Imatest 斜邊解析度分析使用專門設計的測試圖表,對幾個關鍵影像品質因素進行高度自動化的測量。使用者無需手動選擇感興趣區域 (ROI)。
本頁面涵蓋基於傾斜邊緣(而非灰階、彩色或楔形圖案)產生的結果,以及文字輸出(CSV 和 JSON)檔案。
- 清晰度,可以用空間頻率響應(SFR)表示,也稱為調製傳遞函數(MTF) ,可以以多種方式顯示,既可以顯示單一邊緣的清晰度,也可以顯示整個圖案的清晰度。
- 橫向色差
- 資訊能力
第四部分將介紹其他非由傾斜邊緣所得的結果。
- 雜訊(在eSFR ISO 下最佳)
- 失真(不同模組的細節有所不同;使用 SFRplus 和 eSFR ISO 效果最佳。詳情請參閱此處。
- 音調響應* (同樣,細節不如階梯圖豐富;無雜訊統計資料)
- 與具有可選顏色圖案的 SFRplus 一起使用時,顏色準確度*位於中心方塊上方。
- 輸入入射勒克斯時,灰階圖案圖表的ISO 感光度* (基於飽和度和標準輸出感光度)。
- eSFR ISO中楔形圖案所導致的解析度消失、混疊和莫爾條紋
- 所有圖表的圖像、幾何形狀、畸變、視野
*僅適用於帶有色調和/或顏色圖案的圖表。不適用於 SFRreg(無中央圖表)或棋盤格圖表。
| 結果表格-切向和矢狀邊緣-多 ROI 匯總- MTF 不對稱-邊緣和 MTF -色差-銳度/SQF -直方圖和噪聲-圖像、幾何形狀、畸變、視場- 3D 圖-鏡頭類型 MTF 圖- 邊緣粗糙度-點鏈接擴散函數-信息容量-匯總- CSV 和 JSON輸出 |
本頁面彙整了四種傾斜邊緣解析度分析方法以及自動區域偵測的結果。 在很多情況下,我們將以SFRplus為例。其他模組也能產生類似的結果。 |
Imatest 23.1 新增功能:可根據傾斜邊緣計算資訊容量。公式與演算法–說明–詳細 PDF 文檔 Imatest 2020.2 新增功能:大幅改進了3D 和多映像顯示。影像輪廓圖尤為引人注目。可顯示香農資訊容量圖和平均 ROI 像素級圖(與照明均勻性相關)。 Imatest 5.1新增了圖表 MTF 補償功能,以彌補圖表的限制。這可以使大多數圖表的最大像素容量翻倍。 |
四個介紹頁——SFRplus 、 eSFR ISO 、 SFRreg和棋盤格——描述了每個模組,並解釋瞭如何獲取和拍攝圖表。
說明第 2 部分展示如何在Rescharts中運行模組並保存設定以實現自動運行。
結果
計算完成後,結果將顯示在Rescharts視窗中,該視窗允許選擇多個顯示選項。下表顯示了特定結果的圖表。顯示選項已編號,但不同模組的編號不同。除斜邊測量外的其他測量結果請參閱第 4 部分。

(其他模組情況有所不同)
| 斜邊測量(本頁) | 展示 | 模組 |
| 各區域的MTF(清晰度) | 邊緣和MTF | 全部 |
| 整幅影像的MTF(清晰度) | 多投資報酬率匯總 三維圖 鏡頭式 MTF 圖 | 全部 |
| 橫向色差 | 色差 | 全部 |
| 清晰度/SQF(主觀品質因素) | 敏銳度/SQF | 全部 |
| 邊緣粗糙度 | 邊緣粗糙度 | 全部 |
| 噪音(來自傾斜邊緣) | 直方圖和雜訊統計 | 全部 |
| 點擴散函數(近似值) | PSF 圖 | 全部 |
| 資訊能力結果(C、NPS、NEQ、SNRi 等) | 資訊容量圖 | 全部 |
| 其他測量(第 4 部分) | 展示 | 模組 |
| 影像、幾何、畸變、視場 | 影像與幾何 | 全部 |
| 畸變(幾何-徑向圖) | 徑向畸變圖 | S+、E、C |
| 音調響應和伽馬 | 音調響應和伽馬 | E+ |
| 詳細的 eSFR ISO 噪音 | 請參閱顏色/色調和 eSFR ISO 噪音 | E+ |
| 色彩準確度 | a*b* 顏色誤差 分裂色 | E+ |
| ISO感光度 | 音調響應和伽馬 | E+ |
| 均勻性/光線衰減曲線 | 色彩和亮度均勻性曲線 | S+,C |
| EXIF 數據 | 摘要和EXIF數據 | 全部 |
| 楔形分辨率、混疊和MTF [僅限 eSFR ISO] | 楔形混疊和MTF 多楔形圖 | E |
圖例: S+ = SFRplus,E = eSFR ISO,E+ = eSFR ISO + SFRreg(附中心圖),C = 棋盤格
此處將顯示影響每個顯示器的設定。這些設定大多未在第二部分中列出。它們會被保存並用於自動運行。
切線和矢狀邊緣
邊緣方向對MTF有顯著影響:不同方向的邊緣(水平與垂直等)通常不會影響MTF 。 即使是相鄰的像素點,它們的調變傳遞函數(MTF)也相同。因此,為了保持多區域圖的簡潔性和可讀性,我們通常需要限制這些像素點的邊緣方向。
