斜边分辨率分析 第 4 部分:其他结果

Imatest 斜边分辨率分析使用专门设计的测试图表,对几个关键图像质量因素进行高度自动化的测量。用户无需手动选择感兴趣区域 (ROI)。

本页涵盖的结果(大多)并非源自倾斜边缘本身,包括

*仅适用于带有色调和/或颜色图案的图表。不适用于 SFRreg(无中心图表)或棋盘格图表。

倾斜边缘分辨率分析第三部分“边缘结果”涵盖了边缘锐度测量和文本(JSON 和 CSV)输出文件,该部分适用于所有倾斜边缘分辨率分析。以下是之前的各个页面。

本页汇总了四种斜边分辨率分析的结果。
具有自动区域检测功能
SFRplus、eSFR ISO、SFRreg 和 Checkerboard。
这些模块包含许多共同的结果,因此
维护一个页面比维护四个单独的页面要容易得多。

在很多情况下,我们将以SFRplus为例。其他模块也能产生类似的结果。

Imatest 5.0可以补偿垂直于边缘的非均匀光照。这可以提高诸如 MTF50 等汇总指标的估计精度。

四个介绍页——SFRplus 、 eSFR ISO 、 SFRreg和棋盘格——分别描述了每个模块,并解释了如何获取和拍摄图表。

说明第 2 部分展示了如何在Rescharts中运行模块并保存设置以实现自动运行。

倾斜边缘分辨率分析第 3 部分:边缘结果包含专门针对倾斜边缘(而非颜色、色调、噪声、楔形等)的结果。

结果

计算完成后,结果将显示在Rescharts窗口中,该窗口允许选择多个显示选项。下表显示了特定结果的图表。显示选项已编号,但不同模块的编号不同。斜边测量结果见第 3 部分。

SFRplus 显示选项
斜边测量(第三部分)
展示
各个区域的MTF(清晰度)
横向色差
清晰度/SQF(主观质量因素)
边缘粗糙度
噪声(来自倾斜边缘)
点扩散函数(近似值)
其他测量方法(本页 - 第 4 部分)
展示
图像、几何、畸变、视场
畸变(几何-径向图)
音调响应和伽马
详细的 eSFR ISO 噪声
均匀性/光线衰减曲线
楔形分辨率、混叠和MTF
[仅限 eSFR ISO]
扭曲轮廓(仅限棋盘格)

此处将显示影响每个显示器的设置。这些设置大多未在第二部分中列出,它们会保存以供自动运行使用。

色调响应和伽玛显示

伽玛值、音调响应及相关概念 包含对伽马射线的详细解释: 它的用途、测量方法等等。

eSFR ISO 和 SFRreg 中心图

Rescharts窗口中的结果:色调响应、伽玛值、白平衡
来自 eSFR ISO 或 SFRreg 中心图表中的圆形灰度图案

对于 SFRplus,此显示源自位于图表中心下方的 4x5 阶梯图图案。它类似于阶梯图的第三个图。上图显示了所有颜色的色调响应(也称为光电转换函数 OECF)。下图显示了图例中所示的三个 ΔC 单位的白平衡误差(与中性灰的偏差)。由于计算方式不同(基于阶梯图中亮部到中间色调方块的平均斜率),伽玛值可能与边缘响应和 MTF 显示中的值略有不同。用于计算 MTF 的色块的亮部和暗部级别以浅色水平线以及上图最左侧和最右侧的点显示。您可以使用这些线来查看色块是否位于色调响应的(相对)线性区域内(在右侧的示例中,它们位于该区域内)。如果任何色块接近饱和(log(像素级别/255) > -0.01;大致来说,像素级别 > 255 中的 249),则会显示警告消息(警告:MTF 色块可能饱和)。

名义图表密度

eSFR ISO 或 SFRreg
中心图(20色块)

数值来自 ISO 14524 表 A.3,160:1 图表。
对于 20 色(标准)eSFR ISO 图表,
0.1、0.16、0.22、0.28、0.35、0.41、0.49、0.57、0.65、0.74、0.83、0.93、1.04、1.16、1.3、1.44、1.61、1.8、2.03、2.3

SFRplus
线性密度步长:0.05 至 1.95,步长为 0.10(与 eSFR ISO 不同) 色块顺序显示在灰度图中。

请注意,哑光色卡的实际最大打印密度约为 1.7。部分哑光色卡附带附件。  使用半光泽贴纸以增加最大密度。

绘图设置区域

此区域(Rescharts 窗口右下角, “显示”下方)允许您选择要显示的结果。此部分的内容因图表而异。许多选择会保存到自动模式图表中。音调响应只有两个设置:通道(在第 2 部分中描述)和下部图表,下部图表可以设置为以下选项之一。

