JP7190327B2 - MTF measuring device and its program - Google Patents

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本発明は、撮像系の空間周波数特性を示すMTF(Modulation Transfer Function)を測定するMTF測定装置およびそのプログラムに関する。 The present invention relates to an MTF measuring apparatus and program for measuring an MTF (Modulation Transfer Function) indicating spatial frequency characteristics of an imaging system.

高解像度テレビジョンの最大の特徴は、高い空間解像度であり、カメラの解像度特性が重要となる。カメラの解像度特性は、MTFで表すことができる。
現在、MTFを測定する方法として、カメラが撮像する測定用のチャートのサイズが比較的小さく、撮像画角を正確にチャートサイズにフレーミングする必要がないSlanted-edge法(傾斜エッジ法;以下、エッジ法という)が一般的に用いられている(特許文献1,2、非特許文献1~4参照)。
The greatest feature of high-definition television is high spatial resolution, and the resolution characteristics of cameras are important. The resolution characteristic of a camera can be expressed in MTF.
Currently, as a method for measuring MTF, the size of the measurement chart captured by the camera is relatively small, and the Slanted-edge method (hereinafter referred to as edge method) is generally used (see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 to 4).

ここで、図12を参照して、従来のエッジ法によるMTF測定について説明する。
まず、エッジ法は、図12(a)に示すように、エッジを含んだチャートを撮像した画像(エッジ画像I)において、MTFの測定対象となるROI(Region Of Interest:関心領域)を選定する。
次に、エッジ法は、図12(b)に示すように、ROIからエッジeを検出し、その傾きθeを求める。そして、エッジ法は、ROIの各画素を、エッジeに沿って、等間隔に区分されたビンが並ぶ投影軸(x軸)に投影する。このとき、ビンの幅は、ROIの1画素の幅の1/4、1/8といったサブピクセル幅とする。
Here, MTF measurement by the conventional edge method will be described with reference to FIG.
First, in the edge method, as shown in FIG. 12A, an ROI (Region Of Interest) to be measured for MTF is selected in an image (edge image I) obtained by imaging a chart including edges. .
Next, in the edge method, as shown in FIG. 12(b), an edge e is detected from the ROI and its inclination θe is obtained. Then, the edge method projects each pixel of the ROI along the edge e onto the projection axis (x-axis) along which equally spaced bins are arranged. At this time, the bin width is set to a sub-pixel width such as 1/4 or 1/8 of the width of one pixel of the ROI.

そして、エッジ法は、投影軸のビンに投影された画素の値を各ビンで平均化することで、図12(c)に示すようなオーバーサンプリングされたエッジ広がり関数(ESF:Edge Spread Function)を求める。
さらに、エッジ法は、エッジ広がり関数を微分することで、図12(d)に示すような線広がり関数(LSF:Line Spread Function)を求める。
最後に、エッジ法は、エッジ広がり関数をフーリエ変換して絶対値をとり、直流(空間周波数“0”)で正規化することで、図12(e)に示すように、MTFを求める。
Then, the edge method averages the values of the pixels projected onto the bins of the projection axis in each bin to obtain an oversampled edge spread function (ESF) as shown in FIG. 12(c). Ask for
Further, the edge method obtains a line spread function (LSF) as shown in FIG. 12(d) by differentiating the edge spread function.
Finally, the edge method obtains the MTF as shown in FIG. 12(e) by Fourier-transforming the edge spread function, taking the absolute value, and normalizing it with a direct current (spatial frequency "0").

特開2010-237177号公報JP 2010-237177 A 特開2018-13416号公報JP 2018-13416 A

ISO 12233:2017,“Photography - Electronic still picture imaging - Resolution and spatial frequency responses”ISO 12233:2017, “Photography - Electronic still picture imaging - Resolution and spatial frequency responses” K. Masaoka, K. Arai, and Y. Takiguchi, “Real-time measurement of ultra-high definition camera modulation transfer function,” SMPTE Motion Imaging Journal, 127(10), 2018, doi: 10.5594/JMI.2018.2868435. (in press)K. Masaoka, K. Arai, and Y. Takiguchi, “Real-time measurement of ultra-high definition camera modulation transfer function,” SMPTE Motion Imaging Journal, 127(10), 2018, doi: 10.5594/JMI.2018.2868435. in press) K. Masaoka et. al., Modified slanted-edge method and multidirectional modulation transfer function estimation,” Optics Express 22(5):6040-6046, March 2014K. Masaoka et. al., Modified slanted-edge method and multidirectional modulation transfer function estimation,” Optics Express 22(5):6040-6046, March 2014 「テレビジョンカメラシステムの解像度特性測定法 技術資料(ARIB TR-B41)」、1.0版、P3-7、一般社団法人電波産業会、平成28年9月29日策定"Resolution Characteristic Measurement Method for Television Camera Systems Technical Data (ARIB TR-B41)", Version 1.0, P3-7, Association of Radio Industries and Businesses, Established September 29, 2016

従来のエッジ法では、図12(b)に示したROIにおいてエッジeを検出するために計算コストがかかってしまうという問題がある。さらに、従来のエッジ法は、エッジが直線でなければMTFの計算精度が落ちてしまうという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、従来のエッジ法よりも計算コストを抑え、直線でないエッジからでもMTFを測定することが可能なMTF測定装置およびそのプログラムを提供することを課題とする。
In the conventional edge method, there is a problem that calculation cost is required to detect the edge e in the ROI shown in FIG. 12(b). Furthermore, the conventional edge method has a problem that the calculation accuracy of the MTF drops if the edge is not a straight line.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and provides an MTF measuring apparatus and a program thereof that can measure the MTF even from a non-straight edge at a lower calculation cost than the conventional edge method. The challenge is to

前記課題を解決するため、本発明に係るMTF測定装置は、撮像系の空間周波数特性を示すMTFを測定するMTF測定装置であって、ROI設定手段と、ラインMTF算出手段と、ラインMTF平均化手段と、エイリアシング除去手段と、を備える構成とした。 In order to solve the above problems, an MTF measuring apparatus according to the present invention is an MTF measuring apparatus for measuring an MTF indicating spatial frequency characteristics of an imaging system, comprising ROI setting means, line MTF calculating means, and line MTF averaging. and an aliasing removal means.

