ISO 12233-解像力和空间频率响应

目的

空间分辨率是电子静止摄像机的重要属性。分辨率测量标准允许用户比较和验证空间分辨率测量方法。本文档定义了用于模拟和数字电子静物相机分辨率测量的术语、测试图和测试方法。

技术背景

消费数码相机的termresolutionis常常被错误地解释为可寻址光电管的数量。虽然现有的用于确定相机像素计数的协议，但这些不应与本文档中所述分辨率的解释相混淆。定性地说，分辨率是照相机对细微间隔细节进行光学捕捉的能力，通常被报告为单值度量。空间频率响应（SFR）是一个多值度量测量对比度损失作为空间频率的函数。通常情况下，对比度随着空间频率的函数而减小到细节不再可视解决的程度。这个限制频率值是照相机的分辨率。相机的分辨率和SFR是由许多因素决定的。这些措施包括，但不限于，相机镜头的性能，在光学成像装置的可寻址光电管的数量，和电路中的相机，它可以包括图像压缩和伽玛校正功能。

而分辨率和SFR是相关的指标，它们的区别在于其综合性和实用性。如本文档所述，分辨率是一个单频率参数，该参数指示输出信号是否包含用于视觉检测的详细信息的最小阈值。换句话说，分辨率是候选相机在引用条件下能有效捕获的最高空间频率。它对于快速制造测试、质量控制监控或提供最终用户容易理解的简单度量来说是非常有价值的。用于确定分辨率的算法已经用人类观察者进行了视觉实验，并且与高频细节损失的估计有很好的相关性。

SFR的数值描述的对比是通过改变相机作为一种空间频率的对比功能描述。它是工程，从清晰度和锐度伞度量函数出发，非常有益于诊断图像评价的目的。通常，专家会选择一个指定的SFR水平作为一种改进的非视觉分辨率值相关的空间频率。

在离开这个文件的第一个版本，有两种SFR的测量描述。第一，SFR基于空间频率响应的边缘的计量方法，，与第一版的描述相同，除了一个较低的比较优势是用于测试图。感兴趣区域（ROI）附近的倾斜的垂直和水平边缘的数字化和用于计算SFR水平。一个倾斜的边缘的使用允许边缘梯度进行测量阶段相对于图像传感器感光多产生一个相位平均SFR的响应。

第二，正弦波的SFR的计量技术引入第二版。采用正弦调制目标在极坐标格式（如西门子星图），它的目的是提供一个SFR的响应是不更具弹性的行为空间频率特征驱动的消费数码相机图像处理内容介绍。在这个意义上，它的目的是使这样的相机来源的SFR水平的解释更简单。比较了基于边缘的SFR的结果和基于正弦SFR可能表明在何种程度上的非线性处理方法。

在确定视觉分辨率或SFR的第一步是在摄像机下捕捉一个合适的测试图图像。测试图应包括足够精细的细节和频率内容，如棱、线、方波或正弦波图案。本文档中定义的测试图是专门设计用来评估电子静止图像照相机的。它不一定被设计用来评估其他电子成像设备，如输入扫描仪、CRT显示器、硬拷贝打印机或电子照相复印机，也不是电子静止图像照相机（如透镜）的单独组件。

本文档中描述的一些测量是使用数字分析技术进行的。如果有足够的数字化设备，也可以通过模拟信号数字化来模拟照相机的模拟输出。

测量SFR和分辨率选择的理论基础和指导方法

本节旨在为选择本文件中提出的不同分辨率计量方法提供更详细的理由和指导。而模拟光学系统分辨率的测量，通过空间频率响应，以及建立基本一致的方法之间（如正弦波、线、边缘），这种系统的计量数据通常被很好的控制的条件下，所需的数据的线性度和空间各向同性假设下。一般来说，即使在实验室捕获环境下，从许多数码相机的文件中假设这些条件是不安全的。在将数字图像文件作为完成文件提供给用户之前，将其曝光和图像内容相关的图像处理防止此。这种处理产生不同的SFR的反应取决于在现场或在本文档的案例的特点，目标。例如，在摄像机边缘检测算法中，可以对边缘特征进行特定的操作，并根据复杂的非线性决策规则选择性地增强或模糊边缘检测。根据意图，这些算法也可以对重复的场景特征进行不同的调整，例如正弦波或条形图案中的场景。即使是约束的相机设置建议在本文件中，这些非线性算子可以产生不同的SFR的结果取决于目标特征集。当然，这会导致目标混淆，无论是单独使用还是组合使用。以下是选择指南。