局部对比度
密度响应的导数(斜率)。(注意,γ 是斜率的平均值,取值范围从浅灰到深灰。)
Delta-C ab,94,00
所示颜色差异(不包括亮度差异)
温度差
相关色温(开尔文度)与中性色温的偏差
陷入困境的人
微逆度:一种用于计算校正滤镜的颜色误差度量。

“图像统计”功能会在“图像统计”模块中打开当前图像,从而可以详细检查图像的各个部分。它提供横截面图、直方图、傅里叶变换等功能。

颜色和亮度均匀性曲线

颜色和亮度均匀性曲线
均匀性曲线

SFRplus 和棋盘格

此显示在某些方面与“光照衰减”中的轮廓图类似。它由亮区轮廓图(正方形之间矩形的平均值)组成。图像顶部、中部和底部的轮廓图(从左到右)显示在显示屏的左侧,图像左侧、中部和右侧的轮廓图(从上到下)显示在右侧。以下显示选项可用。

R、G、B 和 Y 未归一化(最大值 = 1)

R、G、B 和 Y 归一化(最大值 = 1)

R、G、B 和 Y 未归一化(最大值 = 255)

红/绿 (R/G) 和蓝/绿 (B/G) 未归一化

R/G(红色)和 B/G(蓝色)归一化(最大值 = 1)

Delta-L*(灰度),a*(R),b*(B),色度 c*(G)

为了获得最佳显示效果,您应尽一切努力使用Imatest 测试实验室中的技术均匀照亮目标。亮度相关结果(R、G、B、Y 和 Delta-L*)的测量精度不如光衰减测试,后者推荐的技术是使用乳白漫射玻璃拍摄清晰均匀的图像场。但这些结果仍然有用。颜色比率(R/G 等)对于诊断颜色响应不均匀尤其有用。

图像、几何形状、畸变、视场角

所有模块

SFRplus_results_image图像、几何、畸变、视场角显示

此显示界面允许详细查看图像的多个方面。它显示了用于 MTF/噪声分析的选定区域(紫色矩形)、用于在 SFRplus 中生成均匀性曲线的黄色矩形以及用于在 SFRplus 中测量失真的红色水平曲线。显示选项包括

原始图像
极致轻度 (HSL)
录制频道
轻量化(HSV)
绿色通道
调亮 1 位
蓝色通道
减淡 2 位
颜色:Boost Sat. 4X
原图带 5x5 网格
颜色:Boost Sat,10X
原图带 5x7 网格
提亮(HSL)
原图带 11x15 网格

图像下方显示了一些几何结果。

SFRplus 畸变和视场测量中详细描述了畸变统计数据。您可以使用 Rescharts 窗口右下角显示区域中的复选框查看畸变校正后的图像。

  • 图像的宽 x 高(像素);找到的 m x n 个正方形;ROI 大小(参考输入设置)、MTF 的 ROI 数量等(不适用于配置文件)。
  • SMIA电视失真度是衡量失真的最简单指标。枕形失真为正值,桶形失真为负值。
  • 三阶畸变系数k1.ru = rd + k1rd3 =其中ru为未畸变半径, rd为畸变半径。r 已根据中心到角点的距离进行归一化。k1 > 0 表示桶形畸变, k1 < 0 表示枕形畸变。
  • 五阶失真系数h1 和h2  . r u = rd + h 1 rd 3 + h 2 rd 5 h 2的相对较大的值与h 1的符号不同,可能表示“波浪”或“胡须”畸变,其中随着半径的增加,主要畸变从桶形变为枕形(或反之亦然)。
  • 反正切/正切畸变系数也会被计算并包含在 CSV 输出文件中。
  • 视场角 (FoV)是根据选定的畸变计算或三个计算中的最佳结果(3 阶、5 阶、反正切/正切,即优化器误差最小的计算)计算得出的。
  • 中间正方形中心相对于图像中心的x、y 坐标。
  • 图案的平均旋转角度(以度为单位,>0 表示顺时针旋转)
  • 条形之间的垂直高度占图像高度的比例,以像素为单位。
  • 会聚角(度)。这是由于透视(梯形畸变)造成的,当相机未直接对准目标或未对准时就会出现这种情况。水平会聚角(与偏航角相关)如下图所示:通过将水平条形图向上和向下延伸计算得出。在下图所示的示例中,顶部和底部的红色实线是平行的(为了适应页面大小)。

