이미지 안정화/선명도 비교

작업

• 이미지를 촬영합니다. 조명은 고르고 눈부심이 없어야 합니다( 조명 권장 사항 참조). 조명 수준은 셔터 속도(카메라폰의 경우)에 영향을 미치므로 중요합니다. 입사 조도(lux)와 셔터 속도를 기록해야 합니다. 카메라는 최소한 좌우(피치 및 요) 방향으로 움직일 수 있는 흔들림 방지 플랫폼에 장착해야 합니다. 좌우(롤) 움직임도 유용하지만, 좌우(x, y, z) 이동은 상대적으로 큰 도움이 되지 않습니다. 광학 손떨림 보정(OIS)을 적용하지 않은 이미지와 적용한 이미지를 각각 최소 10장(가능하면 20장 이상) 촬영해야 합니다.
• OIS를 적용하지 않았을 때와 적용했을 때 , 흔들린 이미지 중 가장 선명도가 떨어지는 이미지를 선택하세요 .

여러 이미지 중에서 가장 선명하거나 가장 흐릿한 이미지를 가장 빠르게 찾는 방법은 Find Sharpest Files라는 도구를 사용하는 것입니다. 이 도구는 이미지 파일들을 읽어 관심 영역(ROI)을 선택한 후, 파일들의 순위를 매우 빠르게 매겨줍니다. Find Sharpest Files에서 사용하는 수치는 표준화된 값이 아니므로, 유사한 이미지들을 비교하는 용도 외에는 사용해서는 안 됩니다.

• 두 장의 이미지(간단한 선명도 비교용) 또는 세 장의 이미지(이미지 안정화용)에 SFRplus를 실행합니다 . 이미지들은 동일한 영역 설정값을 가져야 합니다. 오른쪽에 표시된 영역(ROI) 선택은 이미지 안정화에 적합한 예시입니다. 이 영역은 수직 5개, 수평 5개의 경계로 구성되어 있어 중앙 및 모서리 영역의 흔들림 효과를 보여주고 피치, 요, 롤 성분을 구분하기에 충분합니다. 5개에서 13개 사이의 영역이 적절하며, 그 이상은 과도합니다. 사용자 지정 경계 ID 파일을 사용할 수도 있습니다.
  

SFRplus 지역 선택

영역 너비 선택( 자르기 테두리 바로 아래)에 유의하십시오. 흔들리는 이미지의 경우 표준 가우시안 블러와는 매우 다른 흐림 통계(진동의 정현파적 특성으로 인해 두 배로 증폭됨)를 가지므로 OIS에 대해 더 넓게(또는 가장 넓게) 설정하는 것이 좋습니다.

SFRplus 추가 설정 창(오른쪽 그림 참조)에서 이미지 안정화 확인란이 선택되어 있는지 확인하십시오. 이렇게 하면 이미지 안정화 에 필요한 결과가 JSON 요약 파일에 저장됩니다.

Rescharts (또는 SFRplus 설정 )에서 실행하는 경우 Rescharts 창 하단의 " 데이터 저장 "을 클릭하십시오. "SFRplus 결과 저장? " 창에서 "JSON 요약 파일"이 선택되어 있는지 확인하십시오. JSON 요약 파일의 위치를 기록해 두십시오. 이 파일은 이미지 안정화 의 입력으로 사용됩니다.

• 대상 목록에서 이미지 안정화를 선택하여 이미지 안정화 모듈을 실행하세요 .

아래와 같은 창이 나타납니다.

이미지 안정화 기능을 처음 실행할 때는 하단의 세 창( 1. 흔들림 없음 , 2. OIS 미적용 흔들림 , 3. OIS 적용 흔들림 ) 이 비어 있습니다. 이후 실행 시에는 가장 최근 파일 이름이 표시되며, 이 파일 이름은 SFRplus 에서 생성된 JSON 출력 파일이어야 합니다.

• 해당 칸에 JSON 파일(SFRplus에서 저장된 출력 파일)의 이름을 입력하십시오.
• 필요한 경우(새 파일 이름을 입력하지 않은 경우) 오른쪽에 있는 계산 버튼을 눌러 결과를 표시하세요.

결과는 아래와 같습니다.

이미지 안정화 지표

이미지 안정화 의 핵심 목표는 이미지 안정화로 인한 선명도 향상 정도를 계산하는 것입니다. 이 계산을 할 때는 몇 가지 사항을 고려해야 합니다.

• 흔들림 없는 이미지의 흐림 현상은 계산에서 제거하여 이미지 안정화 효과만 비교할 수 있도록 해야 합니다.
• 흔들림 보정을 사용하지 않고 촬영한 이미지와 사용한 이미지를 비교하려면 흔들림 정도를 동일하게 나타내야 합니다. 이를 위해서는 일반적으로 위에서 설명한 것처럼 많은 이미지 중에서 가장 흔들림이 심한 이미지를 선택해야 합니다. 따라서 흔들림 방지 장치 선택이나 통계적으로 유의미한 표본을 얻기 위해 필요한 이미지 수에 대한 자세한 설명은 생략하겠습니다.