這些圖表允許選擇右側方框中所示的選項。
| 僅繪製垂直方向的圖 僅水平繪製 繪製 V 和 H 的曲線。 圖 V 和 H:2 個用於自動的圖表 僅繪製切向 MTF 僅繪製矢狀面 MTF |
近水平和近垂直(即傾斜)邊緣是成像工程師熟悉的。 (不建議使用純水平和垂直邊緣,因為水平和垂直邊緣與影像像素之間的相位關係會導致顯著的測量不一致性——可以透過(略微)傾斜邊緣來解決,通常傾斜約 5 度。)
切向邊緣和矢狀邊緣對於光學工程師(鏡頭設計師)來說很熟悉,但對於大多數影像工程師來說則不太熟悉。
矢狀(徑向)邊緣沿著從影像中心到邊緣的徑向線方向排列。切向(子午線)邊緣(大致如圖右)垂直於徑向線方向排列。
請注意,MTF 測量是在垂直於邊緣的法線方向上進行的,這不可避免地會導致混淆。對於水平和垂直邊緣,我們主要考慮的是邊緣方向,因此這並不是什麼大問題。但對於矢狀和切向邊緣來說,這個問題就比較顯著了,因為它們分別對應於切向和矢狀 MTF。我們最近改進了標籤,以期使這個問題更加清晰。
即使邊緣方向不完全一致,也能獲得合理的矢狀面和切向邊緣測量值。判斷邊緣是矢狀面還是切向面的標準如下:
矢狀面:分式(矢狀面邊緣)= |sin( α− θ )| > 0.9
切向:分數(切向邊)= |cos( α− θ )| > 0.9
請注意,邊緣可以是(主要)水平的或垂直的;它可以是矢狀的、切向的,或者兩者都不是(如果以上兩個標準都不滿足)。
- 矢狀面和切向面的邊緣不是在對角面(相對於中心)中測量的,因為邊緣角度需要接近 45 度,這使得選擇合適的 ROI 變得困難。
- SFRplus 比其他自動偵測斜邊圖表(eSFR ISO、棋盤格)具有更多的矢狀/切向方塊,因為角落附近的傾斜設計使得垂直邊緣大多為切向(以便於色差測量)。
- 我們開發了一種SFRplus圖表的變體(如右圖所示),在頂部和底部兩行各增加了8個切向和矢狀向方格。它與標準SFRplus圖表完全相容,目前僅接受預約。
多 ROI 總結顯示

Rescharts視窗(上方)顯示的多感興趣區域(ROI)摘要包含所有ROI的詳細結果總結。 ( 3D圖也包含出色的摘要。)左上角以柔和的灰度顯示圖像,選定區域以紅色矩形框標出,並以全對比度顯示。每個區域旁邊最多顯示四個結果框。結果可在視窗右側「顯示」選項區域(位於「顯示」選項下方)中選擇。
「結果」選項(右側)可讓您選擇要顯示的結果。 N 是區域編號。 「中心到角點距離 %」是區域的近似位置。 CA 是色差面積,以中心到角點距離的百分比表示(一種感知測量)。圖像下方的圖例顯示了顯示的結果。在 ini 檔案中設定了 multistyle。
「視圖」選項(最右側)可讓您選擇要顯示的結果框數量,這在多個區域重疊時非常有用。從上到下,框的數量分別為 4、3、2、2 和 1。在 ini 檔案中設定 multidisp。

結果選擇
查看選擇根據 MTF 結果的二階擬合,最大 MTF 的近似位置以垂直和水平虛線交點處的紅色 「O」表示(– – – – O – – – –) 。
左下角顯示的畸變統計量在SFRplus 畸變和視場測量中有詳細描述。
- SMIA電視失真度是衡量失真的最簡單指標。枕形失真為正值,桶形失真為負值。
- k1 (三階畸變係數) 。 r <sub>u </sub> = rd + k1 rd <sup> 3 </sup> = 其中r <sub>u </sub> 為未畸變半徑, rd為畸變半徑。 r已根據中心到角點的距離進行歸一化。 k1 > 0 表示桶形畸變, k1 < 0 表示枕形變形。
- h1和h2 (五階失真係數) 。 ru = rd + h1 rd3 + h2 rd5 h2 值較大且符號與 h1不同可能表示「波浪」或「鬍鬚」失真,其中隨著半徑的增加,主要失真從桶形失真變為枕形失真(反之亦然)。
反正切/正切畸變係數(在Picture Window Pro中使用)也會被計算並包含在 CSV 輸出檔中。
MTF 不對稱性在 x(水平)和 y(垂直)方向上計算。 MTF50 作為 x 和 y 的函數擬合到二階(拋物線)曲線,用於計算影像頂部 (MTF50T)、底部 (MTF50B)、左側 (MTF50L) 和右側 (MTF50R) 邊界處的預期 MTF50 值(這些邊界比用於計算 MTF 的實際邊緣距離中心更遠)。
加權總計結果顯示在右上角。預設權重為:中心區域(內虛線圓圈內)的 ROI 為 1.0,中間區域(兩個虛線圓圈之間)的 ROI 為 0.75,外圍區域(外虛線圓圈外)的 ROI 為 0.5。這些權重可在SFRplus 設定視窗中變更。結果與各區域中 ROI 的數量無關。