边缘是自然场景中的常见特征。他们也往往充当视觉敏锐的线索，判断图像质量和成像文物显示。这种逻辑规定使用SFR计量在本文档的当前和过去的版本。这也是为什么在许多消费数码相机中，边缘特征易于进行图像处理的原因：它们在视觉上很重要。所有其他的成像条件相同的情况下，相机的SFR使用不同的目标对比度边缘特征可以明显不同，特别是与他们的形态。这主要是由于非线性图像处理算子，不会出现严格的线性成像系统。适度的这种行为，低对比度的倾斜边缘特征被选来取代第一版的对比度更高的版本。这一特征的选择仍然允许SFR的结果超出视力适合一半的采样频率，并有助于防止非线性数据裁剪，高对比度的目标特征发生。它也是自然场景中更重要的视觉对比度的可靠渲染。

正弦波的特点一直是直接计算SFR模拟成像系统的选择和他们是直观的。它们是基于基于边缘方法的经验引入到第二版的。由于正弦波转换速度比边缘慢，所以它们不容易被识别为嵌入式处理器中的边缘。因此，图像处理对SFR的歧义可以很大程度上避免了他们的使用。或者，如果图像处理受到尖锐特征的影响，则可以使用更为积极的处理。一个正弦波的星爆测试模式是在第二版采用。与相应的分析软件，一个基于正弦波的SFR可以计算到一半的采样频率。基于上述原因，基于正弦波的目标也具有低对比度，与基于边缘的版本一致。目标设计相对于其他正弦目标的另一个好处是它的紧凑性和双向特性。

所有的经验表明，没有一个单一的SFR今天的数码相机。即使在本文档中所建议的严格的捕获限制下，大多数数码相机所允许的特征集也阻止了这种独特的特性。混乱可以减少通过完整的文档捕获条件和相机设置，SFR的计算。它已经表明，比较优势的基础和相同的拍摄条件下基于SFR的结果正弦波可以在空间图像处理的数码相机的贡献评估的一个很好的工具。

最后，有时全SFR的表征是不需要的，如在行尾的照相机组件测试。

1适用范围

本文件规定的测量分辨率和电子照相机的SFR的方法。它适用于单色和彩色摄像机输出数字数据或模拟视频信号的测量。

2 术语和定义

2.1可寻址光电管 图像传感器的有源光电管数 注1：等于进入有源光电管的行数和每行的产品主动光电管的数量。 

2.2混叠

输出图像由于没有足够的采样在asampled成像系统出现 注1：通常表现为重复的图像特征的或锯齿状的台阶边缘过渡莫尔模式。

2.3周期每毫米 CY /毫米：空间频率单位，定义为每毫米的空间周期数。

2.4边缘扩散函数 归一化的空间信号分布在线性成像系统的成像理论无限锋利的边缘产生的输出

2.5有效光谱中性 具有光谱特性，导致在一个特定的成像系统产生相同的输出作为光谱中性对象

2.6电子静止图像照相机

图像传感器的相机，输出一个模拟或数字信号代表一个静止画面 注1：该相机还可以记录或存储模拟图像或数字信号，表示可移动介质上的静止图像，如存储卡或磁盘。

2.7伽玛校正 改变相对信号电平的信号处理操作

注1：伽马校正部分是为了校正显示器的非线性光输出与信号输入特性。光输入和输出信号的电平之间的关系，称为摄像机的光电转换函数（OECF），提供伽玛校正曲线形状的图像捕捉装置。