이미지 안정화 의 주요 결과는 흔들림 없는 이미지, OIS 없이 흔들린 이미지, OIS를 적용하여 흔들린 이미지의 평균 에지 특성과 MTF입니다. 다른 모든 측정값은 이러한 수치에서 파생됩니다. 아래 용어 설명에는 결과를 이해하는 데 필요한 주요 정의가 포함되어 있습니다.

정의

L _MTF (L_MTF)는 유용하지만 아직 생소한 지표이므로 설명이 필요합니다. 기본적으로 L_MTF는 MTF에서 파생된 길이(즉, 거리)이며 R1090과 높은 상관관계를 보입니다. MTF는 푸리에 변환의 절댓값(절댓값)이므로 위상 정보가 제거된 값입니다. 흔들리는 이미지에서는 가장자리에 상당한 불규칙성(비대칭, 경사 등)이 나타날 수 있으며, 이로 인해 R1090 또는 R2080이 왜곡되어 블러 측정 지표로 사용하기에 부적합해질 수 있습니다. 이러한 불규칙성은 가장자리의 위상과 관련이 있는 경향이 있으며 MTF에는 제한적인 영향을 미칩니다. 아래 이미지는 불규칙한 가장자리를 보여줍니다.

MTF의 단위가 사이클(예: Cycles/Pixel)일 경우, L _MTF = 1/(2*MTF50)입니다. (MTF의 단위가 선폭(예: LW/PH)일 경우, L _MTF = 1/MTF50입니다.) 아래 그림에서 L _MTF = 1/(2*0.0399) = 12.5픽셀이며, 이는 R1090에 가깝습니다. 하지만 항상 그런 것은 아닙니다.

요약— 이미지 안정화 효과 계산에는 평균 에지에서 직접 도출된 지표(예: R1090 또는 R1080)보다는 L _MTF를 사용하는 것이 더 적합하지만, 모든 계산 결과는 제공될 예정입니다.

흔들린 가장자리 길이와 흔들지 않은 가장자리 길이

NoS, Shake 및 OIS 측정값에 해당하는 모서리 길이(R1090, R2080 및 L_MTF)에 대한 방정식은 충분히 간단하지만,

OIS 선명도 향상을 정확하게 측정하려면 흔들림 없는 길이를 제거해야 합니다.
Shake 및 OIS 에지 길이 측정 결과에서.

이를 달성하기 위한 세 가지 공식이 있습니다.

결과 지정

아래의 L_Shake 및 L_OIS에서 L은 에지 길이 측정값(L_MTF, R1090 또는 R2080) 중 하나라고 가정합니다.

예를 들어, 나눗셈 방법을 사용하여 흔들림 없는 흐림을 제거한 L_MTF를 사용한 OIS 이득은 dB 단위로 다음과 같습니다.

OIS_gain_L_MTF_div_dB (이것은 아래에 설명된 바와 같이 권장되는 측정 기준입니다.)

선호하는 계산법

선호하는 계산은 MTF 나눗셈(div)으로 흔들림 없는 흐림을 제거한 L_MTF를 사용합니다. 이는 차이 기법((S1) 및 (S2))보다 수학적으로 더 추상적이지만 간단하고 정확합니다(근사치가 아님).

MTF(Shake-only) = MTF(Shake)/MTF(NoS)는 흔들린 이미지(OIS 없음)에서 흔들림 없는 이미지의 흐림 효과를 제거한 것과 동일한 MTF입니다.

MTF(OIS-only) = MTF(OIS)/MTF(NoS)는 흔들린 이미지(OIS 적용)에서 흔들림 없는 이미지의 흐림 효과를 제거한 것과 동일한 MTF입니다.

이 두 수치로부터 도출된 MTF50은 OIS 이득을 계산하는 데 사용할 수 있지만, 예상되는 MTF50 순서(MTF50(NoS) > MTF50(OIS) > MTF50(Shake))가 변경되는 경우에는 주의해야 합니다.

MTF50(Shake-only)는 MTF50(Shake) < MTF50(NoS)인 경우에만 MTF(Shake-only)에서 파생됩니다.
그렇지 않으면 MTF50(흔들기만) = MTF50(흔들지 않음).
L _MTF (흔들기만) = 1/(2*MTF50(흔들기만)).

MTF50(OIS 전용)은 MTF50(OIS) < MTF50(NoS)인 경우에만 MTF(OIS 전용)에서 파생됩니다.
그렇지 않으면 MTF50(OIS 전용) = MTF50(NoS).
L _MTF (OIS 전용) = 1/(2*MTF50(OIS 전용)).

