斜めエッジMTF測定における不均一性の補正

傾斜したエッジ領域では、しばしば不均一性が生じることがあります。これは、照明の不均一性、レンズの周辺光量落ち、およびセンサーの光応答不均一性（PRNU）によって引き起こされる可能性があります。

傾斜エッジ領域における補正されていない不均一性は、低空間周波数におけるMTFの不規則性を引き起こす可能性があります。これは、MTF曲線を正規化するために使用されていた低周波数基準を乱します。不均一性の方向が、傾斜エッジの明暗遷移方向と逆方向である場合、MTFは増加します。不均一性が明暗遷移方向と同じ方向である場合、MTFは減少します。

この効果を実証するために、まず、ぼかしを適用した均一な傾斜エッジをシミュレーションします。

次に、エッジに対して異なる角度で、シミュレーションによる不均一性をエッジに適用します。これは、当社のお客様から報告された深刻な不均一性の事例を再現するようにモデル化されています。

以下は、不均一な傾斜エッジから得られたMTFです。

不均一性にエッジに平行な角度成分が含まれる場合、空間領域に鋸歯状のパターンが生じ、周波数領域では高周波のスパイクとして現れます。これは、ROIの明るい部分と暗い部分を交互にビンに投影するビニングアルゴリズムが原因です。

不均一性の影響を補正する

均一な照明を実現するためにあらゆる努力を払うべきであるが、常にそれが可能であるとは限らない（例えば、医療用内視鏡や広視野レンズなど）。

Imatest 4.5+には、傾斜エッジモジュール（SFRおよびRescharts/固定モジュールSFRplus、eSFR ISO、SFRreg、Checkerboard）すべてにおいて、この問題に対処するオプションが用意されています。このオプションは、右側に表示される設定（または「その他」設定）ウィンドウの「MTF不均一性補正」チェックボックスをオンにすることで適用できます。

このチェックボックスをオンにすると、遷移部の明るい側（Imatest の右側に表示）にある空間曲線の一部を使用して不均一性を推定します。明るい側は暗い側よりも信号対雑音比がはるかに優れているため、この部分が選択されます。上の画像では、これは中心から約 6 ピクセル以上離れたエッジ プロファイルの部分になります。Imatest はこの領域の曲線に対して一次近似を行い、近似値がゼロを下回らないように制限した後、平均エッジを一次近似値で割ります。

適用された補正により、エッジ関数全体にわたる応答が平坦化され、MTFの安定性が大幅に向上します。

まとめ

この例では、Imatestの不均一性補正により、MTFの変化率が-26.0%から+22.8%に抑えられ、-3.5%から+4.7%にまで減少します。これは、最悪の不均一性の影響を83%削減したことになります。

MTF50と不均一性角度の関係（不均一性補正なし[青]と不均一性補正あり[オレンジ]）

これは大きな改善ではありますが、不均一性による残留効果は依然として好ましくありません。そのため、エッジSFRテストを実行する前、または不均一性とは逆の遷移方向を持つ近接する傾斜エッジから得られたMTFを平均化する前に、ISPの不均一性補正機能を有効にして、MTF測定における不均一性の影響をさらに低減することをお勧めします。

詳細なアルゴリズム

関心領域 (ROI) 内のチャートの照明は、 L ( d ) = k 1 + k 2 dという一次関数に近似すると仮定します。ここで、 dは (傾斜した) エッジにほぼ垂直な水平または垂直距離です。手順は、 k 1 とk 2 を推定し、線形化された平均エッジをL ( d ) で割ることからなります。

k 1 とk 2 は、遷移中心x centerから十分な距離d Nから始まる遷移の明るい側を使用して推定されるため、遷移自体はk 1 とk 2 の推定値にあまり影響を与えません。d Nを見つけるには、まず線広がり関数 (LSF; エッジの導関数) の 20% 幅d 20を見つけます。つまり、LSF が最大値の 20% に低下する点間の距離です。

d N = x中心+ 2 d 20

x > d Nのエッジ応答に十分な数の点がある場合、標準的な多項式近似手法を用いてk 1 とk 2 を計算します。その結果、不均一性の影響が軽減された、より正確なエッジ表現が得られます。

今後の研究

この操作方法に関するご質問や、プロジェクトに関するサポートが必要な場合は、 Imatestヘルプセンターで問題を報告してください。