斜邊解析度分析 第 4 部分:其他結果

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)。

本頁涵蓋的結果(多)並非源自傾斜邊緣本身,包括

*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。

傾斜邊緣解析度分析第三部分「邊緣結果」涵蓋了邊緣銳利度測量和文字(JSON 和 CSV)輸出文件,該部分適用於所有傾斜邊緣解析度分析。以下是之前的各個頁面。

本頁總結了四種斜邊解析度分析的結果。
具有自動區域檢測功能
SFRplus、eSFR ISO、SFRreg 和 Checkerboard。
這些模組包含許多共同的結果,因此
維護一個頁面比維護四個單獨的頁面要容易得多。

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 5.0可以補償垂直於邊緣的非均勻光照。這可以提高諸如 MTF50 等匯總指標的估計精度。

四個介紹頁——SFRplus 、 eSFR ISO 、 SFRreg和棋盤格——分別描述了每個模組,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。

傾斜邊緣解析度分析第 3 部分:邊緣結果包含專門針對傾斜邊緣(而非色彩、色調、雜訊、楔形等)的結果。

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。斜邊測量結果請參閱第 3 部分。

SFRplus 顯示選項
斜邊測量(第三部分)
展示
各區域的MTF(清晰度)
橫向色差
清晰度/SQF(主觀品質因素)
邊緣粗糙度
噪音(來自傾斜邊緣)
點擴散函數(近似值)
其他測量方法(本頁 - 第 4 部分)
展示
影像、幾何、畸變、視場
畸變(幾何-徑向圖)
音調響應和伽馬
詳細的 eSFR ISO 噪音
均勻性/光線衰減曲線
楔形分辨率、混疊和MTF
[僅限 eSFR ISO]
扭曲輪廓(僅限棋盤格)

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,它們會保存以供自動運行使用。

色調響應和伽瑪顯示

伽瑪值、音調響應及相關概念 包含伽馬射線的詳細解釋: 它的用途、測量方法等等。

eSFR ISO 和 SFRreg 中心圖

Rescharts視窗中的結果:色調響應、伽瑪值、白平衡
來自 eSFR ISO 或 SFRreg 中心圖表中的圓形灰階圖案

對於 SFRplus,此顯示源自位於圖表中心下方的 4x5 階梯圖圖案。它類似階梯圖的第三個圖。上圖顯示了所有顏色的色調響應(也稱為光電轉換函數 OECF)。下圖顯示了圖例中所示的三個 ΔC 單位的白平衡誤差(與中性灰的偏差)。由於計算方式不同(基於階梯圖中亮部到中間色調方塊的平均斜率),伽瑪值可能與邊緣響應和 MTF 顯示中的值略有不同。用於計算 MTF 的色塊的亮部和暗部等級以淺色水平線以及上圖最左側和最右側的點顯示。您可以使用這些線條來查看色塊是否位於色調響應的(相對)線性區域內(在右側的範例中,它們位於該區域內)。如果任何色塊接近飽和(log(像素等級/255) > -0.01;大致來說,像素等級 > 255 中的 249),則會顯示警告訊息(警告:MTF 色塊可能飽和)。

名目圖表密度

eSFR ISO 或 SFRreg
中心圖(20色塊)

數值來自 ISO 14524 表 A.3,160:1 圖表。
對於 20 色(標準)eSFR ISO 圖表,
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、2033、2.203、1.2.

SFRplus
線性密度步長:0.05 至 1.95,步長為 0.10(與 eSFR ISO 不同) 色塊順序顯示在灰階圖中。

請注意,霧面色卡的實際最大列印密度約為 1.7。部分霧面色卡附附件。  使用半光澤貼紙以增加最大密度。

繪圖設定區域

此區域(Rescharts 視窗右下角, “顯示”下方)可讓您選擇要顯示的結果。此部分的內容因圖表而異。許多選擇會儲存到自動模式圖表中。音調響應只有兩個設定:通道(在第 2 部分中描述)和下部圖表,下部圖表可以設定為以下選項之一。

局部對比度
密度響應的導數(斜率)。 (注意,γ 是斜率的平均值,取值範圍從淺灰到深灰色。)
Delta-C ab,94,00
所示顏色差異(不包括亮度差異)
溫度差
相關色溫(開爾文度)與中性色溫的偏差
陷入困境的人
微逆度:一種用於計算校正濾鏡的色彩誤差度量。

