CN101277455A - 检测数码相机成像质量的鉴别率图板及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种检测数码相机成像质量的鉴别率图板及检测方法，所述的鉴别率图板是先由空间频率分别为10lp/mm、30lp/mm、50lp/mm、100lp/mm和125lp/mm的线条组成分辨率图案，再以该分辨率图案为单元布设在数码相机归一化视场的边缘视场、0.7视场和中心视场的位置上而制成。其检测方法包括下列步骤：①确定数码相机的物距l，制备所述的分辨率图案和所述的鉴别率图板；②将待测的数码相机放到距所述的鉴别率图板l的地方，并使数码相机的中心高与所述的鉴别率图板的中心高一致；③在一定的照明条件下，用待测的数码相机对所述的鉴辨率图板拍照；④然后对鉴辨率图板的图像或照片进行分析，得到数码相机的成像性能。

Description

检测数码相机成像质量的鉴别率图板及检测方法

技术领域

本发明涉及照相机，特别是一种检测数码相机成像质量的鉴别率图板及检测方法。

背景技术

随着科学技术的进步，人民生活水平的不断提高，数码相机作为一种大众消费品进入了越来越多的普通家庭。然而在数码相机普及的同时，由于普通大众缺乏相关的专业知识，在选购数码相机时往往会被厂家的商业宣传所迷惑，在选购数码相机的时候忽略了数码相机本身的成像质量，而将更多的注意力放在了数码相机的像素及款式上，使用后，消费者会发现自己所选购的数码相机并不能满足自己的拍摄需求；同时，即使数码相机在生产过程中留下了一些缺陷，消费者在购买到这种有缺陷的产品后，由于缺乏相关的检测手段，也不能维护自己的合法权益。因此，对于普通大众消费者而言，非常需要一种简单易用的数码相机判别方法，以解决数码相机的“放心选购问题”。

目前可供普通大众消费者使用的这种帮助工具非常缺乏。虽然目前已经有一些专业的数码相机镜头质量的检测设备，如美国Optikos公司生产的the Optikos IOL-5000系列，它能测量透镜的传递函数屈光力、有效焦距、线扩散函数、边扩散函数、失真、散光、轴向横向色差、等等。还有德国OEG公司生产的视频MTF测量仪-Variant等一些检测设备。但是，以上这些设备由于价格昂贵，操作繁琐，且一般需要由专业人员在实验室环境使用，所以普通大众消费者通常无法借助这些设备来检测自己所购买的数码相机。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种检测数码相机成像质量的鉴别率图板及检测方法，为普通大众消费者选用数码相机在普通场合简便易行地进行检测，快捷地鉴别数码相机的成像质量。

为了对本发明的理解，在此先介绍评价数码相机成像质量的基础：

(1)数码相机成像原理

传统相机主要由两部分构成：镜头和胶片，当物体与镜头的距离远远大于两倍的镜头焦距时，像为倒立的实像，像的位置在镜头焦面附近，此时把胶片放在焦面附近，通过曝光就可以在胶片上得到物体的像，通过对胶片进行冲洗就可以得到照片。

数码相机的成像原理可以简单的概括为电荷耦合器件(CCD)接收光学镜头传递来的影像，也就是说将传统相机的胶片换成了CCD。数码相机的光学镜头与传统相机相同，将影像聚到感光器件上，即电荷耦合器件(CCD)。因此，数码相机的成像质量主要由相机镜头和CCD这两方面决定。

(2)检测原理

(2-1)调制传递函数(Modulation Transfer Function，简称为MTF)物理意义目前镜头最权威的评价方法是通过测量镜头调制传递函数(MTF)的值。

调制度M：M＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin)

最大亮度为Imax，最小亮度为Imin

很明显，调制度介于0和1之间。调制度越大，意味着反差越大。当最大亮度与最小亮度完全相等时，反差完全消失，这时的调制度等于0。

将正弦光栅置于镜头前方、在镜头成像处测量像的调制度，发现当光栅空间频率很低时，像的调制度几乎等于正弦光栅的调制度；随着空间频率的提高，像的调制度逐渐单调下降；空间频率高到一定程度，像的调制度逐渐降低到0，完全失去了反差。