水平会聚角

完美对齐是指 x、y 坐标、旋转角度以及水平、垂直会聚角均为 0。可在 SFRplus 图像的顶部和底部空白处添加标记以方便对齐。垂直会聚角由连接最左侧方格右侧边和最右侧方格左侧边的直线得出(如上图所示的蓝色虚线 - - - )。使用鱼眼镜头(桶形畸变严重)时,图表必须精确居中,会聚角测量才有意义。
符号约定
水平收敛角:正角度表示涡旋向左,即图表图像在右侧看起来更宽。
垂直收敛角:正角度表示顶部有涡旋,即图表图像底部看起来更宽。

  • 当输入柱状图高度(厘米) 、镜头到图表距离(厘米)和像素间距(像素间距)后,将显示测得的镜头焦距。如果已计算,则会将其写入 CSV 输出文件。公式:放大倍率M = 传感器上的柱状图高度 / 图表上的柱状图高度。对于镜头到图表距离f₁ ,镜头到传感器距离f₂ = f₁M 。使用薄透镜公式,焦距f = 1 / ( 1 /f₁ + 1 / f₂ ) 。
  • 视场角 (FoV)计算包含畸变的影响(棋盘格或 SFRplus 默认采用三种模型中最佳的模型)。如果输入条形到条形的垂直距离(对于预畸变图表,该距离位于图表中心),则以厘米 (cm) 为单位显示视场角。如果同时输入镜头到图表的距离(以厘米为单位),则以度为单位显示视场角。

视野限制

视场角 (FoV) 的计算依赖于畸变测量,而畸变测量仅在色差图(eSFR ISO、SFRplus 或棋盘格色差图)覆盖图像大部分区域(即边缘附近有细节)时有效。如果色差图位于图像中心(即色差图边界远离边缘),则视场角计算结果不可靠。

对于严重桶形畸变(鱼眼镜头)的镜头,像场可能位于图像内部。在这种情况下,视场角(FoV)没有意义,可能会显示像 0 这样的无意义数值。这种情况最容易发生在对角线视场角上。

点击“裁剪至 ROI”(或“裁剪至 1/2 ROI”)后,会出现一个特别有趣的显示界面。ROI 显示得足够大,其模糊效果清晰可见,可以与边缘图、MTF 图和汇总结果进行比较。

图像、几何形状、畸变、视场角显示,显示裁剪到感兴趣区域,这允许
将边缘外观(放大)与 Edge 和 MTF 结果进行比较。

例如:高度扭曲的棋盘格图像,带有线条和箭头

在“更多设置”窗口的“显示选项”区域中选择“显示箭头和线条”后,即可显示原始图像和校正后图像之间的关系(仅在棋盘格模式下显示)。原始图像中的线条(下图左侧)可以直观地显示计算出的系数校正失真的效果。

带有箭头的扭曲图像:未校正和校正后的图像。点击图像查看完整尺寸。
原图
校正后的图像

可以通过 Rescharts 显示区域左下角的滑块来调整校正后图像的放大倍数。

径向畸变图

径向畸变图为“图像、几何、畸变、视场”显示中的结果增添了丰富的细节。该图有四种显示选项: 1. Delta-r ,或2. 镜头几何畸变 (LGD) ,或3. 无畸变 r ( r<sub> u</sub> ) ,或d (LGD)/ d ( r<sub> u</sub> ) 。LGD 如下所示。

SFRplus径向畸变图显示镜头几何畸变100% ( rd – ru )/ ru

剧情包含

  1. 半径变化Δr (归一化到中心到角的距离,即半对角线)作为扭曲(输入)半径rd的函数。
    Δr = r (未失真)– r (失真)= rd – ru
  2. 镜头几何畸变 (LGD)包含在 CPIQ Phase 2 规范中,它等同于光学畸变(由Edmund Optics 定义) 。
    LGD = 100% ( rd – ru )/ ru
  3. 未变形半径, r u
  4. 曲率d (LGD)/ d ( r u )。该曲率(Imatest 5.0 新增)可用于确定由畸变引起的视觉劣化,其可能与最大值和最小值成正比。符号变化可能比五阶多项式符号变化(并非总是计算)更能指示胡须状(波浪状)畸变。