繪圖設定區域
在繪圖設定區域右下角的「顯示」框下方,提供了少量選項(比其他解析度分析的選項少)。
所有顯示介面都包含用於選擇要分析的主通道的下拉式選單。如果選擇 R、G、B 或 Y(亮度),則會分析所有通道,但會專注於所選通道。此外,還可以選擇單獨分析任意通道——這在某個輔助通道過暗可能導致程式崩潰時非常有用。亮度 (Y)顯示在上方。如果變更亮度值,則會重新計算結果。
許多顯示器可讓您選擇投資報酬率 (ROI) 來查看結果。
邊緣和 MTF顯示有一個下拉窗口,用於選擇最大 MTF 顯示頻率:2 x奈奎斯特(預設值)、奈奎斯特、0.5 x奈奎斯特和 0.2 x奈奎斯特。
邊緣和MTF顯示

Rescharts視窗中的邊緣和MTF顯示
衍射極限MTF和邊緣響應以淺棕色虛線表示。
當輸入像素間距(EOS-40D 為 5.7 微米)後。
此顯示方式與SFR 邊緣和 MTF 顯示方式相同。邊緣(或線擴散函數)繪製在頂部,MTF 繪製在底部。邊緣可以線性化並歸一化(預設;如圖所示)、非線性化(像素級)並歸一化,或線性化但未歸一化(適用於檢查飽和度,尤其是在白平衡較差的影像中)。若要選擇邊緣顯示,請按下 。
有多種讀出方式,包括 10-90% 上升距離、MTF50、MTF50P(MTF 為峰值 50% 時的空間頻率,與 MTF50 的差異僅在於脈衝過銳化)、輔助讀出方式(本例中為 MTF30 和 MTF@30 lp/mm)以及奈奎斯特頻率(0.0.5)。衍射極限 MTF 曲線以淺棕色虛線顯示。
MTF在「清晰度:它是什麼以及如何測量?」一節中進行了解釋。 「MTF 曲線與影像外觀」一節包含多個範例,說明了 MTF 曲線與感知清晰度之間的相關性。
上圖中一個重要的(且可選的)讀數是
- 圖表對比(在SFRplus 設定和選項視窗的「顯示選項」部分中輸入),
- 對比因子:由像素比率得出的圖表對比與伽瑪輸入值(上圖為 0.5)之間的比率,
- 伽瑪值(來自圖表):根據圖表像素等級和圖表對比(如上所述的輸入值)計算出的伽瑪值。伽瑪值對MTF測量的影響相對較小,尤其對於中低對比目標(10:1或更低)。
色差

橫向色差( LCA ),也稱為“彩色條紋”,在影像邊緣附近的切線邊界上最為明顯。如果選定區域(ROI)距離中心過近(小於到角點距離的30%),則部分數值結果會顯示為灰色,無法準確測量色差。
邊緣曲線最高點和最低點之間的面積(分別對應 R、G 和 B 通道)是 LCA 的感知測量。該面積的單位為像素,因為曲線的振幅已歸一化為 1,且 x 方向(垂直於邊緣)的單位也是像素。此面積以洋紅色曲線顯示。
感知(面積)LCA 也以影像中心到 ROI 中心距離的百分比表示,這種方法往往能更好地反映系統性能:與像素測量相比,它對位置和像素數量的敏感度更低。低於 0.04% 的 LCA 值可以忽略不計;高於 0.15% 的 LCA 值則可能非常明顯且影響嚴重。 LCA 面積會受到去馬賽克演算法的顯著影響。
用於校正 LCA(RG 和 BG 交叉距離)的資訊也以百分比(中心到 ROI)和像素為單位給出。 LCA 可以在去馬賽克之前進行最有效的校正。該測量對去馬賽克相對不敏感。結果在“色差...”圖中進行了解釋。
清晰度/SQF(主觀品質因素)
銳利度 (Acutance) 和 SQF是顯示器(螢幕影像或列印)清晰度的感知測量值。相較之下,MTF 衡量的是設備清晰度(而非感知清晰度)。銳利度和 SQF 包含了人眼視覺系統的對比度敏感度函數 (CSF)、列印件(或顯示器)尺寸以及觀看距離(可以是固定距離,也可以假設與列印件高度成正比)的影響。勾選「更多設定」視窗中的「銳利度分析」複選框後,即可使用銳利度和 SQF。更多詳情,請參閱「銳利度/SQF 簡介」 。
直方圖和雜訊分析

直方圖和雜訊統計
當「加速」選項未勾選時,此顯示介面會顯示各個感興趣區域 (ROI) 的像素等級直方圖(上方為原始直方圖,底部為使用輸入伽瑪值線性化後的直方圖)。由於這會顯著降低計算速度,我們建議僅在需要直方圖時才取消勾選「加速」選項(這種情況並不常見)。
黑色(背景)直方圖包含整個感興趣區域的像素值。紅色直方圖對應右側(暗)區域,遠離過渡區域,用於雜訊統計計算。青色直方圖對應左側(亮)區域。銳利化可能會導致黑色直方圖中出現額外的凸起。影像下方顯示了詳細的像素值和雜訊分析。
| 明暗級別 | 原始像素值歸一化為 1,線性化後的像素值也歸一化為 1。 |
| 估計圖表對比(當 gamma = ... 時) | 必須在 SFRplus 參數和設定視窗中輸入正確的圖表對比。 |