かかる構成において、MTF測定装置は、ROI設定手段によって、撮像系によって撮像された、傾きを有するエッジを含んだエッジ画像において、エッジを含んだ矩形形状の領域であるROIを設定する。この矩形形状の領域がMTFの測定範囲となる。
そして、MTF測定装置は、ラインMTF算出手段によって、ROIにおいて、エッジを含むラインごとに離散フーリエ変換によりラインごとのMTFであるラインMTFを算出する。
そして、MTF測定装置は、ラインMTF平均化手段によって、ラインMTFを予め定めた空間周波数ごとにROIのライン数で平均化して平均MTFを算出する。これによって、MTF測定装置は、エッジの傾きを検出することなく、また、エッジが直線でなくても、ROIのMTFを測定することができる。
In such a configuration, the MTF measuring device uses the ROI setting means to set an ROI, which is a rectangular area including edges, in an edge image including inclined edges captured by the imaging system. This rectangular area is the MTF measurement range.
Then, the MTF measuring device calculates the line MTF, which is the MTF for each line, by the line MTF calculation means by the discrete Fourier transform for each line including the edge in the ROI.
Then, the MTF measuring device calculates an average MTF by averaging the line MTF by the number of lines of the ROI for each predetermined spatial frequency by the line MTF averaging means. This allows the MTF measuring device to measure the MTF of the ROI without detecting the slope of the edge and even if the edge is not straight.

さらに、MTF測定装置は、エイリアシング除去手段によって、平均MTFからエイリアシング成分を除去する補正を行う。この補正は、例えば、空間周波数ξ=0.5におけるMTFの値が平均MTFの値を4/πで除算した値となり、かつ、空間周波数ξ=1においてMTFの値が0となる単調減少関数で近似した関数を用いて行うことができる。 Furthermore, the MTF measurement device performs correction to remove aliasing components from the average MTF by the aliasing removal means. This correction is, for example, a monotonically decreasing function in which the MTF value at spatial frequency ξ=0.5 is the value obtained by dividing the average MTF value by 4/π, and the MTF value is 0 at spatial frequency ξ=1. can be performed using a function approximated by

なお、MTF測定装置は、コンピュータを、前記したROI設定手段、ラインMTF算出手段、ラインMTF平均化手段、エイリアシング除去手段として機能させるためのMTF測定プログラムで動作させることができる。 The MTF measurement apparatus can be operated with an MTF measurement program for causing the computer to function as the ROI setting means, line MTF calculation means, line MTF averaging means, and aliasing removal means.

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、従来のエッジ法のように、エッジの傾きを検出することがないため、計算コストを抑えることができる。これによって、本発明は、小規模なFPGA(Field-Programmable Gate Array)でも実装することが可能になる。
また、本発明によれば、エッジが直線でなくてもMTFを測定することができる。これによって、本発明は、専用のチャートを用いなくても、エッジを有する箇所を撮像するだけで、MTFを測定することが可能になる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION This invention has the outstanding effect shown below.
According to the present invention, unlike the conventional edge method, the slope of the edge is not detected, so the calculation cost can be suppressed. This allows the present invention to be implemented even with a small-scale FPGA (Field-Programmable Gate Array).
Also, according to the present invention, the MTF can be measured even if the edge is not straight. This makes it possible for the present invention to measure the MTF simply by capturing an image of a portion having an edge without using a dedicated chart.

本発明の実施形態に係るMTF測定装置の構成を示すブロック構成図である。1 is a block configuration diagram showing the configuration of an MTF measuring device according to an embodiment of the present invention; FIG. ROIを説明するための図であって、(a)は垂直のROI(垂直エッジ画像)、(b)は水平のROI(水平エッジ画像)である。FIG. 4 is a diagram for explaining ROIs, in which (a) is a vertical ROI (vertical edge image) and (b) is a horizontal ROI (horizontal edge image). ラインMTF算出手段で算出するラインごとのMTFを説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the MTF for each line calculated by line MTF calculation means; 本来のMTFとエイリアシングのMTFを示すグラフ図である。FIG. 4 is a graphical representation of the original MTF and the aliased MTF; 本来のMTFとエイリアシングを含んだ複数のラインごとのMTFおよびその平均とを説明するためのグラフ図である。FIG. 4 is a graph diagram for explaining the original MTF, the MTF for each line including aliasing, and the average thereof; 本来のMTFとエイリアシングを含んだ平均MTFとを説明するためのグラフ図である。FIG. 4 is a graph diagram for explaining the original MTF and the average MTF including aliasing; 本来のMTFとエイリアシングのMTFとの合成ベクトルを説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a composite vector of original MTF and aliasing MTF; r(ξ)と〈|F(ξ)|〉CORR/|F(ξ)|との関係を示すグラフ図である。FIG. 3 is a graph showing the relationship between r(ξ) and <|F R (ξ)|> CORR /|F(ξ)|; 本発明の実施形態に係るMTF測定装置で測定したMTFの測定結果を示すグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing measurement results of MTF measured by the MTF measuring device according to the embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係るMTF測定装置の動作を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the operation of the MTF measuring device according to the embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係るMTF測定装置の変形例として、MTFを単調減少関数で近似する例を説明するための説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining an example in which the MTF is approximated by a monotonically decreasing function as a modified example of the MTF measuring device according to the embodiment of the present invention; 従来のエッジ法の測定手順を(a)~(e)で説明する説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram (a) to (e) for explaining the measurement procedure of the conventional edge method;

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[MTF測定装置の構成]
最初に、図1を参照して、本発明の実施形態に係るMTF測定装置1の構成について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of MTF measuring device]
First, referring to FIG. 1, the configuration of an MTF measurement device 1 according to an embodiment of the present invention will be described.

