SFRplus图表：说明及拍摄方法
Imatest SFRplus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，该测试图表可从 Imatest 商店购买（推荐），也可使用高质量喷墨打印机打印。用户无需手动选择感兴趣区域 (ROI)。
图像质量因素包括
- 清晰度，用空间频率响应（SFR）表示，也称为调制传递函数（MTF） ，可以映射到整个图像上。
- 噪声（有限： eSFR ISO具有更详细的噪声计算），
- 横向色差
- SFRplus畸变和视场测量中的畸变细节
- 音调响应（细节不如阶梯图丰富；噪声统计数据有限），
- 当与包含位于中心方块上方的可选颜色图案的 SFRplus 图表一起使用时，颜色准确度会更高。
- 输入入射勒克斯时， ISO 感光度（基于饱和度和标准输出感光度）。
使用倾斜边缘分辨率分析（第二部分） ——选择文件——设置窗口——ROI 选择与分析——边缘 ID 文件——更多设置窗口——辅助读数——设置区域——Gamma——基于图表对比度的 Gamma——自动模式窗口——警告——裁剪——总结 斜边测试结果 第 3 部分– SFRplus 边缘测试结果 —多 ROI 区域总结—边缘和 MTF —色差—锐度/SQF —直方图和噪声—图像、几何形状、畸变、视场角— 3D 图—镜头风格 MTF 图—边缘粗糙度—点扩散函数—总结— CSV 和 JSON 输出 斜边结果 第 4 部分– SFRplus 其他结果（色调、颜色、失真等）—色调响应和伽马值—图像、几何形状、失真、视场角—径向失真—总结和 EXIF 数据—颜色分析—详细噪声图—总结—链接 适用于鱼眼镜头的预失真和特殊图表——应用广泛，例如汽车后视摄像头。包含 SFRplus、eSFR ISO 和 SFRreg 图表。预览预失真效果。 |
如果图像已被自动图表识别功能识别，则会自动选择 SFRplus 分析。否则，可以从目标的“特色”或“清晰度”部分中选择。
分析模式可在以下几种模式之间切换：
- 交互式模式允许您选择设置并以交互方式详细查看结果。保存的设置将用于以下自动模式或Imatest IT 。
- 自动（批量）模式无需用户额外输入即可自动运行。感兴趣区域 (ROI) 会根据交互模式下保存的设置自动定位。这使得可以使用相同的设置分析不同尺寸和取景的图像。自动模式可处理批量文件，尤其适用于自动化测试，因为自动化测试中图像的取景可能各不相同。
SFRplus 有两种运行模式。
- 交互式/设置模式（在Imatest主窗口中按Rescharts或运行），允许您选择设置并交互式地详细检查结果。
- 自动模式（在 Imatest 主窗口中按下即可运行）无需用户额外输入即可自动运行。ROI 会根据交互式/设置模式下保存的设置自动定位。这使得无需更改设置即可分析不同尺寸和取景的图像。自动模式适用于处理大量文件，尤其适用于取景可能因图像而异的自动化测试。
本文档介绍SFRplus ，并解释如何获取和拍摄图表。第二部分展示了如何在Rescharts中运行 SFRplus 以及如何保存设置以进行自动运行。第三部分和第四部分展示了结果。
SFRplus 测试图表
下面显示的是一个标准的 SFRplus 测试图表（多种配置之一）。
20步4x5阶梯图（密度增量0.1）和颜色图
清晰度源自方格边缘的明暗倾斜角度，具体内容请参见“清晰度：它是什么以及如何测量？”。 SFRplus 可以处理各种相机宽高比；图表的左右两侧可能超出画面范围，也可能完全位于画面内部。
SFRplus图表的主要特征有：
- 顶部和底部的条形图用于测量失真和便于边缘检测。
- 倾斜方格网格，对比度不大于 10:1。提供 4x7、5x7、5x9 和 7x11（行 x 列）网格。方格的倾斜角度便于使用靠近角落的垂直边缘（接近切线）测量横向色差。这种方向也有助于绘制镜头式 MTF 曲线图，类似于佳能、 尼康和蔡司网站上的 MTF 显示。