注2：伽马校正通常是一种算法，查找表或电路，分别在图像的每个颜色分量上操作。

2.8水平分辨率

分辨率在较长的图像尺寸中测量的值，对应于“横向”图像方向的水平方向，通常使用垂直或近垂直方向的测试图特征。

2.9图像的纵横比

图像宽度与图像高度之比

2.10图像压缩 改变数字图像数据编码方式的过程，以减小图像文件的大小。

2.11图像传感器

将入射电磁辐射转换为电子信号的电子装置 例如：电荷耦合器件（CCD）阵列，互补金属氧化物半导体（CMOS）阵列。

2.12每毫米线数对 空间频率单位，定义为每毫米宽度相等的黑白线对数。

2.13线扩散函数 归一化的空间信号分布在线性输出一个成像系统的成像理论无限细的线

2.14每幅图像的线宽

指定的测试图的特征宽度空间频率的单位的相对活性区高度图

注1：在进入LW / pH值表示的宽度相同，可以在一个测试目标的高度或一个摄像机视图垂直领域内处于边缘线的总数。

注2：此单位是使用任何方向的“功能”（如线）。具体来说，它适用于水平、垂直和对角线。

例如：如果在图的活性区的高度为20厘米，1个1000 LW/PH黑色线具有宽度等于20 / 1 000厘米。

2.15线性化的 数字信号的转换进行反转摄像机光电转换函数（OECF）到焦平面的接触或场景亮度

2.16线/毫米 空间频率单位，定义为每毫米宽度相等的黑白线数。 注1：每毫米（LP /毫米）一行对等于2行/毫米。

2.17调制

信号电平归一化幅度 注1：这是平均信号电平除以最小信号电平和最大信号电平的差值。

2.18调制传递函数

光学传递函数的模 注1：对于进入MTF有意义，这是必要的，成像系统是在等晕区，其线性范围操作。因为大部分的电子照相机提供空间彩色取样和非线性处理，一个有意义的MTF的相机只能近似通过SFR。

2.19归一化的空间频率 空间频率单位，用于指定成像系统的分辨率特征，而不是周期/毫米或任何其他长度单位。

2.20光学传递函数

光学传递函数的二维傅里叶变换成像system'spoint扩展函数 注1：对于进入光学传递函数具有重要意义，它是必要的，成像系统是在等晕区，其线性范围操作。光学传递函数是一个复杂的函数的模量在零空间频率值的统一。因为大部分的电子照相机提供空间彩色取样和非线性处理，一个有意义的OTF的相机只能近似通过SFR。

2.21点扩散函数 归一化的空间信号分布在线性输出一个成像系统的成像理论的无限小的点源

2.22分辨率 测量照相机系统或照相机系统的组成部分的能力，用来描绘图象细节 

2.23采样成像系统

通过在离散点阵列上或沿一组离散线采样图像而不是连续的点来生成图像信号的成像系统或装置。 注1：每一点的取样是用有限大小的取样孔或面积进行的。

2.24空间频率响应 作为输入空间频率函数的成像系统的相对振幅响应

注1进入SFR通常是由一个曲线输入正弦空间亮度分布单位振幅的输出响应表示，在一个范围内的空间频率。SFR除以它的价值在0空间频率归一化在0空间频率值为0产量。

2.24.1 基于边缘的空间频率响应e-sfr：成像系统对倾斜边缘输入的测量振幅响应

2.24.2 基于正弦波的空间频率响应s-sfr：成像系统对正弦波输入范围的测量振幅响应

2.25光谱中性 表现出反射或透射特性，在波长范围内是恒定的。

2.26测试图 安排测试模式设计测试的成像系统的特定方面

2.27测试模式 用于测量图像质量属性的光谱反射或透射特性的指定安排

2.27.1 双色调模式：这isspectrally中性模式有效光谱中性，并由专门的在规定的空间布局两反射或透射比的值

注1：双色调模式进入通常用于measureresolution视觉分辨率的方法。

2.27.2 双曲楔试验模式：双色调模式连续变化，并随空间频率 注1：双色调进入双曲楔测试模式是用来measureresolution通过视觉分辨率的方法在这个文件。

2.28垂直分辨率

分辨率在与“垂直方向”图像方向相对应的较短图像尺寸中测量的值，通常使用水平或近水平方向的测试图特征。

2.29视觉分辨率

在空间频率上，所有的测试模式频率的黑白线不能再被人类观察者区分。 注1：这是在显示或打印复制入门的特征。

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