MTF測定装置1は、撮像系2の空間周波数特性を表すMTFを測定するものである。ここで、MTF測定装置1は、撮像系2と表示装置3とを接続する。
撮像系2は、MTFの被測定対象であって、ビデオカメラまたはスチールカメラ、MTFの被測定対象となるレンズを含んだカメラ等である。
撮像系2は、エッジ(コントラストの異なる境界)を含んだチャートCHを撮像したエッジ画像(動画像または静止画像)を、MTF測定装置1に出力する。
The MTF measuring device 1 measures MTF representing the spatial frequency characteristics of the imaging system 2 . Here, the MTF measuring device 1 connects the imaging system 2 and the display device 3 .
The imaging system 2 is an object to be measured by MTF, and is a video camera, a still camera, a camera including a lens to be measured by MTF, or the like.
The imaging system 2 outputs an edge image (moving image or still image) obtained by imaging a chart CH including edges (borders with different contrasts) to the MTF measuring device 1 .

チャートCHは、エッジの傾きが、撮像系2の撮像素子(不図示)に対して垂直方向または水平方向から数度傾いたエッジパターンを含んだテストチャートである。
このチャートCHは、例えば、エッジ法で用いられるMTF測定用のテストチャートである。なお、本発明において、チャートCHのエッジは、必ずしも直線である必要はなく、曲線等の歪みをもっていてもよい。例えば、エッジを有する文字が描かれた看板等であっても構わない。
ここで、水平方向の周波数特性を測定する場合、撮像系2は、図2(a)に示すように、エッジをやや傾いた(数度程度)斜め垂直方向にした状態でチャートCHを撮像し、エッジ画像Iを取得する。また、垂直方向の周波数特性を測定する場合、撮像系2は、図2(b)に示すように、エッジを斜め水平方向にした状態でチャートCHを撮像し、エッジ画像Iを取得する。
The chart CH is a test chart including an edge pattern in which the inclination of the edge is several degrees from the vertical direction or horizontal direction with respect to the imaging device (not shown) of the imaging system 2 .
This chart CH is, for example, a test chart for MTF measurement used in the edge method. In the present invention, the edges of the chart CH do not necessarily have to be straight lines, and may have distortion such as curved lines. For example, it may be a signboard or the like on which characters having edges are drawn.
Here, when measuring the frequency characteristics in the horizontal direction, the image pickup system 2 picks up the chart CH with the edge slightly inclined (about several degrees) in the oblique vertical direction, as shown in FIG. 2(a). , to obtain an edge image I. When measuring the frequency characteristics in the vertical direction, the imaging system 2 captures the chart CH with the edges in the oblique horizontal direction to obtain an edge image I, as shown in FIG. 2B.

表示装置3は、MTF測定装置1を操作するユーザインタフェースを提供するとともに、撮像系2が撮像したエッジ画像、測定結果となるグラフ等を表示するものである。例えば、表示装置3は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等である。
なお、表示装置3は、撮像系2が撮像したエッジ画像を表示する表示装置と、測定結果を表示する表示装置とをそれぞれ別に設けてもよい。
The display device 3 provides a user interface for operating the MTF measurement device 1, and displays edge images captured by the imaging system 2, graphs of measurement results, and the like. For example, the display device 3 is a liquid crystal display, an organic EL display, or the like.
Note that the display device 3 may be separately provided with a display device for displaying the edge image captured by the imaging system 2 and a display device for displaying the measurement result.

以下、撮像系2で撮像されたエッジ画像によって、撮像系2のMTFを測定するMTF測定装置1の構成について詳細に説明する。
図1に示すように、MTF測定装置1は、エッジ画像記憶手段10と、ROI設定手段11と、ラインMTF算出手段12と、ラインMTF平均化手段13と、エイリアシング除去手段14と、MTF出力手段15と、を備える。
The configuration of the MTF measurement apparatus 1 for measuring the MTF of the imaging system 2 using edge images captured by the imaging system 2 will be described in detail below.
As shown in FIG. 1, the MTF measurement device 1 includes edge image storage means 10, ROI setting means 11, line MTF calculation means 12, line MTF averaging means 13, aliasing removal means 14, and MTF output means. 15 and.

エッジ画像記憶手段10は、撮像系2でチャートCHを撮像した画像(エッジ画像)を記憶するものである。なお、撮像系2の出力が動画像であれば、エッジ画像記憶手段10は、図示を省略した映像入力手段を介して、エッジ画像が撮像系2からフレーム画像として順次時系列に入力される。このエッジ画像記憶手段10は、例えば、ハードディスク、メモリ等の一般的な記憶装置である。
なお、エッジ画像記憶手段10が記憶するエッジ画像は、図示を省略した映像出力手段を介して表示装置3に出力される。
The edge image storage means 10 stores an image (edge image) of the chart CH captured by the imaging system 2 . If the output of the imaging system 2 is a moving image, the edge image storage means 10 sequentially receives edge images as frame images from the imaging system 2 in time series via video input means (not shown). This edge image storage means 10 is, for example, a general storage device such as a hard disk or memory.
The edge image stored in the edge image storage means 10 is output to the display device 3 via video output means (not shown).

ROI設定手段11は、撮像系2で撮像したエッジ画像内で、傾きを有するエッジを含むMTFの測定対象の領域であるROI(関心領域)を設定するものである。例えば、ROI設定手段11は、表示装置3が表示しているエッジ画像内において、測定者が操作するポインティングデバイス(不図示)で矩形(長方形)形状の領域を指定されることで、ROIの位置、大きさ等を設定する。 The ROI setting means 11 sets an ROI (region of interest), which is a target area for MTF measurement including inclined edges, in the edge image captured by the imaging system 2 . For example, the ROI setting means 11 designates a rectangular (rectangular) region in the edge image displayed by the display device 3 with a pointing device (not shown) operated by the measurer, thereby setting the ROI position. , size, etc.