正弦信号通过镜头后，它的调制度的变化是正弦信号空间频率的函数，这个函数称为调制传递函数。对于原来调制度为M的正弦光栅，如果经过镜头到达像平面的像的调制度为M’，则MTF函数值为：MTF值＝M’/M，MTF值必定介于0和1之间，并且越接近1，镜头的性能越好。

MTF是对镜头的锐度、反差和分辨率进行综合评价的参数。

明锐度：明锐度(Acutance)又称鲜锐度、锐度，是摄影镜头鲜明地再现摄景物中间层次、蜕部层次、低反差影纹细节、微弱亮度对比和微妙色彩变化的能力。明锐度高的镜头，所成影像轮廓鲜明、边缘锐利、反差正常、层次丰富、纹理细腻、影调明朗、质感强烈、色彩过渡柔合、彩色还原真实、自然。

反差(对比度)：镜头的反差取决于基频。也就是说，低频段的MTF值决定了镜头的反差。出于对“MTF值越大越好”的公认，我们可以推论说：镜头的反差越大越好。

分辫率：分辨率(Resolution)又称分辨力、鉴别率、鉴别力、分析力、解像力或分辨本领，是指摄影镜头清晰地再现被摄景物纤微细节的能力。显然分辨率越高的镜头，所拍摄的影像越清晰细腻。它的单位是“线对/毫米”。它的优点是可以量化，用数据表示，使结果更直观、更科学、更严密。

(2-2)典型的MTF曲线如图1所示，图中黑实线即为一个实际镜头的MTF曲线。从图我们可以看出镜头的锐度、反差(对比度)和分辨率。曲线在10lp/mm的数值反应出镜头的锐度，数值越高表明成像整体轮廓越清楚。曲线在30lp/mm时的坡度越大表明镜头的反差越好。曲线与横坐标的交点为53，说明这只镜头的理论分辨率的最高值为53lp/mm(线对/毫米)。

(2-3)检测原理

对于数码相机而言，除了与镜头的成像质量有关外，还与CCD本身的性能有关，由于生产CCD的厂家众多，CCD的规格和性能参数多种多样，因此即使采用相同的镜头，得到的照片也会有所差别，所以对于数码相机而言除了关注镜头的质量以外还要关注CCD对成像质量的影响。再者，随着技术的发展，CMOS也逐渐地应用到数码相机中，CMOS和CCD在原理上也有所不同，因此我们从数码相机的整体去评价数码相机的成像质量。

本发明的技术解决方案如下

一种检测数码相机成像质量的鉴别率图板，先由空间频率分别为10lp/mm(线对/毫米，以下表述为lp/mm)、30lp/mm、50lp/mm、100lp/mm和125lp/mm的线条组成分辨率图案，再以该分辨率图案为单元布设在数码相机归一化视场的边缘视场、0.7视场和中心视场的位置上而构成。

所述的分辨率图案的构成是：在一正方形块中，其四周比较最粗的线条对应的空间分辨率为10lp/mm，逐渐向该正方形块的中心依次设置30lp/mm，50lp/mm，100lp/mm和125lp/mm线条。

所述的鉴别率图板的构成是：所述的数码相机的归一化视场是一矩形块，将四幅分辨率图案排布在该矩形块的四角，边缘对齐，一幅分辨率图案的中心叠放在该矩形块的中心上，将其余四幅分辨率图案叠放在所述的矩形块的两对角线上，使分辨率图案的中心位于对角线由中心到角顶的0.7的位置。