| 雜訊(暗、亮、平均數;標準像素%) | 以像素為單位的均方根噪聲,歸一化為 100%(8 位元檔案中為 255)。 |
| 信噪比(...;標準像素) | 訊號/噪聲,其中訊號是距離過渡點一定距離的 ROI 的平均像素水準。 |
| 雜訊(……;線性化百分比) | 噪聲,使用伽馬函數(輸入)進行線性化;歸一化至 100% |
| 訊號雜訊比(…;線性化) | 訊號/雜訊線性化 |
噪音計算是在遠離過渡區域的興趣區域 (ROI) 中進行的。選擇較寬的 ROI 有助於進行這些計算。右下角的雜訊頻譜包含有關雜訊可見性和軟體降噪的定性信息,軟體降噪通常會將高頻雜訊降低到 0.5 以下,這是單獨進行去馬賽克處理時的典型值。右側區域以紅色顯示;左側區域以青色顯示。另請參閱“噪音” 。
影像、幾何形狀、畸變、視場角
此顯示介面允許詳細查看圖像的多個方面。它顯示了用於 MTF/噪音分析的選定區域(紫色矩形)、用於生成均勻性曲線的黃色矩形以及用於測量失真的紅色水平曲線。顯示選項包括
| 原圖 | 極致輕度 (HSL) |
| 錄製頻道 | 輕量化(HSV) |
| 綠色通道 | 調亮 1 位 |
| 藍色通道 | 減淡 2 位 |
| 顏色:Boost Sat. 4X | 原圖帶 5x5 網格 |
| 顏色:Boost Sat,10X | 原圖帶 5x7 網格 |
| 提亮(HSL) | 原圖帶 11x15 網格 |
圖像下方顯示了一系列幾何結果。畸變結果在SFRplus 畸變和視場測量部分有更詳細的描述。
- 影像的寬度 x 高(以像素為單位);找到的 mxn 個正方形;ROI 大小(參考輸入設定)、MTF 的 ROI 數量等(不適用於設定檔)。
- SMIA 電視失真:桶形 (0)
- 3 階、5 階和反正切/正切畸變係數。其中最好的(優化誤差最小的)可用於確定視場角。
- 中間正方形中心相對於影像中心的x、y 座標。
- 圖案的平均旋轉角度(以度為單位,>0 表示順時針旋轉)
- 條形之間的垂直高度佔影像高度的比例,以像素為單位。
- 會聚角(度)。這是透視變形的結果,當相機未直接指向目標或未對準目標時就會出現。水平會聚角(與偏航角相關)如下圖所示:透過將水平長條圖向上和向下延伸計算得出。正角度表示左側有渦旋。在下圖所示的範例中,頂部和底部的紅色實線對是平行的(為了適應頁面顯示)。

完美對齊是指 x、y 座標、旋轉角度以及水平、垂直會聚角均為 0。標記可在 SFRplus 影像的頂部和底部空白處新增標記以方便對齊。垂直會聚角由連接最左側方格右側邊和最右側方格左側邊的直線得出(如上圖所示的藍色虛線 - - - )。使用魚眼鏡頭(桶形畸變嚴重)時,圖表必須精確居中,而會聚角測量才有意義。
- 當輸入長條圖高度(公分) 、鏡頭到圖表距離(公分)和像素間距(像素間距)後,將顯示測得的鏡頭焦距。如果已計算,則會將其寫入 CSV 輸出檔案。公式:放大倍率M = 感測器上的長條圖高度 / 圖表上的長條圖高度。對於鏡頭到圖表距離f₁ ,鏡頭到感光元件距離f₂ = f₁M 。使用薄透鏡公式,焦距f = 1 / ( 1 /f₁ + 1 / f₂ ) 。
- 視野角計算包含畸變的影響,使用選定的畸變模型(SFRplus 預設使用 3 個模型中最佳的模型;Checkerboard 提供多種模型;eSFR ISO 的模型數量有限)。請參閱“畸變:方法和模組” 。如果輸入 SFRplus 的條形到長條垂直距離(預畸變圖表的中心點),則會顯示以公分 (cm) 為單位的視野角(eSFR ISO 為註冊標記的垂直間距;Checkerboard 為方格間距)。如果同時輸入鏡頭到圖表的距離(以公分為單位),則會顯示以度為單位的視場角。
點選「裁切至 ROI」(或「裁切至 1/2 ROI」)後,會出現特別有趣的顯示介面。 ROI 顯示得足夠大,其模糊效果清晰可見,可以與邊緣圖、MTF 圖和匯總結果進行比較。

將邊緣外觀(放大)與 Edge 和 MTF 結果進行比較。
3D繪圖與2D影像等高線圖
Imatest 2020.2 中 3D 圖表功能得到了顯著改善*。現在有兩種圖表類型。 3D 圖表以三維偽彩色影像的形式顯示結果。新增的 2D 影像等高線圖(如下所示)以二維形式顯示結果,並在影像上疊加彩色等高線。 *請查閱舊版文件以比較舊版結果。

區域選擇應至少包含 13 個區域。本頁分析採用 5×5 ROI 網格(23 個區域)。可以使用具有兩種對比度等級(10:1 和 2:1)的舊圖表,但首選單對比度圖表(通常為 4:1)。此處顯示的是垂直邊緣的結果。水平邊緣的結果可能差異很大。