ここで、水平方向の周波数特性を測定する場合、ROI設定手段11は、測定者によって、図2(a)に示すように、チャートCHを撮像したエッジ画像Iから、縦長の矩形形状の領域を指定されることで、ROIを設定する。この場合、ROIによって、水平方向で明度が異なる垂直エッジ画像が特定されることになる。
また、垂直方向の周波数特性を測定する場合、ROI設定手段11は、測定者によって、図2(b)に示すように、チャートCHを撮像したエッジ画像Iから、横長の矩形形状の領域を指定されることで、ROIを設定する。この場合、ROIによって、垂直方向で明度が異なる水平エッジ画像が特定されることになる。
なお、測定者の指定によって、エッジの向き(垂直、水平)を指定することとしてもよい。その場合は、ROI設定手段11は、図2(a)において横長の矩形形状の領域、または、図2(b)において縦長の矩形形状の領域を指定しても構わない。
また、ROIとして、画面上の中心ではなく、上下左右のそれぞれの位置を設定したければ、当該位置にエッジがくるように、撮像系2の向き、あるいは、チャートCHの位置を変えて撮像すればよい。
Here, when measuring the frequency characteristics in the horizontal direction, the ROI setting means 11, as shown in FIG. The ROI is set by being specified. In this case, the ROI will identify a vertical edge image that varies in brightness in the horizontal direction.
When measuring the frequency characteristics in the vertical direction, the ROI setting means 11 designates a horizontally long rectangular region from the edge image I obtained by capturing the chart CH, as shown in FIG. 2B. ROI is set by In this case, the ROI will identify a horizontal edge image that varies in brightness in the vertical direction.
Note that the direction of the edge (vertical, horizontal) may be specified by the measurer. In that case, the ROI setting means 11 may specify a horizontally long rectangular area in FIG. 2(a) or a vertically long rectangular area in FIG. 2(b).
Also, if it is desired to set each of the top, bottom, left, and right positions as the ROI instead of the center on the screen, the direction of the imaging system 2 or the position of the chart CH should be changed so that the edges come to the positions. Just do it.

また、ROI設定手段11によるROIの設定は、順次入力される撮像画像において、ROIを変更する必要がなければ、一度の設定でよい。
ROI設定手段11は、設定したROIの位置、大きさ等を示す情報をラインMTF算出手段12に出力する。
Also, the ROI setting by the ROI setting means 11 can be set once if there is no need to change the ROI in the captured images that are sequentially input.
The ROI setting means 11 outputs information indicating the position, size, etc. of the set ROI to the line MTF calculating means 12 .

ラインMTF算出手段12は、ROI設定手段11で設定されたエッジ画像のROIで特定される画像(ROI画像)において、ラインごとのMTF(以下、ラインMTFと呼ぶ)を算出するものである。なお、ラインMTF算出手段12は、ROI画像が図2(b)に示した水平エッジ画像である場合、当該水平エッジ画像を回転させて、図2(a)に示した垂直エッジ画像とする。ラインとは、エッジと交差するROIの対向する辺(短辺)の方向の1画素×辺の画素数分の画像データである。
ラインMTF算出手段12は、図3に示すように、ROIで特定される画像のライン(L,L,L,…,L;RはROIのライン数)ごとに、1ライン分の画像データの濃度変化を微分した値に対して離散フーリエ変換(1次元離散フーリエ変換)を施すことで、ラインMTFを算出する。
The line MTF calculation means 12 calculates the MTF (hereinafter referred to as line MTF) for each line in the image (ROI image) specified by the ROI of the edge image set by the ROI setting means 11 . When the ROI image is the horizontal edge image shown in FIG. 2(b), the line MTF calculator 12 rotates the horizontal edge image to obtain the vertical edge image shown in FIG. 2(a). A line is image data corresponding to 1 pixel in the direction of the opposite side (short side) of the ROI that intersects the edge×the number of pixels on the side.
As shown in FIG. 3, the line MTF calculation means 12 calculates, for each line of the image specified by the ROI (L 1 , L 2 , L 3 , . . . , LR; R is the number of lines in the ROI) The line MTF is calculated by performing a discrete Fourier transform (one-dimensional discrete Fourier transform) on a value obtained by differentiating the density change of the image data of .

具体的には、ラインMTF算出手段12は、ξを1画素あたりの明暗サイクルである空間周波数(cycles/pixel)、Nを1ラインの画素数、nを画素位置のインデックス(0以上N未満)、x(n)を画素位置nの画素値としたとき、以下の式(1)により、ξごとに、ラインMTF(|F(ξ)|)を算出する。
ここで、ξごととは、予め定めた空間周波数ごとである。この空間周波数はROIの1ラインの画素数Nで決まり、ξ=[0,1/N,…,(N-1)/N]である。
Specifically, the line MTF calculation means 12 uses ξ as a spatial frequency (cycles/pixel) that is a light-dark cycle per pixel, N as the number of pixels in one line, and n as a pixel position index (0 or more and less than N). , x(n) is the pixel value at the pixel position n, the line MTF (|F R (ξ)|) is calculated for each ξ by the following equation (1).
Here, every ξ means every predetermined spatial frequency. This spatial frequency is determined by the number of pixels N in one line of the ROI, and ξ=[0, 1/N, . . . , (N−1)/N].

Figure 0007190327000001
Figure 0007190327000001

ラインMTF算出手段12は、算出したROIのライン数分のラインMTF(|F(ξ)|~|F(ξ)|)を、ラインMTF平均化手段13に出力する。
なお、ラインMTF算出手段12は、ROIのライン数分のラインMTF(|F(ξ)|~|F(ξ)|)を算出する前に、前フレームまでのROI画像と加算平均し、ラインMTFを算出する。これによって、ROIにおけるノイズを除去することができる。
The line MTF calculation means 12 outputs the calculated line MTFs (|F 1 (ξ)| to |F R (ξ)|) for the number of lines of the ROI to the line MTF averaging means 13 .
Before calculating the line MTF (|F 1 (ξ)| to |F R (ξ)|) for the number of lines of the ROI, the line MTF calculation means 12 averages the ROI image up to the previous frame. , to calculate the line MTF. This can remove noise in the ROI.

