Kvalitetsmått: Skärpa Metoder att mäta skärpa: Upplösningstest: Hur täta streckmönster syns i bilden? Subjektivt, begränsad information (Lab. 2) MTF: Fullständig information (Lab. 2)
Upplösningstest med streckmönster Motiv Bild 1 linjepar Upplösningsgränsen anges i linjepar/mm i sensorplanet (oftast). Vanligen visuell bedömning 2 mönsterorienteringar
Uppgift 27 i exempelsamlingen Upplösningsgränsen för en digitalkamera har bestämts till ca. 120 linjepar/mm mätt i sensorplanet. (Ett linjepar består av en ljus och en mörk linje.) Objektivets ljusstyrka är 2.0 och brännviddsomfånget 9.5 48 mm. Uppskatta på hur hög höjd i en luftballong man med denna kamera kan fotografera ett övergångsställe så att man kan urskilja de vita och svarta ränderna. (Både vita och svarta ränder är ungefär 50 cm breda.)
Upplösningsförmåga säger inte allt om bildkvalité! a) b) Vilken bild ser skarpast ut, a eller b?
Upplösningen är faktiskt 60 % högre i a än i b!! a) b) Du tror inte på det? Låt oss titta på hur testmönster avbildas med system a och b. a) b)
MTF (Modulation Transfer Function) Fördelar: Objektiv Ger mycket information Nackdelar: Komplicerad Dyr Idé: Avbilda streckmönster med olika tätheter, och mät hur mycket lägre kontrasten är i bilden jämfört med motivet.
MTF (Modulation Transfer Function) Linjemönster i motivet Luminansprofil Linjemönster i bilden MTF kurva Belysningsprofil
Vi behöver kvantifiera mönstertätheten Testmönster med sinusformigt varierande luminans s 0 Ortsfrekvens = (= mönstertäthet) Enhet m -1 (eller mm -1 )
Luminans i motivet Max Min Koordinat i motivet Modulationsgrad, M Max Max Min Min (= Kontrast ) Signal från sensorn Max Min Koordinat i sensorplanet M bild < M motiv (Kontrastförlust) MTF-värde = M bild /M motiv
M = M 2 M bild = M 2 x MTF( 2 ) = 0 MTF-kurvan visar hur kontrastförsämringen varierar med mönstertätheten 1 MTF värde Gränsfrekvens MTF( ) 0 0 2 (ortsfrekvens i sensorplanet) Motiv Bild Frekv. 1 : M = M 1 M bild = M 1 x MTF( 1 ) Frekv. 2 :
MTF kan mätas upp också för sensorer, t.ex. film och CCD/CMOS (se kompendiet) Multiplikationsregeln:
MTF optik MTF 1 Idealt Diffraktionsbegränsat objektiv (utan avbildningsfel) Ortsfrekvens Verkligt objektiv Gränsfrekvens = Våglängd Bländartal Vid F = 8 är gränsfrekv. 200 mm -1
Uppgift 21 i exempelsamlingen 0 1 2 3 4 5 6 cm Ovanstående linjemönster avfotograferas på 2.0, 4.0 och 9.0 meters avstånd med ett 50 mm objektiv och med användande av bländartal 2.8. Objektivets MTF vid bländartal 2.8 samt den använda sensorns MTF ges av figurerna nedan och på nästa sida. Efter fotograferingen tittar du i stark förstoring på bilderna. För vilket/vilka av de tre fotograferingsavstånden kan man förvänta sig se linjemönstret på bilden? Bortse från eventuella pixelleringseffekter.
Uppgift 29 i exempelsamlingen 0 1 2 3 4 5 6 cm Ovanstående linjemönster avfotograferas på 2.0, 4.0 och 9.0 meters avstånd med ett 50 mm objektiv och med användande av bländartal 2.8. Objektivets MTF vid bländartal 2.8 samt den använda sensorns MTF ges av figurerna nedan och på nästa sida. Efter fotograferingen tittar du i stark förstoring på bilderna. För vilket/vilka av de tre fotograferingsavstånden kan man förvänta sig se linjemönstret på bilden? Bortse från eventuella pixelleringseffekter.
MTF objektiv Ortsfrekvens i bildplanet (mm -1 ) MTF sensor (i %) Ortsfrekvens (mm -1 )
MTF optik beror på läget i bildplanet och på bländartalet
Jo, B
a) b) MTF b) a) Normerad ortsfrekvens
Uppgift 30 i exempelsamlingen 0.5 0 20 40 60 80 100 120 140 Ortsfrekvens i sensorplanet (mm -1 )
Mätning av MTF för digitalkameror Fotografera kant (undvik sharpening, använd RAW-format) + datorbearbetning.
Motiv Luminans Pixelvärde Bild MTF Datorbearbetning
Verkliga mätningar MTF Sensor med anti-aliasing filter Kamera vid + bländartal optik. 8 Bl. 8 Enbart Sensor sensor med anti-aliasing filter OK Moiré Bländartal 16 Ortsfrekv. (perioder/pixel)
Fotometriskt kvalitetsmått: Signal/brus förhållande. SNR = Signal-to-noise ratio. Välj ut ett område med jämn gråton. Mät medelvärde och standardavvikelse (spridningsmått) (Lab. 2) Brusnivån Bruskällor: Elektronik + Fotonbrus
Bilder med olika SNR 50 20 10 5 2 1
Fotonbrus ger, där N = antalet detekterade fotoner per pixel. Typiskt gäller 40 000 200 Högt ISO-tal = lågt N max = Brusig bild Ex: Öka ISO med faktor 10 = Minska N max till 1/10 = Minska SNR till ca. 1/3. Se exempelsamlingen för fler exempel.
SNR beror på pixelstorleken, Uppgift 24 i exempelsamlingen. Lämplig räkna-själv uppgift
Dynamisk vidd, DR = Dynamic Range Anger hur stort kontrastomfång* hos motivet vi klarar av. En bra kamera har DR > 3000 (Mänskliga ögat har DR 10 000) Ex: Öka ISO med en faktor 10 = Öka bruset med faktor 10 = Minska DR till 1/10. (Exempelsamlingen) *Förhållandet mellan högsta och lägsta motivluminans
Hög dynamisk vidd Låg dynamisk vidd