將 V+H 結果一起繪製通常會產生凹凸不平的圖表,這很難解釋。
因此,我們建議分別繪製垂直邊和水平邊。
右側的“繪圖”下拉式選單用於選擇要顯示的測量值。 ( Imatest Studio中僅支援顯示啟用自動縮放的 MTF50 測量值。)許多繪圖選項都很熟悉,但也有一些是新的或需要解釋的。
| 2、3 | 這些是輔助讀數。 |
| 12-15 | 色差結果:未在影像中心附近繪製,因為這些區域色差模糊不清。 |
| 17.香農容量 | 適用於斜邊,此方法較為近似。使用西門子星形圖案測量時精準度較高。 |
| 21. Gamma(來自邊緣) | 對比度的測量,源自於傾斜邊緣。 |
| 22. 平均投資報酬率 | 測量照明不均勻性。受鏡頭和光源影響。只有當使用均勻照明的燈箱(搭配透射式測試卡)時,才能提供有用的鏡頭資訊。 |
右側顯示了多種顯示選項(在 Rescharts 視窗右側的顯示區域中設定)。當右上角縮圖下方的小下拉式選單中顯示「旋轉 3D」選項時,可以旋轉 3D 顯示以獲得更佳的視覺效果。上圖所示的帶有圖像和文字的(3D)偽彩色陰影圖在 2020.2 版本中得到了顯著改進。
3D影像結果可以反轉,以顯示普通顯示中被遮蔽的細節。背景顏色可以透過「背景色」滑桿從白色調整到黑色。預設值為淺灰色 (0.9)。
在Master中,可以使用按鈕選擇手動或自動縮放。預設為自動。按下後,右側會顯示「手動縮放」窗口,您可以在其中設定「繪圖」選單中所選參數(本例中為 MTF50P)的縮放比例。 「最小值」和「最大值」僅適用於手動縮放,即當「自動縮放」未選取時。您可以選擇 6、11、16、21 或 26 條等高線。
按鈕用於設定俯視圖(偽二維視圖)。它可以在和視圖之間切換。您可以從任一設定開始旋轉影像。
在自動模式設定視窗中,透過按鈕進行適當的選擇,即可透過自動模式(支援批次處理)運行產生多個 3D 圖。
下圖顯示區域(以及「設定」下拉式選單中)所示的「擴展 3D 和多區域」複選框,選取後會將資料擴展到整個圖表。在本例中,它的作用不大,但當區域集中在影像中心附近,導致大部分顯示區域未被利用時,此功能非常有用。此設定也會影響多 ROI 總計顯示。
二維影像等高線圖的靈感來自美國地質調查局(USGS)的地形(等高線)圖。
作者年輕時就對它著迷(右圖範例):點擊查看完整尺寸。
新的二維影像輪廓圖非常適合視覺化結果。下方展示了一個範例。圖中顯示了三個不同的「光學中心」:照明中心、清晰度中心和畸變中心。如果對應的測量值高度均勻,則這些中心的意義不大。
鏡頭式 MTF 圖

鏡頭式 MTF 圖
此圖旨在產生與佳能、 尼康和蔡司網站上的 MTF 圖類似的結果。最多可透過輔助讀數選擇三個繪圖參數。典型選擇為 10、20 和 40 lp/mm 的 MTF(蔡司使用)或 10 和 30 lp/mm 的 MTF( 佳能和尼康使用)。要獲得 lp/mm 空間頻率,必須輸入像素間距(例如,微米/像素)。
至少需要 13 個區域,越多越好。建議的區域選擇為: 10 個區域,包括所有方格、內部邊緣和邊界邊緣(最佳 3D 映射) (適用於單色圖表);或13 個區域,包括所有方格、內部邊緣和邊界邊緣(低對比度區域除外)(良好的 3D 映射) (適用於雙色圖表)。垂直和水平邊緣(兩者)均應選中。
雖然這些圖表與網站上的圖表相似,但存在一些顯著差異。
- Imatest計算的是系統 MTF,包括感測器和訊號處理部分。網站顯示的是僅針對鏡頭的光學測量 MTF。 Imatest的結果與已發布的鏡頭曲線具有可比性,但並不完全相同。
- 由垂直邊緣導出的水平 (H) MTF 曲線在影像邊緣附近(遠離中心)大多呈現放射狀(矢狀)。 SFRplus 圖表正是為此而設計的。
- 從水平邊緣導出的垂直 (V) MTF 曲線在側面附近大多是切線(子午線)。
- 已發布的曲線假設鏡頭完美居中。一些製造商,例如佳能,其結果來自設計計算,而非實測測試結果(不存在居中問題——或者他們可能使用了“精心挑選”的鏡頭!)。實際鏡頭幾乎總是存在一定程度的偏心,這主要是由於製造差異造成的,在其他顯示方式中,尤其是在3D 圖中,這種偏心更為明顯。在鏡頭式 MTF 圖中,偏心表現為各個讀數的分散性(x 表示從垂直邊緣測得的水平 MTF,• 表示從水平邊緣測得的垂直 MTF)。
這些曲線是使用三階多項式迴歸計算得到的。使用更高階回歸時,由於鏡頭偏心造成的數據分散通常會導致曲線出現嚴重的偏差。
邊緣粗糙度圖

邊緣粗糙度圖
分析邊緣粗糙度,該粗糙度源自每條掃描線的過渡中心與擬合邊緣中心的二階曲線上的平均邊緣位置之間的差異(對於此處描述的推薦的Imatest計算)或如果檢查 ISO 標準計算則為直線(不建議)。