一种检测数码相机成像质量的方法，包括下列步骤：

①首先确定数码相机的物距l，制备所述的分辨率图案和所述的鉴别率图板；

②将待测的数码相机放到距所述的鉴别率图板l的地方，并使数码相机的中心高与所述的鉴别率图板的中心高一致；

③在一定的照明条件下，用待测的数码相机对鉴辨率图板进行拍摄；

④然后对鉴辨率图板的照片进行分析判断，即可得到数码相机成像性能。

所述的对鉴辨率图板的照片进行分析判断的内容是：对鉴辨率图板的照片中的边缘视场、0.7视场和中心视场的分辨率图案的像进行分析

明锐度：数码相机在10lp/mm时的成像质量可以反应数码相机的成像明锐度；

对比度：数码相机在30lp/mm时的成像质量可以反应数码相机的成像对比度；

分辫率：数码相机能看清楚的线对数越多，说明数码相机的分辨率越高；

数码相机对颜色的还原能力可以看出数码相机在色彩上面的表现。

本发明的技术效果：

利用本发明对待测的数码相机拍摄的鉴辨率图板的照片进行分析判断，即可定性地知道数码相机的好坏。不仅可以较准确判别数码相机的分辨率，而且可以基本判定其色差、畸变等性能。

推广使用本发明，将为大众消费者提供一种简单的、快捷的和行之有效的数码相机检验方法。

附图说明

图1是典型的调制传递函数MTF曲线

图2是本发明分辨率图案的一个实施例的示意图

图3是本发明鉴别率图板的一个实施例的示意图

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图2和图3，图2是本发明分辨率图案的一个实施例的示意图，图3是本发明鉴别率图板的一个实施例的示意图，在本实施中，规定物距为l＝2000mm，同时测量得到视场范围，并根据一般数码相机CCD的尺寸，通过计算得到一般数码相机在该规定距离上的放大率为250倍，由此得到物方对应像方空间频率为10lp/mm、30lp/mm、50lp/mm、100lp/mm和125lp/mm时的每对线的宽度分别为25mm、25/3mm、5mm、2.5mm和2mm，之所以制作125lp/mm的鉴别图案是因为根据调查发现目前市场上销售的数码相机的CCD的最小像元尺寸是5微米*5微米，也就是说CCD的像方分辨极限为100lp/mm，125lp/mm的鉴别图案目前的数码相机理论上是无法分辨的，如果目前的数码相机能够比较好的分辨的话，说明该相机在分辨率方面表现相当优异，如果能分辨100lp/mm鉴别率图案的话，说明该相机在分辨率方面表现是比较不错的。由此绘制出分辨率图案如图2所示。在一正方形块中，其四周比较最粗的线条1对应的空间分辨率为10lp/mm，逐渐向该正方形块的中心依次设置2、3、4、5，对应分别是30lp/mm，50lp/mm，100lp/mm和125lp/mm线条。

利用该分辨率图案作为元素制作出鉴别率图板，如图3所示，由图可见，所述的鉴别率图板的构成是：所述的数码相机的归一化视场是一矩形块，将四幅分辨率图案排布在该矩形块的四角，边缘对齐，一幅分辨率图案的中心叠放在该矩形块的中心上，将其余四幅分辨率图案叠放在所述的矩形块的两对角线上，使分辨率图案的中心位于对角线由中心到角顶的0.7的位置。也就是说，鉴别率图板上面图案的排布按照数码相机归一化视场角的1.0、0.7、0的位置进行排列，分别对应于边缘视场、0.7视场和中心视场，通过对这三个视场上图案的成像情况进行分析处理便可全面评价数码相机成像质量。