OIS와 진동(OIS 없음)에 대한 L_MTF를 사용한 OIS 이득 방정식은 다음과 같습니다.

OIS_gain_L_MTF_div_Delta = L _MTF (Shake-only) - L _MTF (OIS-only) = MTF50(Shake-only)/MTF50(OIS-only) (분수, 일반적으로 > 1)

OIS_gain_L_MTF_div_frac = L _MTF (OIS 전용) / L _MTF (Shake 전용) = MTF50(Shake 전용)/MTF50(OIS 전용) (분수, 일반적으로 > 1)

OIS_gain_L_MTF_div_pct = 100%(1-OIS_gain_L_MTF_frac) (백분율, 일반적으로 >0)

OIS_gain_L_MTF_div_dB = -20 log10(OIS_gain_frac) (데시벨, 일반적으로 >0) (아래 참조)

결과

세 가지 그래픽 디스플레이를 사용할 수 있습니다.
첫 번째 화면 (아래)은 상세한 단일 지역 분석 결과입니다. 분석 대상 지역(이번 분석에서는 18개) 중 어느 지역이든 선택할 수 있습니다.

흔들림 없는 이미지, 흔들린 이미지(OIS 미적용), 흔들린 이미지(OIS 적용)의 MTF가 흔들린 이미지(OIS 미적용)/흔들린 이미지(OIS 적용) 전달 함수와 함께 표시됩니다. 표에는 이 에지에 대한 모든 OIS 게인 결과(L_MTF, R1090, R1080에서 도출됨; 모든 흔들림 없는 이미지의 흐림 제거 알고리즘, 델타, 비율, 백분율 및 dB)가 포함되어 있습니다.

두 번째 화면 (아래)에는 선택한 측정 항목에 대한 다중 영역 결과가 표시됩니다. 선택 사항은 아래 이미지에 나와 있습니다. 다중 ROI 및 3D 플롯 표에서 평균 OIS 이득은 수직 방향만, 수평 방향만 또는 양쪽(모든 모서리) 모두 표시하도록 설정할 수 있습니다.

OIS_gain_L_MTF_div_dB(바람직한 결과)의 다중 ROI 플롯으로, 메트릭 드롭다운 메뉴가 표시됩니다.
(현재 다중 ROI 및 3D 플롯에 사용할 수 있는 측정 항목은 제한적입니다.)

세 번째 화면은 선택된 측정값의 3D 그래프입니다.

'데이터 저장'을 누르면 CSV 출력 파일을 얻을 수 있습니다. 이 CSV 파일에는 입력 파일에 대한 요약 정보와 수직, 수평 또는 수직 및 수평 모서리에 대한 요약 결과가 포함되어 있습니다. 다음은 CSV 파일의 일부 발췌 내용입니다.

(이 과정은 두 번째 파일과 (포함된 경우) 세 번째 파일에 대해서도 반복됩니다.)

(이 과정은 수평 모서리와 수평 및 수직 모서리에 대해 반복됩니다.)

참고: 이 부록은 이미지 안정화 지침의 필수적인 부분은 아니지만, Imatest 알고리즘이 CIPA DC-X011 알고리즘과 어떻게 다른지 알고 싶은 사람들에게 유용할 수 있습니다.

부록: CIPA DC-X011-2012 규격에 대한 참고 사항

일본 카메라 및 이미징 제품 협회( CIPA )는 디지털 카메라의 이미지 안정화 성능 측정 및 기술 방법(광학 방식)에 대한 초안 규격인 CIPA DC-X011-2012를 발표했는데, 이는 이미지 안정화 사용자에게 유용할 수 있습니다. 그러나 Imatest 이미지 안정화 모듈은 몇 가지 심각한 결함 때문에 CIPA 규격을 엄격하게 준수하지 않습니다.