不建議測量邊緣粗糙度。請參閱下方註釋。
邊緣粗糙度由兩個部分組成:
- 隨機(非週期性),由噪音引起。
- 週期性(也稱為“鋸齒狀”,指邊緣不規則),由混疊(高於奈奎斯特頻率 0.5 C/P 的信號響應)引起。受去馬賽克演算法的影響。
週期性雜訊的峰值光譜響應位於垂直於邊緣的一個或兩個像素的空間頻率處,其中一個像素對應於拜耳彩色濾光片陣列的綠色通道,兩個像素對應於紅色和藍色通道。在粗糙度光譜(下圖)圖中,這些頻率分別為 1 和 0.5。這些頻率處的響應峰值相當典型。
週期雜訊的計算方法是將頻率為f = 0.5、1.0、1.5、2.0 和 2.5 的頻率成分(即混疊基頻及其前幾個諧波)轉換回空間域(忽略所有其他頻率成分)。非週期雜訊的計算方法是從總雜訊中減去週期雜訊。
報告了三個 RMS( σ = 標準差)粗糙度值:總粗糙度、混疊(鋸齒狀)粗糙度和總混疊(非週期性)粗糙度。
邊緣粗糙度的解讀頗具挑戰性,因為可供比較的數據有限。雖然右側的圖案相當典型(也符合預期),但我們也看過許多與之截然不同的光譜。遺憾的是,邊緣粗糙度往往會隨著清晰度的降低而降低(因為鏡頭像差、失焦等原因)。儘管我們曾希望邊緣粗糙度能夠幫助我們區分優秀和一般的去馬賽克演算法,但它與清晰度的反比關係降低了其有效性。對於大多數應用,我們不建議將其作為影像品質指標。
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邊緣粗糙度測量旨在測量存在訊號時的噪聲,這一點至關重要,因為廣泛用於消費級相機的雙邊濾波器雖然能夠抑制平坦區域的噪聲,但往往會在對比度高的特徵附近銳化影像(增強高頻)。這意味著在平坦區域(例如 ISO 14524 或 ISO 15739 等測試圖表中非常常見)測量的雜訊可能無法代表影像感測器的真實情況。最終,邊緣粗糙度測量結果令人失望,因為雜訊會隨著影像模糊程度的增加而降低。 我們已解決利用西門子星形圖計算香農資訊容量時,在訊號存在的情況下測量雜訊的問題。這項新功能將在Imatest 2020.1 版本(2020 年 2 月)中發布,並在正式發布前在試點計畫中提供試用。 |
點擴散函數 (PSF) 圖
Imatest 可以使用 SFRplus、eSFR ISO、Checkerboard 和 SFRreg 測試卡上一對位置相近的近矢狀面和切向傾斜邊緣,計算成像系統的近似點擴散函數 (PSF,可理解為二維線擴散函數)。這只是一個近似值,並非精確計算。要對鏡頭進行精確的 PSF 測量,需要使用光學鏡頭測試儀。
若要獲得點擴散函數 (PSF) 圖,請選擇邊線方向接近矢狀面(徑向)和切向的正方形的垂直和水平區域。右圖顯示了這樣一對正方形。
SFRplus 中兩個邊緣的 PSF 圖。
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▶資訊容量圖
資訊容量是一項基本的關鍵績效指標 (KPI),它結合了清晰度和噪音。相關描述請參閱「基於傾斜邊緣的資訊容量測量:公式和演算法」 。操作說明請參閱「基於傾斜邊緣的資訊容量測量:說明」 。以下是一個典型結果,取自「說明」頁面。下圖是眾多可用範例之一。

其他結果包括上圖中的雜訊功率譜 (NPS)和雜訊自相關(與感測器電串擾有關),以及下圖中的SNRi 、原始裁剪和去箱裁剪。
概括
- SFRplus分析SFRplus 測試圖的影像,理想情況下,影像應在水平條紋的上方和下方留出空白區域,即條紋不應超出影像的頂部或底部。 空白區域應佔影像高度的 0.5% 至 25%。 SFRplus可以在沒有條紋的情況下工作,但此時將無法計算畸變和視野。條紋可能會超出影像的邊緣。應盡量減少測試圖外部的干擾圖案(例如條紋等)。
- eSFR ISO 的取景應確保對位標記位於影像內部。如果可能,整個圖表都應位於影像內。 eSFR ISO 的空間細節不如SFRplus ,但它具有楔形區域和更大的色調色塊,可以進行更精細的雜訊分析。
- SFRreg具有高度靈活性,可以包含面向攝影機的單一圖表,其視角範圍遠遠超過 180 度。
- 棋盤格使用簡單的棋盤格(棋盤)圖案,適用於各種距離:圖錶框架並不重要。
- 照明應均勻且無眩光。照明和對準建議請參考Imatest 測試實驗室。
- 首次運行這些模組時,應透過Rescharts運行。這樣可以…
- 需要調整並儲存參數,以便在自動版本中稍後使用,自動版本透過將分析模式設為自動(批次)來運作。
- 上述結果將在Rescharts視窗中進行互動式檢視。
