数字相机e-SFR测试
在数字相机的成像质量评价中，图像清晰度是首要问题。SFR测试可将人眼主观感知的“清晰度”转化为可测量的物理参量。本文将向大家展示数字相机 e-SFR 测试的原理及方法。
一、e-SFR测试原理
e-SFR 测试的原理是通过边缘扩散函数，分析正弦输入的振幅（对比度）随空间频率变化的衰减程度，来量化成像系统的清晰度和细节还原能力。
图1 边缘扩散函数
如下图所示，被摄景物可分解为许多频率成分，成像系统会改变各频率成分的对比度。在成像的物理层面，一般来说，空间频率越高，对比度损失越大，而成像系统输出的图像是不同频率成分分别衰减并叠加后的结果。SFR 测试结果为不同频率的对比度，可直观显示成像系统的对比度传递能力。
图2 SFR曲线
二、成像不清晰成因
数字相机成像模糊由多因素共同作用，主要可分为三类：
● 成像硬件层面
○ 镜头的几何像差与衍射
○ 图像传感器的像元开口及光电串扰
● 图像处理软件层面
○ 去噪声、背景虚化、美颜等算法处理
● 环境因素层面
○ 大气湍流与气溶胶干扰
○ 曝光时相机与被摄物的相对移动
○ 强光下的杂光现象
三、测试标准
依据标准：e-SFR 测试的国际标准是 ISO 12233，该标准首次发布于 2000 年，目前最新的是 2024 年发布的第 5 版。
计算原理：使用待测设备拍摄倾斜的直边，边缘的倾斜，可制造出不同的“相位”，形成超采样的边扩散函数，以抵消传感器上离散像素阵列的移变引入的不确定性。而后，求边扩散函数的一阶导数，得到线扩散函数，并进行傅里叶变换、取模，即可得到空间频率响应。
图3 e-SFR计算原理
四、测试设备
本次 e-SFR 测试将用到的测试设备有 LS-CCXL-2S06-IR 立式多色温补光光源和 CP135 斜边 SFR 测试图卡。
LS-CCXL-2S06-IR 立式多色温补光光源是研鼎专为相机测试设计的标准补光光源，用于模拟不同色温和照度的环境。该光源支持 2300 K–10000 K 连续可调色温，并集成 850 nm 和 940 nm 双波段近红外光源。两种光源可单独开启或混合使用，满足可见光及红外相机的测试需求。光源支持程序化控制接口，可通过电脑程控，显著提升测试效率。
研鼎商城RDbuy.com 立式多色温补光光源（可见光+红外）
测试使用图卡为 CP135 R4X 斜边测试图卡，该图卡符合 ISO 12233 : 2017 标准，该图卡含 9 个倾斜 5° 的低对比度矩形靶标，可实现对多个视场以及水平、垂直两个方向的 SFR 测试。
五、测试流程
1. 环境搭建：
○ 在暗环境下进行，根据测试需求调整立式多色温补光光源的位置、方向、色温及照度。
○ 使用照度计测量，保持图卡中心与边角的照度相同。这里以6500K、800lux为例。
2. 样张采集：
○ 将 DUT（待测设备）固定稳妥，接通电源，使其进入工作状态。
○ 调整 DUT 姿态使图像中心与测试图形中心重合，四周的4个矩形位于70%视场处，待图像稳定，即可采集。
3. RIQA分析：
（RIQA 是研鼎自研的图像质量分析软件，其 Camera 模块专注于相机图像质量分析）
○ 打开RIQA软件，选择所需模块对应的测试项。
○ 点击“+添加”按钮选择要加载的图片。左下角的“Gamma”可根据测试要求更改。
○ 点击“开始”按钮后，软件自动识别图卡并标示 ROI 区域，可以根据需求对 ROI 区域进行手动调整。
○ 点击“分析”按钮，RIQA 软件对图像进行处理和计算，随后自动跳转到测试结果窗口。软件处理后跳转至结果窗口，中间区域显示各 ROI 的 SFR（MTF）曲线（可切换为 Edge 曲线），下方显示检测数值。
○ 点击“生成报告”按钮，在弹出的窗口中选择输出文件的格式，输入文件名和文件存放目录。
○ 点击“导出”按钮生成报告。
4. 结果解读：
报告包含图像中心及四周各 ROI 区域的测量结果，例如：MTF50P、MTF50、MTF30、MTF10以及相关图表，可根据需求进行检索，如需更详细的数据，可在生成报告时选择导出电子表格文件。
MTF50是 MTF曲线上MTF为50%时对应的空间频率值；
MTF50P是MTF曲线上MTF降为峰值50%时对应的空间频率值；
MTF30是MTF曲线上MTF为30%时对应的空间频率值；
MTF10是MTF曲线上MTF为10%时对应的空间频率值。
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