「影像統計」功能會在「影像統計」模組中開啟目前影像,從而可以詳細檢查影像的各個部分。它提供橫斷面圖、直方圖、傅立葉變換等功能。

色彩和亮度均勻性曲線

色彩和亮度均勻性曲線
均勻性曲線

SFRplus 與棋盤格

此顯示在某些方面與「光照衰減」中的輪廓圖類似。它由亮區輪廓圖(正方形之間矩形的平均值)組成。影像頂部、中間和底部的輪廓圖(從左到右)顯示在顯示器的左側,影像左側、中間和右側的輪廓圖(從上到下)顯示在右側。以下顯示選項可用。

R、G、B 和 Y 未歸一化(最大值 = 1)

R、G、B 和 Y 歸一化(最大值 = 1)

R、G、B 和 Y 未歸一化(最大值 = 255)

紅/綠 (R/G) 和藍/綠 (B/G) 未歸一化

紅/綠 (R/G) 和藍/綠 (B/G) 歸一化(最大值 = 1)

Delta-L*(灰階),a*(R),b*(B),色度 c*(G)

為了獲得最佳顯示效果,您應盡一切努力使用Imatest 測試實驗室中的技術均勻照亮目標。亮度相關結果(R、G、B、Y 和 Delta-L*)的測量精度不如光衰減測試,後者建議的技術是使用乳白漫射玻璃拍攝清晰均勻的影像場。但這些結果仍然有用。顏色比率(R/G 等)對於診斷顏色響應不均勻尤其有用。

影像、幾何形狀、畸變、視場角

所有模組

SFRplus_results_image影像、幾何、畸變、視場角顯示

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/雜訊分析的選定區域(紫色矩形)、用於在 SFRplus 中產生均勻性曲線的黃色矩形以及用於在 SFRplus 中測量失真的紅色水平曲線。顯示選項包括

原始影像
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

圖像下方顯示了一些幾何結果。

SFRplus 畸變和視場測量中詳細描述了畸變統計。您可以使用 Rescharts 視窗右下角顯示區域中的核取方塊查看畸變校正後的影像。

  • 影像的寬 x 高(像素);找到的 m x n 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。
  • 三階畸變係數k1.ru = rd + k1rd3 =其中ru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。
  • 五階失真係數h1 和h2  . r u = rd + h 1 rd 3 + h 2 rd 5 h 2的相對較大的值與h 1的符號不同,可能表示「波浪」或「鬍鬚」畸變,其中隨著半徑的增加,主要畸變從桶形變為枕形(或反之亦然)。
  • 反正切/正切畸變係數也會被計算並包含在 CSV 輸出檔中。
  • 視場角 (FoV)是根據選定的畸變計算或三個計算中的最佳結果(3 階、5 階、反正切/正切,即優化器誤差最小的計算)計算得出的。
  • 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)。這是由於透視(梯形畸變)造成的,當相機未直接對準目標或未對準時就會出現這種情況。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。在下圖所示的範例中,頂部和底部的紅色實線是平行的(為了適應頁面大小)。

水平會聚角

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。
符號約定
水平收斂角:正角度表示渦旋向左,即圖表影像在右側看起來較寬。
垂直收斂角:正角度表示頂部有渦旋,即圖表影像底部看起來較寬。

  • 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 ) 。
  • 視場角 (FoV)計算包含畸變的影響(棋盤格或 SFRplus 預設採用三種模型中最佳的模型)。如果輸入長條到長條的垂直距離(對於預畸變圖表,該距離位於圖表中心),則以公分 (cm) 為單位顯示視場角。若同時輸入鏡頭到圖表的距離(以公分為單位),則以度為單位顯示視場角。

視野限制

視場角 (FoV) 的計算依賴畸變測量,而畸變測量僅在色差圖(eSFR ISO、SFRplus 或棋盤格色差圖)覆蓋影像大部分區域(即邊緣附近有細節)時有效。如果色差圖位於影像中心(即色差圖邊界遠離邊緣),則視場角計算結果不可靠。

對於嚴重桶形變形(魚眼鏡頭)的鏡頭,像場可能位於影像內部。在這種情況下,視場角(FoV)沒有意義,可能會顯示像 0 這樣的無意義數值。這種情況最容易發生在對角線視場角。

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。

影像、幾何形狀、畸變、視場角顯示,顯示裁剪到感興趣區域,這允許
將邊緣外觀(放大)與 Edge 和 MTF 結果進行比較。

例如:高度扭曲的棋盤格圖像,帶有線條和箭頭

在「更多設定」視窗的「顯示選項」區域中選擇「顯示箭頭和線條」後,即可顯示原始影像和校正後影像之間的關係(僅在棋盤格模式下顯示)。原始影像中的線條(下圖左側)可以直觀地顯示計算出的係數校正失真的效果。