- 主Imatest視窗左側欄的「自動」按鈕會使用最近一次Rescharts運行中儲存的設置,以全自動模式運行相應的模組。可以批量運行文件。
所有功能均具備自動區域偵測、符合 ISO 標準的 MTF(清晰度)分析和橫向色差計算。
| 特徵 | SFRplus![]() | eSFR ISO![]() | SFRreg![]() | 棋盤![]() |
| 清晰度圖細節 | 高的 | 中等的 | 取決於具體安排。 | 高的 |
| ISO標準圖表設計 | – | ♦ | – | – |
| 顏色分析 | ♦ | ♦ | * | – |
| 音調反應(OECF) | ♦ | ♦ | * | – |
| 噪音分析 | 有限的 | ♦ | * 有限的 | 有限的 |
| 失真 | ♦ | 有限的 | – | ♦ |
| 幾何學 | ♦ | ♦ | * | ♦ |
| 特點和 推薦用途 | Imatest 原創的自動偵測圖表,自 2009 年起投入使用,功能強大且用途廣泛。建議在頂部和底部長條圖上方和下方留出一些空白。與 eSFR ISO 相比,它能提供更豐富的空間細節和畸變資訊。 | 符合ISO標準的圖表設計。包含楔形分析。支援詳細的噪音分析。 | 通常會在影像區域周圍放置多個單獨的圖表。適用於 *在Imatest 5.0+中,可使用SFRreg 中心圖表。幾何圖形中省略了視場角 (FoV)。 | 對取景相對不敏感:只要距離夠大,圖表品質就不會成為問題,並且有可辨識的角,就可以放大或縮小。 |
♦ 表示強烈支持;– 表示不支持。
輸出檔案
結果檔名-檔名的根節點與影像檔名相同。頻道號碼(Y、R、G 或 B)包含在檔案名稱中。如果從完整的數位相機影像中選擇了感興趣區域 (ROI),則 ROI 的位置資訊會包含在頻道號碼之後的檔案名稱中。例如,如果 ROI 的中心位於影像的右上角,即中心到角點距離的 20%,則檔案名稱中會包含字元 AR20。
(預設位置:子資料夾 Results)
| Excel .CSV(可在 Excel 中開啟的 ASCII 文字檔案) | |
| SFR_cypx.csv | (用於追加結果的資料庫檔案:名稱不變)。顯示像素值上升 10-90% 以及 MTF 值(週期/像素,C/P)。 |
| SFR_lwph.csv | (用於追加結果的資料庫檔案:名稱不變)。顯示每張圖片高度 (/PH) 的數字和每張圖片高度的行寬 (LW/PH) 的 MTF 增加 10-90%。 |
| 檔案名稱_YA17_MTF.csv或檔案名稱_nn_MTF.csv | 該區域(按位置 (YA17) 或序列 ( nn = 01,...) 指定)的 MTF 結果的 Excel .CSV 檔案。顯示所有通道(R、G、B 和 Y(亮度))。 |
| 檔案名稱_Y_multi.csv | 包含多次 ROI 運行結果總計的 Excel .CSV 檔案。 |
| 檔案名稱_Y_sfrbatch.csv | Excel .CSF 文件,合併了大量運行(一個或多個文件)的結果,包含多個 ROI。僅適用於自動 SFRplus(不適用於 Rescharts)。用作Batchview的輸入。 |
Excel .CSV(逗號分隔值)和 JSON 輸出
Imatest SFR 會建立或更新用於 Microsoft Excel 的輸出檔。這些檔案為 CSV(逗號分隔值)格式,預設會寫入 Results 子資料夾。 CSV 檔案是 ASCII 文字文件,在文字編輯器中檢視時顯示效果不佳:
| 文件,日期/時間,PH,Ch,H/V,10-90U,10-90C,Over-,Over-,MTF50U,MTF50C,MTF,相機,鏡頭,焦距,光圈,位置,其他,,,,,/PH,/PH,拍攝%銳利度%LW/PH,LW/PH,Nyq,,,(mm),,,設定canon_eos10d_sfr.jpg,2004-03-19 22:21:34, 2048,Y,H, 1422, 1447, 19.5, -0.7, 1334, 1340,0.154,,,,, canon_g5_sfr.jpg,2004-154,,,,, canon_g5_sfr.jpg,2004-03-19 21, canon_g5_sfr.jpg,2004-03-19 21,195,195,195. 1301, 48.0, 21.3, 1488, 1359, 0.268, Canon G5, —, 14, 5.6, ctr, sigma_sd9_sfr.jpg, 2004-03-19 22:27:55, 1504, Y, H, 1432, 1676, 2.4, -7.7, 1479, 1479, 0.494,,,,, sigma_sd10_sfr.jpg, 2004-03-19 22:28:32, 1504, Y, H, 1563, 1628, 11.9, -58, 15628, 11.9, -58, 15,586 0.554,,,,, |