实线表示校正公式的结果: r <sub>u </sub> = rd + k<sub> 1 </sub> rd<sup> 3 </sup>(3阶;蓝色); r <sub>u</sub> = rd + h<sub> 1 </sub>rd <sup> 3 </sup> + h <sub>2 </sub>rd <sup> 5 </sup>(5阶;绿色);或反正切/正切方程(红色)。最佳拟合(本例中为5阶)以粗体显示。使用这些方程,|Δr |通常会随着r (畸变)的增大而增大,即,它在图像角附近往往最大。选定值(或误差最小的值)以粗体显示。

径向图用于比较《失真:方法和模块》中几个 Imatest 失真模块的结果。

摘要和EXIF数据

所有模块

此图包含各个感兴趣区域 (ROI) 的汇总结果以及 EXIF 数据(描述相机和镜头设置的元数据)。首次安装时,Imatest 仅读取 JPEG 文件中的 EXIF 数据。要获得更强大的 EXIF 支持,需要单独下载ExifTool ,详情请参见此处。您可以随时通过点击“文件” > “查看所有 EXIF 数据”在任何显示器上查看 EXIF 数据。

摘要结果和EXIF数据
摘要和EXIF数据

颜色分析

SFRplus、eSFR ISO 和 SFRreg 中心图

对于包含可选的SFRplus颜色模式的图像,可以进行颜色分析。该模式由 4 行 5 列共 20 种颜色组成。其中 18 种颜色接近行业标准的 24 色色卡。另外两种颜色则分别位于中性灰的黄色和蓝色区域。要进行颜色分析,

  • 必须选中 SFRplus 设置窗口中的“颜色图表”复选框。
  • 必须在“设置”窗口的“设置”区域中输入正确的颜色参考(文件名)和颜色空间。

颜色分析中提供两种显示方式。右侧所示的 a*b* 色差显示与 Colorcheck 和 Color/Tone Interactive 中的显示方式类似。此显示以方块表示参考(标称){a*,b*} 值,以圆圈表示相机(测量)值。通常还会显示 ΔE* ab 、ΔC* ab 、ΔE* 94 、ΔC* 94 、ΔE* 00和 ΔC* 00的平均值和最大值。

SFRplus 色卡

SFRplus 图表,可选颜色图案

右侧显示的是拆分(参考/输入)显示。底部显示的是第 2 行第 4 列的统计信息,该信息是通过单击右下角显示区域中的“探测” (图中未显示)获得的。

要关闭探针,请点击图像外部(在当前版本中,您需要点击图像下方的文本。此问题将在未来的版本中修复。)当探针关闭时,将显示 ΔE* ab 、ΔC* ab 、ΔE* 94 、ΔC* 94 、ΔE* 00和 ΔC* 00的平均值和最大值。

a*b*颜色误差 a*b*颜色误差分色侧向显示探头分屏显示,显示探测结果

噪声图

eSFR ISO 和 SFRreg 中心图

eSFR ISO可以显示多种类型的噪声,这些噪声是通过测量图表中心周围的灰度色块得到的,包括由“颜色/色调交互式”和“颜色/色调自动”计算的所有类型的噪声(标准像素噪声、色度噪声、场景参考噪声、传感器(原始)噪声和 ISO-15739 视觉噪声)。信噪比 (SNR) 也可以以比率或分贝 (dB) 的形式显示。

有关选择噪声显示和 x 轴的说明以及噪声显示的描述,请参阅“颜色/色调”和“eSFR ISO 噪声” 。

右图所示为简单的像素噪声,以最大像素值的百分比表示,是噪声显示方式中较为简单的一种。

噪声图(针对简单的像素噪声)

esfriso_noise_plot

楔形 MTF 和混叠图

eSFR ISO 仅限

如果已拍摄增强型或扩展型图表,并且已选中 eSFR ISO 设置窗口中的“楔形”复选框,则会自动检测四个或更多楔形对,并显示每个楔形对的两种结果之一(右侧显示的 MTF 和混叠起始点,以及莫尔条纹)。这些图表的详细说明请参见“楔形”模块页面。

楔形 MTF 和混叠起始图
适用于增强型和扩展型 eSFR ISO 图表
(还可以绘制莫尔条纹图。)

esfriso_wedge_plot

多楔形图 eSFR ISO 仅限

多楔形图显示了所有楔形的结果汇总。它与倾斜边缘的多 ROI(边缘)汇总图完全对应。

Rescharts窗口(上方)显示的多感兴趣区域(ROI)摘要包含了eSFR ISO楔形结果的汇总。左上角以柔和的灰度显示图像,选定的高频楔形区域用红色矩形框出,并以全对比度显示。主要用于低频归一化的低频楔形区域则位于蓝色矩形框内。每个区域旁边最多显示四个结果框。结果可以在右侧“显示选项”区域(位于“显示”选项下方)中选择。图像下方有图例。