帶有箭頭的扭曲影像:未校正和校正後的影像。點擊圖像以查看完整尺寸。
原圖
校正後的影像

可以透過 Rescharts 顯示區域左下角的滑桿來調整校正後影像的放大倍率。

徑向畸變圖

徑向畸變圖為「影像、幾何、畸變、視野」顯示中的結果增添了豐富的細節。此圖有四種顯示選項: 1. Delta-r ,或2. 鏡頭幾何畸變 (LGD) ,或3. 無畸變 r ( r<sub> u</sub> ) ,或d (LGD)/ d ( r<sub> u</sub> ) 。 LGD 如下圖所示。

SFRplus徑向畸變圖顯示鏡頭幾何畸變100% ( rd – ru )/ ru

劇情包含

  1. 半徑變化Δr (歸一化到中心到角的距離,即半對角線)作為扭曲(輸入)半徑rd的函數。
    Δr = r (未失真)– r (失真)= rd – ru
  2. 鏡頭幾何畸變 (LGD)包含在 CPIQ Phase 2 規範中,它等同於光學畸變(由Edmund Optics 定義) 。
    LGD = 100% ( rd – ru )/ ru
  3. 未變形半徑, r u
  4. 曲率d (LGD)/ d ( r u )。此曲率(Imatest 5.0 新增)可用於確定畸變引起的視覺劣化,其可能與最大值和最小值成正比。符號變化可能比五階多項式符號變化(並非總是計算)更能指示鬍鬚狀(波浪狀)畸變。

實線表示校正公式的結果: r <sub>u </sub> = rd + k<sub> 1 </sub> rd<sup> 3 </sup>(3階;藍); r <sub>u</sub> = rd + h<sub> 1 </sub> rd < p . </sup>(5階;綠色);或反正切/正切方程式(紅色)。最佳擬合(本例為5階)以粗體顯示。使用這些方程,|Δr |通常會隨著r (畸變)的增加而增大,即,它在圖像角附近往往最大。選定值(或誤差最小的值)以粗體顯示。

徑向圖用於比較《失真:方法和模組》中幾個 Imatest 失真模組的結果。

摘要和EXIF數據

所有模組

此圖包含各個感興趣區域 (ROI) 的總結結果以及 EXIF 資料(描述相機和鏡頭設定的元資料)。首次安裝時,Imatest 僅讀取 JPEG 檔案中的 EXIF 資料。要獲得更強大的 EXIF 支持,需要單獨下載ExifTool ,詳情請參閱此處。您可以隨時透過點擊「檔案」 > 「查看所有 EXIF 資料」在任何顯示器上查看 EXIF 資料。

摘要結果和EXIF數據
摘要和EXIF數據

顏色分析

SFRplus、eSFR ISO 與 SFRreg 中心圖

對於包含可選的SFRplus顏色模式的影像,可以進行色彩分析。此模式由 4 行 5 列共 20 種顏色組成。其中 18 種顏色接近業界標準的 24 色色卡。另外兩種顏色則分別位於中性灰的黃色和藍色區域。要進行顏色分析,

  • 必須選取 SFRplus 設定視窗中的「顏色圖表」複選框。
  • 必須在「設定」視窗的「設定」區域中輸入正確的顏色參考(檔案名稱)和色彩空間。

顏色分析中提供兩種顯示方式。右側所示的 a*b* 色差顯示與 Colorcheck 和 Color/Tone Interactive 中的顯示方式類似。此顯示以方塊表示參考(標稱){a*,b*} 值,以圓圈表示相機(測量)值。通常也會顯示 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 圖表,可選顏色圖案

右側顯示的是拆分(參考/輸入)顯示。底部顯示的是第 2 行第 4 列的統計信息,該信息是通過單擊右下角顯示區域中的“探測” (圖中未顯示)獲得的。

要關閉探針,請點擊圖像外部(在當前版本中,您需要點擊圖像下方的文字。此問題將在未來的版本中修復。)當探針關閉時,將顯示 ΔE* ab 、ΔC* ab 、ΔE* 94 、ΔC* 94 、ΔE* 00和 ΔC* 00的平均值和最大值和最大值。

a*b*顏色誤差 a*b*顏色誤差分色側向顯示探頭分割畫面顯示,顯示探測結果

雜訊圖

eSFR ISO 和 SFRreg 中心圖

eSFR ISO可以顯示多種類型的噪聲,這些噪聲是透過測量圖表中心周圍的灰階色塊所得到的,包括由「色彩/色調互動式」和「色彩/色調自動」計算的所有類型的噪音(標準像素雜訊、色度雜訊、場景參考雜訊、感測器(原始)雜訊和 ISO-15739 視覺雜訊)。訊號雜訊比 (SNR) 也可以以比率或分貝 (dB) 的形式顯示。