利用本发明的鉴别率图板检测数码相机成像质量的方法，包括下列步骤：

①首先确定数码相机的物距l＝2000mm，制备所述的分辨率图案和所述的鉴别率图板，如图2和图3所示；

②将待测的数码相机放到距所述的鉴别率图板2000mm的地方，并使数码相机的中心高与所述的鉴别率图板的中心高一致；

③在一定的照明条件下，在长为4米宽为2.5米高为3.3米的封闭的房间里，关闭窗和窗帘，打开两盏30瓦的日光灯，用待测的数码相机对分辨率图板进行拍摄；

另外有一点要注意的是：对于消费级的数码相机，通常在拍摄过程中，选择光圈优先，光圈优先便是以我们自行手动设定的光圈数值为准，再由数码相机根据当时的环境及光线自动给出快门参数加以配合。当在同一环境内，光圈越小所进入的光线也越少，此时相机便会延长快门的曝光时间。光圈优先在数码相机上一般用“A”来表示；对于专业级数码相机，在测试时把光圈调节到f/8，在此光圈下的成像质量可以代表相机的成像质量。选用不同品牌不同款式的数码相机对鉴别率图板进行拍摄，拍摄时使用同一数码相机不同像素档各拍摄数张，目前的数码相机都有不同的像素档位为可供拍摄时选择，例如300万像素、500万像素等。

④然后对鉴辨率图板的照片进行分析判断，即可得到数码相机成像性能。

所述的对鉴辨率图板的照片进行分析判断的内容是对鉴辨率图板的照片中的边缘视场、0.7视场和中心视场的分辨率图案的像进行分析：

数码相机的成像质量主要反应在明锐度、反差和分辨率这三个方面。

明锐度：明锐度(Acutance)又称鲜锐度、锐度，是摄影镜头鲜明地再现摄景物中间层次、蜕部层次、低反差影纹细节、微弱亮度对比和微妙色彩变化的能力。明锐度高的镜头，所成影像轮廓鲜明、边缘锐利、反差正常、层次丰富、纹理细腻、影调明朗、质感强烈、色彩过渡柔合、彩色还原真实、自然。数码相机在10lp/mm时的成像质量可以反应数码相机的成像明锐度。

反差(对比度)：镜头的反差取决于基频。也就是说，数码相机在30lp/mm时的成像质量可以反应数码相机的成像对比度。

分辫率：分辨率(Resolution)又称分辨力、鉴别率、鉴别力、分析力、解像力和分辨本领，是指摄影镜头清晰地再现被摄景物纤微细节的能力。显然分辨率越高的镜头，所拍摄的影像越清晰细腻。它的单位是“线对/毫米”。它的优点是可以量化，用数据表示，使结果更直观、更科学、更严密。数码相机能看清楚的线对数越多，说明数码相机的分辨率越高。

数码相机对颜色的还原能力可以看出数码相机在色彩上面的表现。

通过实验得到了多组数据，在此选择几组数据进行分析对比。

(1)同一相机在不同像素下拍摄结果对比：Sony T-7在300万像素和500万像素Sony T-7在300万像素档时，其在中心视场，0.7视场和1.0视场时对应的拍摄图案通过对比可知，Sony T-7在300万像素和500万像素条件下拍摄的图片的分辨率没有本质的变化，也就是说在这两种模式下，中心视场中都勉强可以看到125lp/mm的鉴别率图案(图像放大一定比例后，用眼睛可以清楚分辨)，而且在两种像素模式下，图像的颜色基本一致；在0.7视场和1.0视场情况下，125lp/mm的鉴别率图案不如中心视场清楚，这与实际的光学设计要求是相符的；同时观察发现在两种像素模式下中间亮度比边缘亮度亮，最边缘处亮度最暗，这是由于镜头本身存在一定的渐晕造成的，这是为了提高边缘的成像清晰度和人们的观察习惯而故意为之，因为通常用户更加关心中心视场的成像质量，中心到边缘有一个过渡。从图片中也发现：10lp/mm的鉴别率图案锐度较高，颜色清晰，30lp/mm的鉴别率图案对比度较高。

