道路車両向けISO-16505規格（カメラモニターシステムの人間工学および性能面）の様々な部分で言及されている6つのチャートの集合体です。

点灯

反射照明

反射型テストチャートを使用する場合、正確で再現性の高い測定を行うには、均一でグレアのない照明が不可欠です。 反射照明は、 Imatestが提供する重要な機能の一つです。T55（昼光）やTL84（蛍光灯）などの標準的なCIE光源を使用して、イメージングシステムがさまざまな照明条件にどのように反応するかを正確に判断してください。LED電球や蛍光灯はCIE光源の近似値を提供しますが、実際の昼光に含まれる近赤外線エネルギー（730nm以上）は含まれていません。ただし、ほとんどのデジタルカメラのセンサーには近赤外線カットオフフィルターが搭載されているため、これはそれほど大きな問題ではありません。

SFRおよび歪み測定においては、 照度計を用いて、対象物全体における光強度の変動が±20%以内であることを確認する必要があります。色調および色温度測定においては、光強度の変動は±5%以内である必要があります。試験中は、後で参照できるよう、光強度と色温度の記録を残してください。

透過型照明

透過型基板はより広い範囲の色調を表現できるため、イメージングシステムのダイナミックレンジをテストするには透過型照明を使用する必要があります。透過型照明は均一な光源を提供するため、均一性のテストにも適しています。反射型チャートの品質がテスト要件を満たさない場合は、透過型チャートを使用することで超高解像度を実現できます。テスト中は、後で参照できるよう、光強度と色温度を記録してください。

反射性基板：

インクジェット - マット/セミグロス

• インクジェット印刷は、対象物のサイズを容易にカスタマイズできるため、紙に印刷する媒体として最も広く利用されています。
• 焦点距離の長いレンズやイメージングシステムのテストに最適です。
• 最小サイズ：8インチ×10インチ
• 最大サイズ：44インチ×80インチ
• タイル張りならより大きなサイズも可能です

写真用紙 - ハロゲン化銀

• インクジェットの2倍以上の解像度
• 標準サイズは1倍、2倍、4倍の3種類です。
• 最小サイズ：8インチ×12インチ
• 最大サイズ：32インチ×48インチ
• 特注サイズも承ります

透過性基質：

写真用フィルム - 銀塩

• インクジェットの2倍以上の解像度 - 写真用紙よりも鮮明
• 透過光源と併用する必要があります
• ダイナミックレンジのテストに最適
• サイズは2種類：12インチ×20インチ、44インチ×80インチ
• タイル張りならより大きなサイズも可能です

ガラス上のクロム - フォトマスク

• 解像度テストに最適な媒体
• 単音 - 音色の変化なし
• 標準サイズは3種類：4インチ×4インチ、2インチ×2インチ、1インチ×3インチ
• エンジニアリング料金をお支払いいただければ、最大20インチ×20インチまでの大型サイズも可能です。

均一光源

• 光量低下と色ムラのテストにおいて最大97%の均一性を実現
• 色温度調整可能（2700K～6500K）
• 最大100,000ルクスまで調整可能な光量
• 近赤外線（NIR）スペクトルで利用可能

画像キャプチャ技術

画像システムのアライメント

信頼性の高い測定を行うには、カメラまたはイメージングシステムのレンズをテスト対象の中心に合わせ、かつテスト対象に対して直交させる必要があります。チャートは視野のほぼ全体を覆うように配置してください。多くの光学システムでは光量低下や焦点ずれが発生するため、撮像面の外縁部はエンドユーザーにとって最も懸念される領域となることがよくあります。Imatestのプロットには、撮像面全体にわたるシャープネスの詳細な結果が含まれています。CPIQ など、表示サイズに基づいて画像品質を判断するレポートでは、レンズからチャートまでの距離を記録する必要があります。

集中する

ピント合わせは正確かつ慎重に行う必要があります。カメラの最適なピントを見つけるには、レンズの正確な位置を記録しながら、ピントを少しずつ調整して画像を撮影してください。これらの画像をImatestで処理すると、イメージングシステムに最適なアライメントを判断できます。Imatestは、カメラのオートフォーカス機能と自動露出機能も分析できます。この測定は、テストチャートのビデオ録画をImatestに読み込むことで計算できます。SFRregターゲットを近距離でピントを合わせ、素早く取り外すことで、オートフォーカスの上昇と下降の速度をテストできます。多くの場合、デジタルイメージングシステムは、鮮明な画像を撮影するためにオートフォーカスアルゴリズムに依存しています。Imatestを使用して、システムが信頼性が高く、高速に動作するオートフォーカスを備えていることを確認してください。