- 中间方格上方和下方的方格可用于非空间测量。在标准图表中，中间方格下方的方格是一个 4x5 的灰度阶梯图，密度步长为 0.1，用于测量色调响应和伽玛值；中间方格上方的方格包含一个精细星形图案（用作对焦辅助，不用于分析）或一个 4x5 的彩色图案（包含 20 种颜色中的 18 种，类似于行业标准的 24 色色卡），用于测量颜色准确度。
- 虽然标准对比度为 4:1，但可以少量使用低对比度（通常为 2:1）的方块（10:1 对比度图表的一个选项），以测量非线性/非均匀信号处理的效果。
| 标准 | 选项和备注 | |
|---|---|---|
| 网格 | 5x9 或 5x7 | 5x9画幅最适合高清电视（16:9宽高比）和数码单反相机（3:2宽高比）。5x7画幅最适合小型数码相机和拍照手机（4:3宽高比）。4x7和7x11画幅可根据特殊要求提供。 |
| 对比 | 4:1 - 仅推荐 | ISO 12233:2014 标准规定了 4:1 的对比度，通常建议使用 4:1，尤其适用于新作品。由于信号处理不均匀，其 MTF 值可能低于 10:1 的对比度测试图。 |
| 10:1（小学），2:1（中学） | 大多数正方形的对比度为 10:1；少数（通常为 4 个）正方形的对比度为 2:1，以显示非线性/非均匀处理的效果。 | |
| 10:1 - 仅限（不推荐） | 不建议使用大于 10:1 的对比度。旧版 ISO 12233:2000 测试卡中使用的 ≥40:1 对比度会产生不可靠的结果，因为图像经常出现饱和（溢出）现象。 | |
| 灰度 步骤图 | 包含（下方中心） | 在玻璃图表上，Chrome浏览器不支持此功能。 |
| 焦点之星 或颜色图表 （上方中心） | 不再推荐使用焦点星。 | 焦点星用作对焦辅助工具（并非用于Imatest分析），但对于方格中心带有对焦辅助图案的图表则无用。如果包含色卡，则省略焦点星。 |
| 可选的 20 色色卡 | 如果选中，则替换焦点星。L*a*b* 值将以 CSV 文件形式发送。20 个色块中有 18 个接近行业标准的 24 色块测试图。 | |
| 预扭曲图表 | （标准图表未失真。） | 提供两种级别的枕形畸变，适用于鱼眼镜头（桶形畸变严重）。仅提供哑光表面。 |
| 表面 | 哑光或半光泽 | 半光泽表面在暗色调方面（打印密度 > 1.5）锐度略高，灰阶还原更准确，但更容易产生眩光（镜面反射），尤其是在使用广角镜头时。建议广角镜头使用哑光表面。 |
SFRplus图表相对于旧版ISO 12233:2000图表的优势
右侧所示的 ISO 12233:2000 标准和图表已于 2014 年 2 月被新标准取代，但仍将在一段时间内被广泛使用。新标准规定了三种图表，其中一种是倾斜边缘（边缘 SFR；E-SFR）图表，其对比度要低得多（4:1；如下右图所示）。Imatest eSFR ISO模块支持使用新的 E-SFR 图表进行自动区域检测。
与旧版 ISO 12233:2000 图表相比，
SFRplus 的浪费面积要少得多。旧版 ISO 图表中约 90% 的区域都被对计算机分析价值不大的模式所覆盖。
它可以生成图像表面清晰度（MTF）的详细图谱。旧的ISO测试卡无法做到这一点，因为合适的边缘数量不足，而且位置也不理想。
斜边图
根据您输入的位置条件，自动进行区域检测。这使得 SFRplus 图表和模块非常适合自动化测试：SFRplus 目前已应用于众多生产线。使用 ISO 图表时，每当图像取景发生变化时，都必须仔细选择感兴趣区域 (ROI)。
对比度为 10:1（或更低）的边缘比旧版 ISO 测试图中对比度 ≥ 40:1 的边缘更不容易出现过曝或欠曝。相机在更线性的范围内运行，因此成像结果更一致、更准确，受过曝、欠曝、伽马值估计错误或过度软件锐化的影响更小。对比度为 10:1 或更低的边缘更能代表影响图像清晰度的真实边缘。推荐的对比度为 4:1，与新的 ISO 12233:2014 标准一致。
低对比度边缘（某些 SFRplus 测试图上的少数边缘对比度为 2:1）提供了有关被测相机信号处理的更多信息。尽管 Imatest SFR 对测试图对比度相对不敏感（低空间频率下的 MTF 已归一化为 100%），但由于相机中存在非线性和非均匀信号处理，测量得到的 SFR 通常会受到测试图对比度的影响，如下文所述。