别名起始点、MTF50、MTF20
别名开始,MTF50,分钟(MTF10,alias,Nyq)
别名 onset、MTF50P、MTF20_
别名起始,二级 rdouts 1,2
所有三个辅助读数

结果选择

查看选择

笔记:

  • 混叠的起始频率是指检测到的条纹数量(经过平滑处理以降低噪声敏感性)下降到低频值的 95% 时的频率。它仅在相对锐利的系统(对焦良好的优质镜头,因此在奈奎斯特频率附近有一定的能量)上才能指示混叠现象。
  • min(MTF10, alias, Nyq)(MTF10、混叠起始点和奈奎斯特频率 (0.5C/P) 中的最小值)是建议的 ISO 16505 分辨率指标(选择此指标是因为 MTF10不够稳健)。参见“使用楔形测量 MTF:陷阱和最佳实践” [1] 。

变形轮廓(仅限棋盘格)

畸变轮廓图于 2021.2 版本推出,展示了多种测量值的轮廓(目前包括 Δr (r<sub> d </sub> - r<sub> u </sub> 像素)、Δr (r<sub> d </sub> - r<sub> u </sub> 归一化)、镜头几何畸变 (100%(r <sub>d </sub> - r<sub> u</sub> )/r<sub> u </sub>))。轮廓图以未校正图像(如图所示)或校正后图像显示。

该图表将在未来的版本中进行改进,以显示更多结果。

畸变轮廓图(仅限棋盘格)

概括

斜边分辨率分析表。(所有分析结果也可作为支持批量处理的固定模块提供。)
所有功能均具备自动区域检测、符合 ISO 标准的 MTF(清晰度)分析和横向色差计算。
清晰度图细节
高的
中等的
取决于具体安排。
高的
ISO标准图表设计
–
♦
–
–
颜色分析
♦
♦
*
–
音调反应(OECF)
♦
♦
*
–
噪声分析
有限的
♦
* 有限的
有限的
失真
♦
有限的
–
♦
几何学
♦
♦
*
♦
特点和
推荐用途
Imatest 原创的自动检测图表,自 2009 年起投入使用,功能强大且用途广泛。建议在顶部和底部条形图上方和下方留出一些空白。与 eSFR ISO 相比,它能提供更丰富的空间细节和畸变信息。
符合ISO标准的图表设计。包含楔形分析。支持详细的噪声分析。

通常会在图像区域周围放置多个单独的图表。适用于
- 极端鱼眼镜头 (>180°)
-Optikos子午线系统。
-在不同距离拍摄图表,以测试对焦和景深。
-超高分辨率摄像头(>36MP)

*在Imatest 5.0+中,可使用SFRreg 中心图表。几何图形中省略了视场角 (FoV)。

对取景相对不敏感:只要距离足够大,图表质量就不会成为问题,并且有可辨识的角,就可以放大或缩小。

♦ 表示强烈支持;– 表示不支持。

链接

卡尔蔡司的HH Nasse撰写的《如何解读MTF曲线》是一篇非常出色且详尽的入门介绍,共33页,需要耐心阅读。文章详细讲解了MTF曲线,类似于SFRplus中的镜头型MTF曲线。这里还有一份蔡司技术文章的列表,值得一看。他们的(光学) MTF测试仪K8也值得关注。

Luminous Landscape.com网站上的MTF 理解介绍要简短得多。

理解图像清晰度和MTF: Imatest作者撰写的多篇系列文章,大部分写于Imatest创立之前。内容较为专业。

Bob Atkins对MTF 和 SQF做了精彩的介绍。SQF(主观质量因子)是衡量感知到的打印清晰度的指标,它结合了人眼的对比度敏感度函数 (CSF)。该指标将于 2006 年 10 月下旬添加到 Imatest Master 中。

Optikos 教你如何测量镜头的 MTF 和其他特性。

参考

  1. N. Koren、RC Sumner 和 H. Koren, “使用楔形测量 MTF:陷阱和最佳实践”,载于《IS&T 电子成像会议论文集》,第 29 卷,2017 年,第 6-11 页, doi:10.2352/issn.2470-1173.2017.19.avm-451 。