但在 Excel 中開啟時看起來沒問題。
.CSV 檔案可以使用標準文字編輯器編輯,但最好在 Excel 中編輯,因為在 Excel 中可以選擇、移動和/或刪除列和行。上面的顯示中某些欄位被截斷,日期/時間顯示為井號 (#####...)。
可以透過拖曳標題行儲存格(A、B、C 等)之間的邊界,並選擇前兩行並將文字設為粗體來變更格式。這樣可以讓輸出看起來更美觀。修改後的檔案可以儲存為 Excel 工作表 (XLS) 檔案。當然,這只是個開始。
您可以輕鬆地根據自己的喜好自訂 Excel 表格。例如,假設您想要製作一個簡潔的圖表。您可以刪除日期/時間(B 行;測試時很有用,但之後就不太重要了)和通道(所有 Y 值都是亮度)。您可以在標題下方新增一個空白行,然後選擇資料(下圖中的 A4 到 J7 行),並按您選擇的任何值進行排序。修正後的 MTF50(I 列)依降序排列。修改後的工作表應儲存為 XLS 格式,以保留格式。

MTF 和其他資料的摘要 .CSV 和 JSON 文件
一個可選的 .CSV(逗號分隔值)輸出檔案包含 MTF 和其他資料的結果。其名稱為 [根名稱]_[通道位置]_MTF.csv,其中通道為(R、G、B 或 Y),位置 BL75 表示左下方,距離鏡頭中心 75% 的位置。例如,Canon_17-40_24_f4_C1_1408_YBL75_MTF.csv。以下是在 Excel 中開啟的部分內容。

在 Excel 中開啟的摘要 CSV 檔案的一部分。
格式如下:
| 第 1 行 | Imatest,版本(1.nx),版本(Light、Pro、Eval),模組(SFR、SFR multi-ROI、Colorcheck、Stepchart 等)。 |
| 文件 | 檔案名稱(標題)。 |
| 運行日期 | 運轉日期為 mm/dd/yyyy hh:mm。 |
| (空白行) | |
| 表格 | 如果包含多個表格,則以空白行分隔。產生兩個表格。 |
| 第一個表格包含MTF資料。各列分別為:空間頻率(Cy/mm)、LW/PH、MTF(選定通道)、MTF(紅色)、MTF(綠色)、MTF(藍色)、MTF(亮度=Y)。 (…)表示為簡潔起見省略的行。 | |
| 第二個表格包含邊緣資訊。列分別為 x(像素位置)、紅色邊緣、綠色邊緣、藍色邊緣、亮度(Y)邊緣和色差(最大值和最小值之間的差異)。 | |
| (空白行) | |
| 附加數據 | 第一筆記錄是資料的名稱;第二筆(及後續)記錄包含資料的值。名稱通常一目了然(與數字類似)。 |
| (空白行) | |
| EXIF 數據 | 如果可用,則會顯示。 EXIF數據是影像檔案的元數據,包含重要的相機、鏡頭和曝光設定。預設情況下, Imatest使用一個名為 jhead.exe 的小程式來讀取 EXIF 數據,該程式僅適用於 JPEG 檔案。若要讀取所有圖片檔案格式的詳細 EXIF 數據,我們建議您下載、安裝並選擇Phil Harvey 的 ExifTool ,具體操作請參閱此處。 |
所有模組的格式都類似。數據本身也基本上容易理解。對 .CSV 檔案的改進將在變更日誌中列出。
可選的 JSON 輸出檔包含與 .CSV 檔案類似的結果。其內容基本一目了然。該檔案儲存在 [根目錄名稱].json 中。使用json.org上提供的程序,幾乎任何程式語言都可以用一行程式碼讀取 JSON 檔案。
對於多次 ROI 運行,也會產生一個可選的 .CSV 檔案。其名稱為 [ root name ]_multi.csv。
連結
《如何解讀MTF曲線》,作者是卡爾‧蔡司的HH Nasse。這是一篇非常出色且詳盡的入門介紹,共33頁,需要耐心閱讀。文章詳細解說了MTF曲線,類似SFRplus中的鏡頭式MTF曲線。這裡還有一份蔡司技術文章的列表,值得一看。
Luminous Landscape.com網站上的MTF 理解介紹要簡短得多。
理解圖片清晰度和MTF: Imatest作者撰寫的多篇系列文章,大部分寫於Imatest創立之前。內容較為專業。
Bob Atkins對MTF 和 SQF做了精彩的介紹。 SQF(主觀品質因子)是衡量感知到的列印清晰度的指標,它結合了人眼的對比敏感度函數 (CSF)。該指標將於 2006 年 10 月下旬加入 Imatest Master 中。