4:1 对比度 5x7
SFRplus图表该测量符合 ISO 标准。符合 ISO 标准的测量不需要使用标准的 ISO 图表。新的 ISO-12233:2014 E-SFR 图表标准要求使用对比度为 4:1 的图案，类似于上图右侧所示的图表， Imatest SFR完全支持该图表。
SFRplus 可以测量其他图像质量因素，包括横向色差、失真、伽玛（对比度）、色调响应和颜色准确度（在具有可选颜色图案的图表中）。
- ISO 12233:2000 色卡不包含可用于测量伽马值（像素对数与曝光对数曲线的平均斜率，即对比度）的信息，而伽马值是 MTF 计算中图像线性化所必需的。对于高对比度目标，精确测量伽马值尤为重要。在 SFRplus 色卡中，伽马值可以从各个方格（如果输入了对比度）或灰阶阶梯图导出。
与eSFR ISO（ISO 12233:2014）图表和模块相比，
- 图像表面上的 MTF 图更加详细。
- 由于使用了失真条，失真测量结果略微准确一些（特别是与标准图表相比）。
- 无法提供详细的鼻部尺寸数据。
与棋盘格图和模块相比，
- 构图受到更多限制，因此建议在图像的顶部和底部留出一些空白。
- 棋盘格图案适用于各种距离，但缺乏色调和色彩图案。
非线性和非均匀信号处理导致的SFR（MTF）测量通常会受到图表对比度的影响，这是由于非均匀信号处理造成的，即处理过程依赖于相邻像素的内容，因此在整幅图像中可能存在差异。非均匀处理在消费级数码相机中几乎普遍存在。它能提高图像质量，但也会使测量变得复杂。对于Imatest测量，您可以使用dcraw解码RAW图像（如果可用）来避免这种情况。非均匀处理主要有两种形式。
信号处理算法是专有的；它们是制造商用来制作精美图像的“秘诀”之一。尽管它们差异很大，但可以做出以下概括。
因此，有时拍摄具有相对较高和较低对比度边缘的图表会很有用：如上表中的 10:1 和 2:1。 在Log F-Contrast模块中可以深入分析非均匀信号处理。 |
SFRplus 斜边算法计算 MTF/SFR 的算法改编自 Peter Burns 编写的 Matlab 程序 sfrmat (  为了实现 ISO 12233 标准，SFRplus 进行了多项改进，包括更精确的边缘检测、更好的镜头畸变处理以及更详细的输出。详情请见此处。Matlab 代码可在losburns.com/imaging/software/获取。将 sfrmat 的结果与 Imatest 进行比较时，请注意以下事项：如果未向 sfrmat 输入 OECF（色调响应曲线）文件，则 sfrmat 会假定不存在色调响应曲线，即gamma = 1。Imatest 的默认 gamma 值为 0.5，这通常是数码相机的典型值。为了与 sfrmat 的结果保持一致，您必须将 gamma 设置为 1。 |
 双对比度 5x9 SFRplus 视力表，10:1 和 2:1 对比度，聚焦星光。 |
|
标准 SFRplus 测试图由 5x7 或 5x9 的方格组成，其对比度可以是 4:1（当前推荐值，符合 ISO 12233:2014 标准）、10:1，或者除四个方格外其余方格均为 10:1，其余四个方格（偏离中心一列）为 2:1。中心方格下方是一个 4x5 的色阶图（密度以 0.1 为步长，从 0.05 到 1.95），中心方格上方是一个焦点星（SFRplus 不分析）或一个 20 色块的色块图案。该测试图可能预先变形，以便与鱼眼镜头（具有强烈桶形畸变）配合使用。
您可以从Imatest 商店购买各种配置的色差表。左下方的色差表包含一个彩色图案（购买时会附赠一个 L*a*b* 参考文件）。右下方的单色色差表包含一个星形图案，可用作对焦辅助工具（不可用于分析）。它可以制作成尺寸非常小的镀铬玻璃透射测试卡。详情请点击此处。图表可以用宽幅喷墨打印机打印，但您需要优质的打印材料、熟练的打印技巧以及色彩管理方面的知识。我们强烈建议您购买一份图表。
