关于锐解析度MTF定义及测试的方案设计
#111723#Image sharpness 图象锐度（剖析度）锐度无疑是最主要的拍照图象品质的评估要素：它是关联到图片中有几多细节能够被识别的最亲密要素，但它不是独一的主要要素。其余主要要素包含色差（与锐度亲密相干），乐音，静态范畴（与噪声亲密相干）和色采复原性等等。
锐度被界说为具有差别色彩或色彩的两个地区之间界线的清楚水平。它能够由空间频率逐步增添的条状图形的图象品质来讲明。顶端部份是一个用来测试相机/镜头组合的测试标版，标幅员像是锋利的，其界限变更是忽然的，而不是渐进的。底下部份是一个高品质35mm透镜对测试标版成的一个0.5mm长的图像(图象成在胶片或图象传感器名义)。图象变含混了。全部镜头，包含最好的镜头，对图象都有某一水平的含混后果。比拟差的镜头对图象的含混感化比好的镜头重大的多。比方，一种丈量锐度的方式是应用界限回升间隔(“间隔”用像素、mm或图像高度的几分之一做单元) ，即界限上，像素亮度由界限前方像素亮度的10%回升到90%的间隔。这叫10-90%回升间隔。固然回升间隔是一种较好的图像锐度表现方式，但它有一个限度——它没法由一个图象体系的各个构成部份的锐度来盘算全部图象体系的锐度。
要防止这个成绩，全部的丈量就都要按频域范畴来盘算。频率用周期或单元间隔内的线对数来表现，线对每毫米(lp/mm)是胶片上最常用的空间频率单元，然而周期每像素（cycles/pixel）是更合适数字图象传感器的。上面的图像是一个正弦波每从低到高的空间频率变更，在0.5mm的间隔上，正弦波的空间频率从2变更到200 lp/mm。顶脸部分是原始的正弦标版，底下部份是统一个标版被35mm镜头成的图象，地面间频部份的对照度显明下降。一个特定空间频率的绝对对照度(输出对照度/输入对照)称调制通报函数(MTF)或空间频率反映(SFR)。
The upper plot 表现正弦和条状图形：原图和镜头成像当前。The middle plot 镜头成像当前表现条状图形的亮度曲线(白色曲线)。在地面间频率部份对照度增加。The lower plot表现对应的MTF (SFR)曲线(蓝色曲线)。
依据界说，低频率MTF极限值是1 (100%)。对于这个镜头， MTF=50%在61 lp/mm，MTF=10%在183 lp/mm。应用MTF的利益(空间频率反映)是一个完全的摄像体系的MTF能够由体系各个构成部份MTF失掉（乘积）。MTF由界限图象停止傅立叶变更失掉。
传统剖析度测试（resolution）是丈量一个条状测试标版(USAF 1951 chart)的图像中，人眼能够辨识的最地面间频率(lp/mm)。这个能够辨识的图象对应于MTF大概为2-5%。因为这个空间频率是图像信息消散的处所的空间频率，它不能表现出图像可见部份的锐度优劣。
教训标明，图像锐度最好用MTF=50%(MTF50)或它的MTF最大值50%(MTF50P)的空间频率来表现。MTF50或MTF50P因为以下几个缘由成为比拟差别拍照机的锐度的幻想参数： (1)图像对照度为一半或它最大值的一半时，图象细节依然有相称的可看性。(2)眼睛对MTF小于即是10%的空间频率绝对不敏感。(3)现实上全部拍照机的锐度在MTF50和MTF50P邻近都敏捷降落。 MTF50P或许对边沿强化适度的拍照机更有益，在那边呈现其MTF的峰值。The equation for MTFis derived from the sine pattern contrast C(f) at spatial frequency f, where
C(f) = (Vmax – Vmin)/ (Vmax + Vmin) for luminance(“modulation”) V.