• Imatest는 SFRplus 테스트 차트(비스듬한 모서리의 격자)를 사용하는 반면, CIPA는 검은색 사각형 중앙에 과일 그릇 정물 이미지가 있는 고대비(흑백) 체커보드 차트를 사용합니다. CIPA 차트의 모서리는 수직 및 수평으로 직선이며 최소 명암비는 20:1입니다. SFRplus 차트도 §4-2-1의 설명을 충족하는 20:1 명암비로 인쇄할 수 있지만, 이 경우 잘리거나 포화되어 측정 정확도가 떨어질 수 있습니다. SFRplus 차트는 10:1 이상의 명암비로 인쇄하는 것을 권장하지 않습니다. (현재는 곧 개정될 ISO-12233 표준에 부합하는 4:1 명암비의 SFRplus 차트를 권장합니다.)
• DC-X011은 수십 년 동안 업계 표준으로 사용되어 온 선명도 측정 방법인 MTF (Modular Transition Function)에 대해 언급하지 않습니다 . 대신 신뢰도가 떨어지는 10-90% 상승 거리를 사용합니다. 이러한 거리에 적용되는 계산(흔들림 없는 흐림 제거 등)은 근사치이며 일관성이 없습니다(때로는 단순 덧셈 또는 뺄셈, 때로는 제곱합의 제곱근을 사용). 수직 및 수평 가장자리는 샘플링 위상 오류를 유발할 수 있습니다(ISO-12233 표준에서 경사 가장자리를 사용하는 이유: 선명도 - 무엇이며 어떻게 측정하는가? 참조). CIPA 표준은 과도하게 많은 이미지 획득을 권장합니다. 예를 들어, 카메라 흔들림 없이 10장의 이미지를 획득하도록 권장하지만(§4-4-1), 이러한 이미지를 어떻게 처리해야 하는지(최상의 경우? 최악의 경우? 평균?)에 대해서는 명시하지 않습니다. 제대로 설계된 경사 가장자리 타겟에는 단 한 장의 이미지만으로도 충분합니다.

아래는 CIPA 표준을 읽으면서 제가 작성한 메모입니다. 여기에는 표준에 사용된 생소한 용어들에 대한 용어집도 포함되어 있습니다.

CIPA 문서 3-3절에 나오는 일부 용어가 영어 사용자에게 혼란을 줄 수 있고, 문서의 나머지 부분을 이해하는 데 중요하기 때문에 다음과 같은 용어집을 만들었습니다. 흐림 현상은 픽셀 또는 마이크론과 같은 거리 단위를 가집니다.

추가 메모

"진동 장치"에 대해서는 요(yaw)와 피치(pitch) 파형 성분을 가져야 한다는 것 외에는 별다른 언급이 없습니다. (롤(Roll)은 어디에 있죠? "록앤롤"의 "롤"처럼 말이죠?)

§4-2-7에서는 "촬영 거리는 35mm 환산 초점 거리의 약 20배여야 한다"고 명시하고 있습니다. 왜 그냥 "시야 높이는 약 19인치(48cm)여야 한다"라고 하지 않는 걸까요? 24인치(60cm) 높이의 Imatest SFRplus 차트가 거의 이상적인 높이입니다.

§4-2-8은 (선형화된 이미지의 경우) 10-90% 상승 거리가 핵심 거리 측정 기준임을 의미합니다.

§4-4-1: 보케 오프셋 양 = 흔들림 없는 흐림. 10장 이상의 이미지를 권장합니다. 6) ... "필요하고 충분한 셔터 속도가 달성될 때까지"는 무슨 뜻인가요? (아마도 임의의 최대값일 것입니다.)

§4-4-2: 측정된 종합 보케 양 = 흔들림 보정(IS ON)을 켜고 측정한 흐림 정도. 10이면 각 셔터 속도에 대해 흔들림 보정을 켜고 200장 이상의 이미지를 촬영해야 합니다. 200장 이상의 이미지 중에서 어떻게 선택해야 하는지 명확하지 않습니다.

§4-4-3: 측정된 종합 보케 양 = 흔들림으로 측정한 흐림 효과, 켜짐. 4-4-2와 매우 유사합니다. 차이점을 더 명확히 설명했으면 훨씬 좋았을 것입니다.

§4-5-1: b) 손떨림 보정(IS) 기능을 끌 수 없는 카메라의 IS 성능은 어떻게 측정할 수 있을까요? 진동 장치의 진동 각도는 알려져 있는 것으로 보입니다. (이 각도는 카메라와 렌즈의 무게에 영향을 받을 수 있습니다.) 매우 고품질의 진동 장치가 필요할 것입니다. 이러한 접근 방식은 Imatest에 곧 구현될 가능성은 낮습니다.

1) 보케 오프셋 양 = 흔들림 없는 흐림 효과. sqrt(Yaw ² + Pitch ² )는 수직 및 수평 가장자리를 의미하는 건가요? 너무 모호해요.

5: 손떨림 보정(IS) 성능을 "스톱"(조리개 값 또는 노출값) 단위로 측정하려면 여러 셔터 속도에서 측정해야 합니다. 카메라 조절 기능이 매우 제한적인 스마트폰의 경우, 이를 위해서는 다양한 조도 조건에서 측정해야 합니다.

6.8: 저자들은 MTF에 대해 들어본 적이 있을까요? 이 부분을 읽고 나서 (혼란의 순환에 대한 혼란이 가득하다고 생각합니다) 문서 전체를 훑어봤는데 MTF에 대한 언급은 전혀 없었습니다. 정말 충격적입니다. 믿을 수가 없네요!