图表应粘贴在 32x40 英寸或 40x60 英寸、1/2 英寸（12.5 毫米）厚的泡沫板上，粘贴时可使用喷胶（例如 3M ™ 77 或 Photo Mount）或双面胶带（例如 3M ™ #568 可定位安装胶）。1/2 英寸厚的泡沫板比标准的 1/4 英寸或 3/8 英寸厚的泡沫板更平整。PVC 板也很有前景：它可能更耐用，而且有多种尺寸可供选择。
 5x9 SFRplus 图表，带颜色图案 |  单色 5x7 SFRplus 图表 聚焦星 |
拍摄图表
框架要求：
- 图像顶部和底部的条形图（用于测量失真和定位方块）上方和下方应留有空白区域。空白区域应至少占图像总高度的 0.5%，为获得最佳效果，不应超过 25%。理想情况下，空白区域应占图像高度的 1% 至 6%。图表应尽可能垂直居中，但这并非成功运行 SFRplus 的必要条件。
- 如果在SFRplus 设置窗口中将行检测设置为“自动 - 无边框”，则可以省略边框。由于区域选择会像图像顶部和底部有边框一样进行处理，因此在构图时应格外注意。
- 阶梯图模式应水平居中。
- 图表的侧边可能超出图像范围（如下图所示） ，或者图像可能超出图表范围。该软件旨在适应各种不同的画面构图和宽高比。靠近左右边界的边缘将得到正确定位。如果图表的侧边位于图像内部，则应尽量减少背景中可能被误认为是图表特征的干扰图案。如果可能，图像内部的图表周围区域应为白色或浅灰色；如果无法做到这一点，您可以在SFRplus 设置窗口中裁剪图像。
图表边缘超出图像范围是可以接受的（而且很常见）。
- 可以使用 “构建低成本测试实验室”中介绍的技术来校准图表。SFRplus 可以容忍中等程度的偏差：例如约 2 度的倾斜、一些透视（梯形）畸变等，但应尽一切努力正确校准图表。中等程度的桶形或枕形畸变（<8% SMIA）也可以容忍，但对于具有严重桶形畸变的极端鱼眼镜头，应使用预先畸变的图表。
- 可以使用SFRplus 设置窗口中的“裁剪边框”按钮裁剪图像（从……开始），以去除边缘附近的干扰特征。
如果可以使用曝光补偿，增加 1 档光圈通常会产生更好的曝光，尤其是在灰阶阶梯图图案上。
糟糕的构图  边界附近的干扰图案 （可以裁剪。 ） | 构图不错  模式相同；干扰模式被掩盖 （当然，边角不会被测量。） |
 顶部失真条上方缺少空白区域 |  允许一定的倾斜和变形。 图表边缘超出图像范围是可以接受的。 |
 图表安装在灯箱上，未加遮罩：图表边缘被误认为是顶部、底部条形图。 |
|
无边框： 如果在SFRplus 设置窗口的行检测菜单中选择“自动 - 无边框”，则顶部和底部边框可能会被省略。区域选择将如同边框位于图像顶部和底部一样。因此，
|
用于失真测量的 SFRplus 框架和裁剪失真测量源自 检测到的中间行正方形位置 以及图表顶部和底部的条形图。如果中间一行中的任何方块被错误检测（例如，当图表外部存在干扰图案时），则失真测量结果将不准确。最好的解决方法是避免图表外部存在干扰图案，但也可以通过裁剪图表来解决。以下是一个示例。 |
 在该图像中，图像右侧的干扰图案导致最右侧的正方形被错误地检测出来（红色箭头），从而导致畸变测量出现误差。 |
 裁剪图像（裁剪范围是左右两侧附近的青色线条），可以校正检测到的最右侧正方形的位置以及畸变测量。 |
灯光
下表总结了照明注意事项。目标是实现均匀、无眩光的照明。大多数情况下，30 到 45 度之间的照明角度最为理想。建议至少使用两盏灯（两侧各一盏）；四盏或六盏灯效果更佳。避免在相机后方照明，以免产生眩光。曝光前，请检查是否存在眩光以及照明均匀性。有关推荐照明设置的详细说明，请参阅Imatest 测试实验室。（我们之前推荐使用 4700K（接近日光）的 SoLux石英卤素灯，但现在推荐使用 LED 灯，LED 灯的亮度和色温均可调节。） BK Precision 615 照度计（勒克斯计）是一款出色的低成本仪器（约 100 美元），可用于测量照明的强度和均匀性。
简化的照明图
距离
|
使用爱普生 2200（一款高品质颜料喷墨照片打印机）在高级光泽纸上打印一张信纸大小（8.5 x 11 英寸）的图表，并使用 630 万像素的佳能 EOS-10D 相机分析其 MTF 值。当图像区域宽度至少为 22 英寸（56 厘米）——是图表长度的两倍时，MTF 值没有变化。对于较小的图像区域，性能则缓慢下降。