ラインMTF平均化手段13は、ラインMTF算出手段12で算出されたROIのライン数分のラインMTFを平均化するものである。
すなわち、ラインMTF平均化手段13は、式(1)で算出されたライン数(R)分のラインMTF(|F(ξ)|)を、ξごとに平均化して平均MTFを算出する。以下、ξごとに平均化した平均MTFを〈|F(ξ)|〉と表記する。
The line MTF averaging means 13 averages the line MTFs for the number of lines of the ROI calculated by the line MTF calculating means 12 .
That is, the line MTF averaging means 13 averages the line MTFs (|F R (ξ)|) for the number of lines (R) calculated by Equation (1) for each ξ to calculate the average MTF. Hereinafter, the average MTF averaged for each ξ is expressed as <|F R (ξ)|>.

ここで、ROIの大きさを無限と仮定した場合の理想的なアンサンブル平均について説明する。以下、理想的なアンサンブル平均を〈|F(ξ)|〉と表記する。
ROIのエッジ位相がサンプリング位置に対して一様に分布していると仮定した場合、〈|F(ξ)|〉は、以下の式(2)で表すことができる。
Here, an ideal ensemble average when the size of the ROI is assumed to be infinite will be described. The ideal ensemble average is hereinafter denoted as <|F S (ξ)|>.
Assuming that the edge phases of the ROI are uniformly distributed with respect to the sampling positions, <|F S (ξ)|> can be expressed by the following equation (2).

Figure 0007190327000002
Figure 0007190327000002

ξは、空間周波数(cycles/pixel)を示す。
step(x-s)は、位置sで値が0から1に遷移する理想的なエッジの濃度変化を表すステップ関数を示す。
f(x)は、サンプリングを櫛関数comb(x)で表したカメラシステム(ここでは撮像系2)の線広がり関数(LSF)を示す。
δ(x)は、デルタ関数で、{δ(x)-δ(x-1)}は、エッジ広がり関数(ESF)の1次元微分を近似する差分フィルタを示す。
F(ξ)は、f(x)のフーリエ変換で計算される光伝達関数(OTF:Optical Transfer Function)を示す。
sinc(ξ)はsinc関数である。
ξ indicates the spatial frequency (cycles/pixel).
step(x−s) denotes a step function representing an ideal edge density change whose value transitions from 0 to 1 at position s.
f(x) denotes the line spread function (LSF) of the camera system (imaging system 2 here) in which sampling is represented by a comb function comb(x).
δ(x) is the delta function and {δ(x)−δ(x−1)} denotes a difference filter that approximates the one-dimensional derivative of the edge spread function (ESF).
F(ξ) indicates an optical transfer function (OTF) calculated by Fourier transform of f(x).
sinc(ξ) is a sinc function.

この式(2)に示すように、〈|F(ξ)|〉は、減衰成分であるsinc(ξ)を含んでいるため、減衰成分を補償する必要がある。
ラインMTF平均化手段13は、有限の大きさのROIから算出した平均MTF〈|F(ξ)|〉を理想的な平均〈|F(ξ)|〉とみなし、式(3)に示した減衰補償を行う。
すなわち、ラインMTF平均化手段13は、以下の式(3)に示すように、〈|F(ξ)|〉に、sinc(ξ)の逆関数(1/sinc(ξ))を掛けることで減衰成分を補償する。ここで、補償後の平均を〈|F(ξ)|〉CORRと表記する。
As shown in this equation (2), <|F S (ξ)|> contains the damping component sinc(ξ), so it is necessary to compensate for the damping component.
The line MTF averaging means 13 regards the average MTF <|F R (ξ)|> calculated from the finite size ROI as the ideal average <|F S (ξ)|>, and formula (3) Attenuation compensation is performed as shown.
That is, the line MTF averaging means 13 multiplies <|F R (ξ)|> by the inverse function of sinc(ξ) (1/sinc(ξ)) as shown in the following equation (3). to compensate for the attenuation component. Here, the average after compensation is expressed as <|F R (ξ)|> CORR .

Figure 0007190327000003
Figure 0007190327000003

ラインMTF平均化手段13は、補償後の平均〈|F(ξ)|〉CORRを平均MTFとして、エイリアシング除去手段14に出力する。 The line MTF averaging means 13 outputs the compensated average <|F R (ξ)|> CORR to the aliasing elimination means 14 as the average MTF.

エイリアシング除去手段14は、ラインMTF平均化手段13で算出された平均MTFからエイリアシング成分を除去する補正を行うものである。
〈|F(ξ)|〉CORRは、撮像系2の撮像素子(不図示)のサンプリング位置(固定位相)に基づいて求められたもので、従来のエッジ法のように種々のエッジ位相により求められたMTFではない。そのため、〈|F(ξ)|〉CORRは、エイリアシング(折り返し)の影響を受け、誤りを含んでいる。
そこで、エイリアシング除去手段14は、ラインMTF平均化手段13で算出された平均MTF〈|F(ξ)|〉CORRから、エイリアシング成分を除去する。
The aliasing removing means 14 corrects the average MTF calculated by the line MTF averaging means 13 by removing aliasing components.
<|F R (ξ)|> CORR is obtained based on the sampling position (fixed phase) of the imaging device (not shown) of the imaging system 2, and is obtained by various edge phases like the conventional edge method. Not the requested MTF. Therefore, <|F R (ξ)|> CORR suffers from aliasing and contains errors.
Therefore, the aliasing removal means 14 removes aliasing components from the average MTF <|F R (ξ)|> CORR calculated by the line MTF averaging means 13 .

