如何區(qū)分SFR和MTF
使用分辨率測(cè)試卡檢測(cè)相機(jī)性能時(shí),調(diào)節(jié)手機(jī)攝像機(jī)的光學(xué)元件的空間的限制,會(huì)發(fā)現(xiàn)手機(jī)相機(jī)的數(shù)據(jù)圖像發(fā)生相當(dāng)大的變化。其實(shí)這一點(diǎn)也不奇怪,這是因?yàn)橄鄼C(jī)中心到邊緣平均信號(hào)均勻性,清晰度和噪聲的典型性能通常類似于DSC的變焦鏡頭的最寬設(shè)置。圖1是在均勻曝光下手機(jī)相機(jī)分辨率測(cè)試卡拍攝示例。作為一般規(guī)則,我們建議成像性能標(biāo)準(zhǔn)明確地解決這種變化。
圖1:手機(jī)攝像機(jī)(綠色記錄)均勻場(chǎng)的圖像示例。輪廓標(biāo)簽顯示保存文件中的分?jǐn)?shù)級(jí)別,其中參考值為246.3(8位編碼)。
該示例還用于說(shuō)明在傳送成像性能時(shí)硬件和軟件之間的連接。由于無(wú)法對(duì)這些成像產(chǎn)品的子系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行控制,因此我們只能觀察到凈效應(yīng)??紤]具有圖1光學(xué)衰減特性的相機(jī),在保存數(shù)字圖像文件之前,已經(jīng)有可以補(bǔ)償可預(yù)測(cè)特性的產(chǎn)品,例如圖像處理中的這些特征。補(bǔ)償是應(yīng)用于分辨率測(cè)試卡檢測(cè)到圖像數(shù)據(jù)位置相關(guān)時(shí)補(bǔ)償增益或校正矩陣的形式。通過(guò)這種補(bǔ)償,卻放大了輸送圖像中像素到像素的圖像噪聲,特別是在積極地進(jìn)行校正時(shí)。效果1,2代表錯(cuò)誤傳播的特殊情況。如果x是輸入圖像陣列(N x M),g是補(bǔ)償增益矩陣,則可以寫入均勻性校正,
yij = gi, j xi, j , where i = 1, ..., N and j =1, ..., M .
(1)
如通過(guò)標(biāo)稱均勻曝光的像素到像素標(biāo)準(zhǔn)偏差所描述的圖像噪聲被變換
σ y = gi, jσ x ,
(2)
其中σx,σy是用來(lái)描述位置(i,j)處或附近的圖像噪聲。在這種情況下,補(bǔ)償要求修正增益,在幀邊緣附近g = 1.66(1 / 0.6),其將圖像噪聲放大相同的因子。該示例用于說(shuō)明某些類型的相機(jī)內(nèi)圖像處理如何預(yù)期引入需要被并入到手機(jī)相機(jī)的成像性能標(biāo)準(zhǔn)中的圖像內(nèi)變化。
分辨率測(cè)試卡還提供了基于傾斜邊緣圖像特征分析的ISO方法3,4是邊緣梯度分析的一個(gè)特殊情況。邊梯度法的基本步驟如圖1所示,其中輸入是對(duì)高質(zhì)量邊緣特征的系統(tǒng)響應(yīng)。對(duì)于數(shù)碼相機(jī)或掃描儀,這將是邊緣或場(chǎng)景對(duì)象的打印測(cè)試對(duì)象的數(shù)字圖像。從邊緣圖像中,需要估計(jì)圖像轉(zhuǎn)換的邊緣擴(kuò)展函數(shù)。 從該邊緣輪廓,通過(guò)估計(jì)一階導(dǎo)數(shù)來(lái)找到線擴(kuò)展函數(shù)。 該函數(shù)的計(jì)算傅里葉變換的模量,在縮放之后,是測(cè)量的空間頻率的歸一化信號(hào)調(diào)制函數(shù)。 這就是2014版ISO分辨率測(cè)試卡標(biāo)準(zhǔn)中要求的空間頻率響應(yīng)(SFR)檢測(cè)。
通常,輸出調(diào)制(SFR)除以相應(yīng)的輸入邊沿(測(cè)試目標(biāo))調(diào)制,逐頻率,以產(chǎn)生測(cè)量的系統(tǒng)MTF。當(dāng)不考慮輸入邊緣調(diào)制時(shí),分辨率測(cè)試卡測(cè)量的模量仍然可以提供相對(duì)于輸入目標(biāo)邊緣和其他相關(guān)操作條件的有用測(cè)量。我們將符合標(biāo)準(zhǔn)的參考單輸出調(diào)制,歸一化為零頻率下,作為空間頻率響應(yīng)(SFR)的單位。該比率將被稱為估計(jì)或測(cè)量的MTF。由于該標(biāo)準(zhǔn)不需要對(duì)輸入目標(biāo)調(diào)制的補(bǔ)償,所以不能將SFR稱為MTF。 然而,在這一點(diǎn)上的區(qū)別對(duì)于掃描儀而言通常比數(shù)碼相機(jī)更重要。
區(qū)分SFR和MTF的第二個(gè)原因是因?yàn)橛袔追N建立的MTF測(cè)量方法。MTF長(zhǎng)期以來(lái)一直用于描述光學(xué)和照相系統(tǒng)中的圖像信號(hào)傳輸?;谶吘壧卣?,周期信號(hào),隨機(jī)噪聲和其他信號(hào)等幾種已經(jīng)開發(fā)了的測(cè)量方法。在理論上,這些方法中的每一種可以產(chǎn)生相同的結(jié)果。然而,數(shù)字成像技術(shù)的實(shí)際方面,包括圖像采樣,信號(hào)量化和圖像處理,導(dǎo)致各種方法的結(jié)果之間的差異。每個(gè)方法的細(xì)節(jié)和測(cè)量變化的來(lái)源都超出了這種處理,每種方法可以說(shuō)是提供MTF的一種估計(jì)值。也就是說(shuō),當(dāng)收集足夠的數(shù)據(jù)時(shí),樣本均值接近固定隨機(jī)過(guò)程的平均值。當(dāng)以這種(統(tǒng)計(jì))方式觀察時(shí),我們得出結(jié)論,幾種測(cè)量方法提供有用的SFR評(píng)估,但沒(méi)有提供MTF。
上述情況是采用指定測(cè)試方法,術(shù)語(yǔ)定義和分析程序的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的相當(dāng)普遍的原因。 ISO 12233分辨率測(cè)試卡基于傾斜邊緣特征的SFR分析指定了用于評(píng)估數(shù)字相機(jī)分辨率的特定方法的情況。