有關選擇噪音顯示和 x 軸的說明以及噪音顯示的描述,請參閱「顏色/色調」和「eSFR ISO 噪音」 。

右圖所示為簡單的像素噪聲,以最大像素值的百分比表示,是噪聲顯示方式中較為簡單的一種。

雜訊圖(針對簡單的像素雜訊)

esfriso_noise_plot

楔形 MTF 和混疊圖

eSFR ISO 僅限

如果已拍攝增強型或擴展型圖表,並且已選取 eSFR ISO 設定視窗中的「楔形」複選框,則會自動偵測四個或更多楔形對,並顯示每個楔形對的兩種結果之一(右側顯示的 MTF 和混疊起始點,以及莫爾條紋)。這些圖表的詳細說明請參閱「楔形」模組頁面。

楔形 MTF 和混疊起始圖
適用於增強型和擴展型 eSFR ISO 圖表
(也可以繪製莫爾條紋圖。)

esfriso_wedge_plot

多楔形圖 eSFR ISO 僅限

多楔形圖顯示了所有楔形的結果總結。它與傾斜邊緣的多 ROI(邊緣)總和圖完全對應。

Rescharts視窗(上方)顯示的多感興趣區域(ROI)摘要包含了eSFR ISO楔形結果的總和。左上角以柔和的灰階顯示影像,選定的高頻楔形區域以紅色矩形框出,並以全對比度顯示。主要用於低頻歸一化的低頻楔形區域則位於藍色矩形框內。每個區域旁邊最多顯示四個結果框。結果可以在右側“顯示選項”區域(位於“顯示”選項下方)中選擇。圖像下方有圖例。

別名起始點、MTF50、MTF20
別名開始,MTF50,分鐘(MTF10,alias,Nyq)
別名 onset、MTF50P、MTF20_
別名起始,次要 rdouts 1,2
所有三個輔助讀數

結果選擇

查看選擇

筆記:

  • 混疊的起始頻率是指偵測到的條紋數量(經過平滑處理以降低雜訊敏感度)下降到低頻值的 95% 時的頻率。它僅在相對銳利的系統(對焦良好的優質鏡頭,因此在奈奎斯特頻率附近有一定的能量)上才能指示混疊現象。
  • min(MTF10, alias, Nyq)(MTF10、混疊起始點和奈奎斯特頻率 (0.5C/P) 中的最小值)是建議的 ISO 16505 解析度指標(選擇此指標是因為 MTF10不夠穩健)。請參閱“使用楔形測量 MTF:陷阱和最佳實踐” [1] 。

變形輪廓(僅限棋盤格)

畸變輪廓圖於 2021.2 版本推出,展示了多種測量值的輪廓(目前包括 Δr (r<sub> d </sub> - r<sub> u </sub> 像素)、Δr (r<sub> d </sub> - r<sub> u </sub>歸一化)、鏡頭圖面(100%)、鏡頭圖 < sub </sub>))。輪廓圖以未校正影像(如圖)或校正後影像顯示。

該圖表將在未來的版本中進行改進,以顯示更多結果。

畸變輪廓圖(僅限棋盤格)

概括

斜邊分辨率分析表。 (所有分析結果也可作為支援批量處理的固定模組提供。)
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。
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
- 極端魚眼鏡頭 (>180°)
-Optikos子午線系統。
-在不同距離拍攝圖表,以測試對焦和景深。
-超高解析度相機(>36MP)

*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。

連結

卡爾蔡司的HH Nasse撰寫的《如何解讀MTF曲線》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中的鏡頭型MTF曲線。這裡還有一份蔡司技術文章的列表,值得一看。他們的(光學) MTF測試儀K8也值得關注。

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。

Optikos 教你如何測量鏡頭的 MTF 和其他特性。

參考

  1. N. Koren、RC Sumner 和 H. Koren, “使用楔形測量 MTF:陷阱和最佳實踐”,載於《IS&T 電子成像會議論文集》,第 29 卷,2017 年,第 6-11 頁, doi:10.2352/issn.2470-1173.2017.19.19519 .