ここで、図4~図8および数式により、エイリアシング成分を含んだ平均MTF〈|F(ξ)|〉CORRと、本来のMTFとの関係について説明する。
図4に示すように、線広がり関数(LSF)であるf(x)をフーリエ変換して求められる本来のMTF(|F(ξ)|)(図4中、実線で示すMTFtrue)は、式(2)に示したcomb(x)が畳み込まれ、エイリアシングのMTF(図4中、破線で示すMTFaliasing)と位相差e-2πsξ-jπξで重なる。
Here, the relationship between the average MTF <|F R (ξ)|> CORR including the aliasing component and the original MTF will be described with reference to FIGS. 4 to 8 and formulas.
As shown in FIG. 4, the original MTF (|F(ξ)|) (MTF true indicated by the solid line in FIG. 4) obtained by Fourier transforming f(x), which is a line spread function (LSF), is Comb(x) shown in equation (2) is convoluted and overlaps with the aliasing MTF (MTF aliasing indicated by the dashed line in FIG. 4) with a phase difference of e −2πsξ e −jπξ .

具体的に、図5を参照して、図2(a)で示した垂直エッジ画像(ROI)として水平100画素、垂直200画素から求めたMTFで説明する。
図5において、MTFtrueは、従来のエッジ法により求めたMTF(本来のMTF)、MTFlineは、ラインMTF算出手段12で算出した複数のラインMTFを示す。
この場合、単純に、複数のラインMTF(MTFline)を平均化したMTFは、MTFaverage+aliasingとして求められることになる。
すなわち、ラインMTF算出手段12で算出されるMTFaverage+aliasingは、ナイキスト周波数ξ以下であっても、図6に示すように、MTFaverage+aliasingは、MTFaliasingの影響により、ナイキスト周波数ξに近づくほど大きく見積もられる。
More specifically, the MTF obtained from 100 horizontal pixels and 200 vertical pixels as the vertical edge image (ROI) shown in FIG. 2A will be described with reference to FIG.
In FIG. 5, MTF true indicates the MTF (original MTF) obtained by the conventional edge method, and MTF line indicates the multiple line MTFs calculated by the line MTF calculation means 12 .
In this case, the MTF obtained by simply averaging a plurality of line MTFs (MTF line ) is obtained as MTF average+aliasing .
That is, even if the MTF average + aliasing calculated by the line MTF calculating means 12 is equal to or lower than the Nyquist frequency ξN , as shown in FIG. Estimated.

ただし、MTFaverage+aliasingは、本来のMTFとエイリアシングのMTFとの位相差によって、単純に本来のMTFにエイリアシングのMTFを加算したものにはならない。
そこで、本来のMTFとエイリアシングのMTFとの割合を予め定めた制約の下で特定する。
まず、制約として、本来のMTFである|F(ξ)|が、ξ≧1、ξ≦-1で“0”とする。ここで、0≦ξ≦1の範囲で|F(ξ)|を求めることとした場合、エイリアシングのMTFは|F(1-ξ)|となる。
However, the MTF average+aliasing cannot simply be the original MTF plus the aliasing MTF due to the phase difference between the original MTF and the aliasing MTF.
Therefore, the ratio between the original MTF and the aliasing MTF is specified under a predetermined constraint.
First, as a constraint, |F(ξ)|, which is the original MTF, is set to "0" when ξ≧1 and ξ≦−1. Here, if |F(ξ)| is obtained in the range of 0≤ξ≤1, the aliasing MTF is |F(1-ξ)|.

この場合、図7に示すように、0≦ξ≦1のξごと、すなわち、F(ξ)およびF(1-ξ)の2つのベクトルをそれぞれ反対方向に回転(位相π分)させたξごとの合成ベクトルvの長さの平均が、ラインMTF平均化手段13で算出される〈|F(ξ)|〉CORRと等しい。なお、この平均は、1回転分の平均であるため、F(ξ)とF(1-ξ)との位相差(-jπξ(式(2)参照))には依存しない。
ここで、|F(ξ)|と|F(1-ξ)|との比r(ξ)を、以下の式(4)で定義する。
In this case, as shown in FIG. 7, ξ is equal to <|F R (ξ)|> CORR calculated by the line MTF averaging means 13 . Since this average is the average for one rotation, it does not depend on the phase difference (-jπξ (see equation (2))) between F(ξ) and F(1−ξ).
Here, the ratio r(ξ) between |F(ξ)| and |F(1−ξ)| is defined by the following equation (4).

Figure 0007190327000004
Figure 0007190327000004

F(ξ)およびF(1-ξ)の位相差を2θとしたとき、合成ベクトルvの長さの総和は、(1+2r(ξ)cos(2θ)+r(ξ)1/2となり、合成ベクトルvの長さの平均となる平均MTF〈|F(ξ)|〉CORRを求めることができる。この関係を以下の式(5)に示す。 When the phase difference between F(ξ) and F(1−ξ) is 2θ, the total length of the composite vector v is (1+2r(ξ) cos(2θ)+r(ξ) 2 ) 1/2 , An average MTF<|F R (ξ)|> CORR , which is the average length of the composite vector v, can be obtained. This relationship is shown in the following equation (5).

Figure 0007190327000005
Figure 0007190327000005

ここで、E()は、以下の式(6)に示す第二種完全楕円積分である。 Here, E( ) is the complete elliptic integral of the second kind shown in the following equation (6).