选择合适的相机到目标距离，使图像视野宽度至少达到此值。实际距离取决于传感器尺寸和镜头焦距。最小图像视野如图右所示。
像素越多的相机，其潜在分辨率越高，图像视野宽度就越大，因此打印的图表宽度也越大。
高质量喷墨图表的距离/视野宽度指南（使用照片打印图表可以获得更精确的距离/视野宽度指南。） |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 图像场宽（英寸）> 8.8 × √(百万像素) 图像视野宽度（厘米）> 22 × √(百万像素) — 或 —目标每英寸的传感器像素数不应超过 140 个，或目标每厘米的传感器像素数不应超过 55 个。— 或 —对于 6-1000 万像素的数码单反相机，目标距离应至少为镜头焦距的 40 倍。（对于 600 万像素的数码单反相机，25 倍是绝对最小值；40 倍留有一定的余量。）对于传感器尺寸小得多的卡片式数码相机，目标距离应至少为实际焦距的 100 倍：其视野与像素数相近的数码单反相机大致相同。建议的距离详见下文“图表质量和距离”部分。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 关于小型数码相机的镜头焦距，人们常常感到困惑。它们通常以“35mm等效焦距”的形式给出，许多摄影师可以将其与视角联系起来。35-105mm或28-140mm是典型的“35mm等效焦距”，但这并非真正的镜头焦距，真正的镜头焦距通常不会出现在规格参数中。规格参数中给出的是以1/ n英寸为单位的传感器尺寸，这种表示方法基于早已过时的视差管的外径，容易引起误解。右侧的表格将1/ n表示法与传感器的对角线尺寸关联起来。真正的焦距 = “35mm等效焦距” × (对角线尺寸，毫米) / 44.3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
接触
良好的曝光对于获得准确的SFRplus结果至关重要。图表中的黑色区域和白色区域都不应出现过曝——即大面积区域达到像素值0或255。确保正确曝光的最佳方法是使用数码相机的直方图。黑色区域（左侧的峰值）应高于最小值，白色区域（右侧的峰值）应低于最大值。
上图（取自佳能文件查看器实用程序）曝光接近完美。适当增加曝光补偿，通常约为+1档光圈，可能会有所帮助。
|
将图像保存为 RAW 文件或最高质量的 JPEG 文件。如果您使用 RAW 转换器，请将其转换为 JPEG（最高质量）、TIFF（不支持 LZW 压缩）或 PNG 格式。如果您使用胶片，请冲洗并扫描。
如果文件夹包含无意义的相机生成的文件名，例如 IMG_3734.jpg、IMG_3735.jpg 等，您可以使用“查看/重命名文件”实用程序将它们更改为包含焦距、光圈等的有意义的名称，该实用程序利用存储在每个文件中的 EXIF 数据。
您现在可以运行 Imatest SFRplus 了。
链接
《如何解读MTF曲线》，作者是卡尔·蔡司的HH Nasse。这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。 第二部分则提供了更多细节。
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。
Peter D. Burns (2000) 的《数码相机和扫描仪分析的斜边 MTF》 （ 另见参考文献）是对 ISO 12233 斜边测量的优秀介绍。密切相关的文献包括：Don Williams 和 Peter D. Burns (2001) 的《使用 MTF 进行数码拍摄诊断》 以及 Don Williams 和 Peter D. Burns (2007) 的《将 ISO/TC42 数码相机分辨率标准应用于移动成像产品》（其中包含为修订版 ISO 12233 标准提出的早期低对比度斜边测试图的图像）。
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。
现在测试已经设置完毕，您可以运行分析，然后查看斜边结果或SFRplus 的其他结果。