MTF(f) = 100% C(f) / C(0)This normalizes MTF to 100% at low spatial frequencies
大略的MTF能够直接从正弦标版的图象失掉，新的测试技巧基于ISO 12233尺度（Photography - Electronic still picture cameras - Resolutionmeasurements），能够供给更准确和可反复的测试成果。对一个倾斜的界限图象标版照相，而后用Imatest SFR便可以停止剖析。
Imatest SFR ：盘算MTF/SFR的算法基于Matlab平台。sfrmat顺序，由Peter Burns参考ISO 12233尺度编写。Imatest SFR兼并了很多改良的功效，包含改良的边沿检测算法，更好透镜畸变处置顺序，更好的操纵界面和愈加具体的成果阐明。 sfrmat 2.0和Imatest的差别在于，假如OECF (灰阶呼应曲线)文件没有被输入sfrmat，sfrmat 2.0假定没有灰阶呼应曲线，即gamma= 1。在Imatest中，gamma缺省值被设置为0.5，是依照数字拍照机的特色设置的.要取得与sfrmat 2.0雷同的成果，必需将Imatest的gamma设置到1。
The slanted-edgetest for Spatial Frequency Response 应用图象斜边测试SFR（刃口法）
倾斜边沿测试标版能够用“Imatest Test Charts”模块制造，特殊是倡议应用SVG chart。 bitmap chart 有最好印刷品质的程度和垂直的边沿,在用它拍摄之前,应当改变大概2-8度。Imatest SFR也能够应用ISO 12233 chart停止测试。一个典范的测试图象如右侧表现：一个垂直的边沿的图象(倾斜大概5.6度)，被用于盘算程度的MTF。采取倾斜边沿图象测试的利益是拍照机到标版的间隔变得不再主要，它没有进入MTF的图象转换方程。.Imatest Master 能够盘算现实上全部倾斜角度边沿图象的MTF，固然正确的垂直、程度和45°可能有一些数值成绩。
Slanted edgealgorithm (calculation details) 斜边测试的算法
MTF盘算方式来自ISO12233尺度。一些具体情形载于彼得伯恩斯 SFRMAT 2.0 用户指南。在Imatest盘算包括了一些改良和加强，包含更准确的边沿检测和镜头畸变弥补（这可能影响到的MTF丈量）。当SFR inputdialog box 中的ISO standardSFR复选框被抉择时，Imatest按原始的ISO演算履行。测试图像的线性化，即调剂像素亮度程度，去除拍照机自带的gamma调剂功效。(gamma是可调剂的，缺省值是0.5)。白色，绿色，蓝色和亮度通道(Y = 0.3*Red +0.59*Green + 0.11*Blue)的界限地位由每条扫描线决议(在上述图像中是程度线)。对界限的二次拟合是对每个通道应用多项式复原盘算出来的。二次拟合打消了镜头畸变的影响。在上述图像，采取上面公式，x = a0 + a1 y + a2 y2。二次拟合的每条扫描线，依据分数部份的代价fp = XI - int(XI)，被转移的边沿增添到四个容器(容器1，假如0 ≤ fp < 0.25; 容器2，如果0.25 ≤ fp< 0.5; 容器3，如果0.5 ≤ fp < 0.75; 容器4，如果0.75 ≤ fp < 1. ）(更正11/22/05：容器不取决于检测边缘地点。) 。四个容器被结合计算一个平均的4x oversampled边缘。这允许对在尼奎斯特（Nyquist）频率之外的空间频率进行分析。衍生物(d/dx)平均的4x oversampled边缘被计算。运用开窗术作用强迫衍生物到零在它的极限。MTF是傅立叶变换(FFT)的绝对值windowed衍生物。
Imatest SFRresults SFR的结果
35mm相机镜头测试使用线对每毫米(lp/mm)作为空间频率单位。这对比较镜头提供了便利，因为全部35mm照相机有相同的24x36 mm图象尺寸。但数字式图像传感器的尺寸范围很宽，从对角线6 mm以下的超紧凑型到43 mm对角线的全画幅DSLRs，甚至更大画幅的数字后背。像素数量也同样变化巨大。为此，数字相机的空间频率单位应该与整个传感器的尺寸相关，而不是针对单位距离。为此，我们使用线宽每张图片高度（LW/ PH）作为单位。LW/ PH等于2 *lp/mm* 图片高度(mm）。图片总高度参与其中，所以习惯使用线宽而不是线对来表示（其中一个线对等于两个线宽）。