Figure 0007190327000006
Figure 0007190327000006

r(ξ)と〈|F(ξ)|〉CORR/|F(ξ)|との関係を図8に示す。
このように、ラインMTF平均化手段13で算出された平均MTF〈|F(ξ)|〉CORRと本来のMTFである|F(ξ)|とは、|F(ξ)|とエイリアシングのMTF|F(1-ξ)|との比r(ξ)に応じて変化する。
なお、ξ=0.5の場合、前記式(4)よりr(ξ)=1となり、式(5)により|F(0.5)|は、〈|F(0.5)|〉CORRを4/π(=1.2732)で除算することで求めることができる。
すなわち、ξ=0.5においては、本来のMTF値は、〈|F(0.5)|〉CORRを4/πで除算した値として固定的に求めることができる。しかし、ξ≠0.5においては、式(4)のr(ξ)が未定であるため、本来のMTF値を求めることができない。
そこで、エイリアシング除去手段14は、平均MTF〈|F(ξ)|〉CORRを予め定めた特定の点を通る単調減少の関数に近似するように補正して、MTF特性を求める。
FIG. 8 shows the relationship between r(ξ) and <|F R (ξ)|> CORR /|F(ξ)|.
Thus, the average MTF 〈|F R (ξ)|〉 CORR calculated by the line MTF averaging means 13 and the original MTF |F(ξ)| It changes according to the ratio r(ξ) to MTF|F(1−ξ)|.
In the case of ξ=0.5, r(ξ)=1 from the above equation (4), and | F (0.5)| It can be obtained by dividing CORR by 4/π (=1.2732).
That is, at ξ=0.5, the original MTF value can be fixedly obtained as a value obtained by dividing <|F R (0.5)|> CORR by 4/π. However, when ξ≠0.5, the original MTF value cannot be obtained because r(ξ) in Equation (4) is undetermined.
Therefore, the aliasing removing means 14 corrects the average MTF <|F R (ξ)|> CORR so as to approximate a monotonically decreasing function passing through a predetermined specific point, and obtains the MTF characteristic.

ここでは、計算を簡単にするため、平均MTF〈|F(ξ)|〉CORRは、本来のMTF特性を矩形関数のフーリエ変換であるsinc関数をp乗して近似し、ラインMTF平均化手段13で算出された平均MTFを補正する。sinc関数は、sinc(0)=1、sinc(1)=0の特定の点を通る関数である。
ここで、本来のMTF特性である|F(ξ)|をsinc(ξ)(0≦ξ≦1)とする。sinc(ξ)のpは、ξ=0.5(r(0.5)=1)として、前記式(5)を変形した以下の式(7)により求めることができる。なお、ξ=0.5が存在しない場合は、近接する空間周波数に対応する値〈|F(ξ)|〉CORRから、内挿によって、〈|F(0.5)|〉CORRを求めればよい。
Here, for simplicity of calculation, the average MTF 〈|F R (ξ)|〉 CORR approximates the original MTF characteristics by p-th power of the sinc function, which is the Fourier transform of the rectangular function, and the line MTF averaging The average MTF calculated by means 13 is corrected. A sinc function is a function passing through a specific point where sinc(0)=1 and sinc(1)=0.
Here, |F(ξ)|, which is the original MTF characteristic, is assumed to be sinc p (ξ) (0≦ξ≦1). p of sinc p (ξ) can be obtained by the following equation (7), which is a modified equation (5), with ξ=0.5 (r(0.5)=1). If ξ=0.5 does not exist, <|F R (0.5)|> CORR is obtained by interpolation from values <|F R (ξ)|> CORR corresponding to adjacent spatial frequencies. Just ask.

Figure 0007190327000007
Figure 0007190327000007

エイリアシング除去手段14は、式(7)で算出したpを用いて、以下の式(8)により、|F(ξ)|と|F(1-ξ)|との比r(ξ)を、ξごとに算出する。ここで、ξごととは、ROIの1ラインの画素数で予め定めた空間周波数ごとである。 The aliasing removal means 14 uses p calculated by the equation (7) to calculate the ratio r(ξ) between |F(ξ)| and |F(1−ξ)| Calculate for each ξ. Here, every ξ is every spatial frequency predetermined by the number of pixels of one line of the ROI.

Figure 0007190327000008
Figure 0007190327000008

エイリアシング除去手段14は、式(8)で算出したr(ξ)を用いて、前記式(5)を変形した以下の式(9)により、ラインMTF平均化手段13で算出された平均MTF〈|F(ξ)|〉CORRを補正して|F(ξ)|を求める。 The aliasing removing means 14 calculates the average MTF < |F R (ξ)|> CORR is corrected to obtain |F(ξ)|.

Figure 0007190327000009
Figure 0007190327000009

これによって、エイリアシング除去手段14は、0≦ξ≦0.5の範囲で平均MTF〈|F(ξ)|〉CORRのエイリアシング成分を除去して、本来のMTFを推定することができる。
エイリアシング除去手段14は、〈|F(ξ)|〉CORRを補正した|F(ξ)|をMTF出力手段15に出力する。
Thereby, the aliasing removing means 14 can remove the aliasing component of the average MTF<|F R (ξ)|> CORR in the range of 0≦ξ≦0.5 to estimate the original MTF.
The aliasing removing means 14 outputs |F(ξ)| obtained by correcting <|F R (ξ)|> CORR to the MTF outputting means 15 .

MTF出力手段15は、測定結果となるMTFを外部(例えば、表示装置3)に出力するものである。
このMTF出力手段15は、空間周波数ごとのMTF値を出力してもよいし、グラフ化して出力してもよい。
これによって、MTF測定装置1は、図9に示すように、ラインごとの平均のMTFにエイリアシングを含んだMTFaverage+aliasingからエイリアシングを除去して、本来のMTFtrueを測定することができる。
The MTF output means 15 outputs the MTF, which is the measurement result, to the outside (for example, the display device 3).
This MTF output means 15 may output the MTF value for each spatial frequency, or may output it as a graph.
As a result, the MTF measurement apparatus 1 can remove aliasing from MTF average+aliasing , which includes aliasing in the average MTF for each line, and measure the original MTF true , as shown in FIG.

以上説明したようにMTF測定装置1を構成することで、MTF測定装置1は、エッジの傾きを求めずに、MTFを測定することができ、従来のエッジ法よりも計算コストを抑えることができる。
また、MTF測定装置1は、ROIのラインごとにMTF(ラインMTF)を算出して平均化することで、必ずしもエッジが直線である必要がない。
なお、MTF測定装置1は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるためのプログラム(MTF測定プログラム)により動作させることができる。
By configuring the MTF measuring apparatus 1 as described above, the MTF measuring apparatus 1 can measure the MTF without obtaining the slope of the edge, and the calculation cost can be reduced as compared with the conventional edge method. .
In addition, the MTF measuring apparatus 1 calculates and averages the MTF (line MTF) for each line of the ROI, so the edges do not necessarily have to be straight lines.
Note that the MTF measurement apparatus 1 can be operated by a program (MTF measurement program) for causing a computer to function as each means described above.