レンズのその他の特性も、ピント合わせの性能に影響を与える可能性があります。レンズの性能は、絞り（F値）と焦点距離（ズームレンズの場合）に大きく左右されます。これらの設定は（EXIFデータに保存されるため簡単に）記録し、レポートに必ず含めてください。特に最適な（最もシャープな）絞り値は重要です。レンズの性能は、被写体までの距離にも多少影響されます。

画像キャプチャ

テスト画像は、制御された方法で記録する必要があります。静止画テストの場合、手ブレによるばらつきを排除するために、シャッターはリモート操作、タイマー、またはケーブルレリーズを使用して作動させる必要があります。頑丈な三脚を使用してください。Imatest社は、動きが画質に与える影響をテストするためのモーションジェネレーターも提供しています。

レンズ表面は清潔に保ち、レンズからチャートまでの距離を記録して、後でテストマネージャまたは別のモジュールで参照できるようにしてください。RAW 、TIFF、または最高品質 JPEG を使用してください。これらの設定の影響を特にテストする場合を除き、最大解像度または JPEG 品質未満を使用しないでください。ホワイトバランスは、できるだけニュートラルに近づけてください。適切な露出が重要です。シャドウやハイライトがクリッピングされないように注意してください。クリッピングは、ピクセルが表示可能な範囲外になったときに発生します。ヒストグラムの両側でクリッピングが発生する場合は、シーンのダイナミックレンジがカメラシステムに対して高すぎます。

実験室のセットアップ

信頼性が高く再現性のある画像品質測定結果を得るには、適切な試験ラボのセットアップが不可欠です。Imatestは、自動車、医療、家電など、幅広い業界向けにソリューションを提供しています。Imatestは、お客様の画像品質試験ニーズに最適なテストチャートとラボ機器の選定をお手伝いいたします。

下のボタンをクリックして、適切な機器を備えた画像品質テストラボをセットアップしてください。

Imatestソフトウェアを使用する

Imatestを使い始める場合、または Imatest の使い方に関する良い参考資料が必要な場合は、 Imatest の手順 - 入門編 を参照することをお勧めします。

結果を出す

イメージングシステムの性能を評価するには、テスト対象として使用するチャートに応じて適切なモジュールを選択する必要があります。この例では、eSFR ISOチャートの画像を使用します。

右の画像では、チャートが均一に照らされており、反射は見られません。Imatestは、この画像の解像度、色温度、色収差、および幾何学的歪みを分析できます。Imatestソフトウェアで結果を取得するには、以下の「eSFR ISOの使用方法」の手順をお読みください。

読書時の鮮明度測定

シャープネスは、画像システムが再現できる最大ディテールを決定するため、おそらく最も重要な画質要素と言えるでしょう。シャープネスを測定する最も効率的な方法は、斜めのエッジを用いることです。これにより、画像内の多くの正確な位置で、迅速かつ正確な測定が可能になります。

右側の画像は、単一の傾斜エッジのエッジプロファイル（上側の曲線）とSFRプロット（下側の曲線）を示しています。

変調伝達関数（MTF）は、シーンの鮮明なディテールを捉えるイメージングシステムの能力を測る基本的な指標です。空間周波数応答（SFR）は、システムMTFとほぼ同義で用いられることが多く、MTF50はMTF曲線を要約する一般的な指標です。MTF50は、システム応答がベースラインの低周波数の50%となる空間周波数です。MTFプロットは、画像がぼやけているか、過度にシャープ化されているかを素早く判断するのに役立ち、これらは通常、デジタルイメージングでは望ましくない状態です。

エッジとMTF（シャープネス）のプロットに関する詳細については、 「MTF曲線と外観」に関する記事をお読みください。

画像品質指標の取得方法およびImatestモジュールの使用方法については、Imatestのドキュメントを参照してください。

製造試験パイプライン

Imatest を使用したサプライチェーン画像品質管理のベストプラクティスを学ぶには、次のウェビナー「ラボおよび製造プロセスの自動化」をご覧ください。このウェビナーでは、生産中に自動テスト装置で実行するためのテストソフトウェアの統合に関するヒントとコツをご紹介します。