使用图片高度给小型数字照相机带来了一点好处，它的图像长宽比(宽度：高度)为 4:3，而数字式单反相机是3:2的。紧凑数字照相机在象素一定的情况下，有更多的垂直像素。例如，一台5百万像素的小型数字相机将有2000个垂直的像素和6百万像素的DSLR一样多。用在数字照相机上的另一种空间频率表示方法使用周期每像素或线对每像素(c/p或lp/p)。没有必要使用实际距离(毫米或英寸)来评估数字照相机的图象质量。
Imatest SFR的结果输出包含在左边的结果和在右边的输入数据(整个图象取样区图，实际取样区(ROI)和EXIF数据)。(top) 说明平均边缘刀口的一个狭窄的图象。它与下面边缘外形(空间领域)图像并列。(middle) Spatial domain plot:平均边缘刀口(亮度变化比例)。关键结果是10-90%边缘上升距离，用每图像高度有多少上升区像素数来显示。红色曲线是标准算法边缘强化后的结果，其他参量包括边缘强化的调整量。这种图可以随意的显示出线扩散函数(LSF）或者像素的边缘。 (bottom) Frequency domainplot: 空间频率反应(MTF)，关键结果是MTF50, MTF=50%的频率，对应于图象可见部分的锐度。它用周期每像素(c/p)和行宽每图像高度(LW/PH)。其他结果包括MTF在NYQ——MTF在Nyquist频率(0.5 cycles/pixel; 采样率/2)，表明混淆现象的严重程度。 Nyquist频率被显示作为一条垂直的蓝线。
InterpretingMTF50——What MTF50 do you need? MTF50的解释它取决于你决定印刷的大小。如果您计划打印大海报(20x30英寸或更高)，MTF50越高越好。任何高质量的4百万像素数字照相机(MTF50 (corr) >0.3cycles/pixel)都可能印刷优良的8.5x11英寸(A4纸巨细)印刷品。在这个尺寸巨细，一台好的DSLR相机表现不出其MTF上的宏大利益。优良的镜头和细心的修改技巧，我的6百万像素佳能EOS⑽D(MTF50 = 1340 LW/PH)做出了十分好的12x18英寸印刷品。印刷品从畸形观看间隔是锋利的，然而像素在缩小镜之下是可见的; 图象并不象Epson2200打印机打印出来的那样锐利。图象在扩展到16x24英寸时像素点是可瞥见的。EOS-20D在12x18英寸的图象上有我冀望的锋利水平; 假如你没有盘算打印更大尺寸的图象的话，没有须要寻求1200万像素的EOS 5D相机。Subjective Quality Factor (SQF) 客观品质要素MTF代表装备或体系锋利水平，当观看印刷品时，MTF只是与感到到的图象锋利水平相干。一个更严厉的描写印刷品被人感到的锋利水平的方式，必需斟酌观差间隔和人的视觉体系(人眼的对照敏感特征（CSFContrast Sensitivity Function))的特征。如许的描写被称为客观品质要素(SQF SubjectiveQuality Factor )，1972年由柯达公司迷信家开辟。这类方式曾经被核实而且在Kodak和Polaroid外部失掉应用，由于盘算艰苦，直到当初它依然没有广为人知。 ImatestSFR SQF测试EOS⑽D的成果如右侧图象。 SQF表现为与印刷品巨细相干的曲线。观看间隔(淡蓝的曲线，标注在右侧)假定是与图片高度的方根成比例。 SQF表现有和没有尺度边沿强化的曲线。 (他们长短常濒临的，是有些异样的) SQF对边沿强化是极其敏感的，由于您会冀望边沿强化能够用来改良感知锐度。这里给出SQF的说明。平日， 90⑽0被以为优良， 80-90长短常好， 70-80是好，而且60-70是能够接收的。的这些数据是观看印刷品的视察员在畸形间隔上失掉的(即30-34 cm (12⒀英寸)/ 10cm (4英寸))。Some observations on sharpness 一些跟锐度有关的看法
频率和空间范畴剧情表白类似的信息，然而以一种差别的情势。在空间范畴的一个狭小的边沿对应于在频域(延伸的频率特征)的一个宽阔的光谱，反之亦然。
在尼奎斯特频率（Nyquist）之上的传感器反映是无害的混杂景象。
程度和垂直辨别率是差别的CCD传感器，而且必需分辨丈量。程度丈量应用一个垂直的边沿，而且垂直丈量应用一个程度的边沿。
锐度不是评价的图像品质的独一的主要尺度，噪声是几近一样主要。
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