(2)同一品牌、同一像素，不同型号拍摄结果对比：Sony T-7，T-11

通过分析比较可知，Sony T-7和T-11在相同拍摄条件下，使用500万像素拍摄的照片，整体上看起来，两组照片在颜色上面表现差别巨大，T-7的整体颜色偏深，图片锐度明显要好一些，从T-11拍摄的照片发先T-11的杂散光比较严重，图片整体有一种模糊的感觉。在对比度方面发现两款相机的对比度都还可以，明暗分界线比较明显。在分辨率方面差别不大，T-7的分辨率稍优于T-11的分辨率。图片放大之后发现边缘视场都存在一定的色差，这是镜头设计无法避免的。

(3)不同品牌在同一档位，相同像素条件下拍摄结果对比：

由于目前市场主流相机的像素值为500万像素，所以在选择对比对象时选择市场上几大主流品牌的500万像素数码相机。通过实验分析与对比可知，Canon iuxs70和Canon iuxs500拍摄照片中中心视场的125lp/mm的鉴别率图案可以较为清晰地看到，这说明两款相机在分辨率上的表现比另外两个品牌的相机要好。这两款相机在边缘视场的对比度较中间有比较大的差别，明显不如中间的对比度高，与其它两款相机的表现也不相同，但是它们之间的表现一致，可见同一品牌的照相机的表现还是很一致，这与各个企业的自身的设计理念有关。在锐度方面Canon的两款相机在中心视场表现完全一致，相对好一些，Sony的次之，Casio表现最差。同时，我们也可以很明显地看出Casio Z-50拍摄的照片的颜色和前面两款差别很大，这应该不是照相镜头造成的，可能是其他部件的原因造成的，这在一定程度上影响了该款数码相机的成像质量。

实验表明，本发明检验数码照相机成像的方法是行之有效的，而且操作简便，对于普通消费者而言，对鉴辨率图板的照片进行分析判断便可以定性的区分数码相机的成像质量。不仅可以判定分辨率的高低，而且可以很简便地看出相机的色差、畸变等总体性能参数。

Claims (5)

1、一种检测数码相机成像质量的鉴别率图板，其特征在于：先由空间频率分别为10lp/mm、30lp/mm、50lp/mm、100lp/mm和125lp/mm的线条组成分辨率图案，再以该分辨率图案为单元布设在数码相机归一化视场的边缘视场、0.7视场和中心视场的位置上而构成。

2、根据权利要求1所述的鉴别率图板，其特征在于所述的分辨率图案的构成是：在一正方形块中，其四周比较最粗的线条对应的空间分辨率为10lp/mm，逐渐向该正方形块的中心依次设置30lp/mm，50lp/mm，100lp/mm和125lp/mm线条。

3、根据权利要求1或2所述的鉴别率图板，其特征在于所述的鉴别率图板的构成是：所述的数码相机的归一化视场是一矩形块，将四幅分辨率图案排布在该矩形块的四角，边缘对齐，一幅分辨率图案的中心叠放在该矩形块的中心上，将其余四幅分辨率图案叠放在所述的矩形块的两对角线上，使分辨率图案的中心位于对角线由中心到角顶的0.7的位置。

4、一种利用权利要求1所述的检测数码相机成像质量的鉴别率图板检测数码相机成像质量的方法，其特征在于包括下列步骤：

①首先确定数码相机的物距l，制备所述的分辨率图案和所述的鉴别率图板；

②将待测的数码相机放到距所述的鉴别率图板l的地方，并使数码相机的中心高与所述的鉴别率图板的中心高一致；

③在一定的照明条件下，用待测的数码相机对所述的鉴辨率图板拍照；

④然后对鉴辨率图板的图像或照片进行分析判断，即可得到数码相机的成像性能。

5、根据权利要求4所述的检测数码相机成像质量的方法，其特征在于所述的对鉴辨率图板的图像或照片进行分析判断的内容是：

明锐度：数码相机在10lp/mm时的成像质量可以反应数码相机的成像明锐度；

对比度：数码相机在30lp/mm时的成像质量可以反应数码相机的成像对比度；

分辫率：数码相机能看清楚的线对数越多，说明数码相机的分辨率越高；

图像或照片的色彩表现反映数码相机对颜色的还原能力。

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