[MTF測定装置の動作]
次に、図10を参照(構成については適宜図1参照)して、本発明の実施形態に係るMTF測定装置1の動作について説明する。
ここでは、MTF測定装置1は、撮像系2から入力される、チャートCHを撮像したエッジ画像を、エッジ画像記憶手段10に記憶するとともに、表示装置3にエッジ画像を表示する。以下、MTF測定装置1がエッジ画像からMTFを測定する動作について詳細に説明する。
[Operation of MTF measuring device]
Next, the operation of the MTF measurement apparatus 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10 (see also FIG. 1 for the configuration).
Here, the MTF measurement device 1 stores an edge image obtained by imaging the chart CH, which is input from the imaging system 2, in the edge image storage means 10, and displays the edge image on the display device 3. FIG. The operation of the MTF measurement device 1 to measure the MTF from the edge image will be described in detail below.

ステップS1において、ROI設定手段11は、ROIの位置、大きさ等を設定する。例えば、ROI設定手段11は、表示装置3が表示しているエッジ画像内において、測定者が操作するポインティングデバイス(不図示)で矩形形状の領域を指定されることでROIを設定する。 In step S1, the ROI setting means 11 sets the position, size, etc. of the ROI. For example, the ROI setting means 11 sets the ROI by designating a rectangular region in the edge image displayed by the display device 3 with a pointing device (not shown) operated by the measurer.

ステップS2において、ラインMTF算出手段12は、エッジ画像記憶手段10に記憶されているエッジ画像から、ステップS1で設定されたROIで特定される画像(ROI画像)を読み出す。
ステップS3において、ラインMTF算出手段12は、ステップS2で読み出したROI画像を、前フレームまでのROI画像とで加算平均を行う。
ステップS4において、ラインMTF算出手段12は、ROI画像のラインごとに、1ライン分の画像データの濃度変化の微分した値に対して、前記式(1)の離散フーリエ変換を施すことで、ラインMTFを算出する。
In step S2, the line MTF calculation means 12 reads an image (ROI image) specified by the ROI set in step S1 from the edge images stored in the edge image storage means 10. FIG.
In step S3, the line MTF calculation unit 12 averages the ROI image read out in step S2 with the ROI images up to the previous frame.
In step S4, the line MTF calculation means 12 performs the discrete Fourier transform of the above equation (1) on the value obtained by differentiating the density change of the image data for one line for each line of the ROI image. Calculate the MTF.

ステップS5において、ROI画像のすべてのラインについてラインMTFを算出したか否かを判定する。
ここで、まだ、ROI画像のすべてのラインについてラインMTFを算出していない場合(ステップS5でNo)、MTF測定装置1は、ステップS4に戻って、ラインMTF算出手段12において、次のラインを対象としてラインMTFを算出する。
一方、ROI画像のすべてのラインについてラインMTFを算出した場合(ステップS5でYes)、MTF測定装置1は、ステップS6に動作を進める。
In step S5, it is determined whether or not line MTFs have been calculated for all lines of the ROI image.
Here, if the line MTF has not yet been calculated for all the lines of the ROI image (No in step S5), the MTF measurement device 1 returns to step S4, and the line MTF calculation means 12 calculates the next line. A line MTF is calculated as a target.
On the other hand, when line MTFs have been calculated for all lines of the ROI image (Yes in step S5), the MTF measuring device 1 proceeds to step S6.

ステップS6において、ラインMTF平均化手段13は、ROIのライン数分のラインMTFを空間周波数ξ(0≦ξ≦0.5)ごとに平均化して、平均MTF〈|F(ξ)|〉を算出する。
ステップS7において、ラインMTF平均化手段13は、前記式(3)により、平均MTF〈|F(ξ)|〉の減衰成分を補償した〈|F(ξ)|〉CORRを算出する。
In step S6, the line MTF averaging means 13 averages the line MTFs corresponding to the number of lines of the ROI for each spatial frequency ξ (0≦ξ≦0.5) to obtain an average MTF <|F R (ξ)|> Calculate
In step S7, the line MTF averaging means 13 calculates <|F R (ξ)|> CORR in which the attenuation component of the average MTF <|F R (ξ)|> is compensated by the above equation (3).

ステップS8において、エイリアシング除去手段14は、補償後の平均MTF〈|F(ξ)|〉CORRを補正する関数として、特定の点を通り、〈|F(ξ)|〉CORRに近似する予め定めた単調減少関数の形状を特定するパラメータを決定する。ここでは、エイリアシング除去手段14は、前記式(7)により、ξ=1でMTF値が“0”、ξ=0.5で、MTF値が、ラインMTF平均化手段13で求めた〈|F(0.5)|〉CORR/(4/π))となる各点を通る関数(ここでは、sinc(ξ))のパラメータ(ここでは、p)を決定する。なお、ξ=0.5が存在しない場合、エイリアシング除去手段14は、内挿により求めた〈|F(0.5)|〉CORRを用いる。 In step S8, the anti-aliasing means 14 approximates <|F R (ξ)|> CORR as a function of correcting the average MTF after compensation <|F R (ξ)|> CORR through a particular point. A parameter is determined that specifies the shape of a predetermined monotonically decreasing function. Here, the aliasing removal means 14 uses the above equation (7) to obtain the MTF value "0" at ξ=1, and the MTF value obtained by the line MTF averaging means 13 at ξ=0.5 <|F Determine the parameter (here, p) of the function (here, sinc p (ξ)) passing through each point such that R (0.5)|> CORR /(4/π)). If ξ=0.5 does not exist, the aliasing removing means 14 uses <|F R (0.5)|> CORR obtained by interpolation.

ステップS9において、エイリアシング除去手段14は、パラメータpにより特定される関数で、本来のMTFとなる未知の|F(ξ)|と|F(1-ξ)|との比r(ξ)を、前記式(8)により、空間周波数ξ(0≦ξ≦0.5)ごとに算出する。
ステップS10において、エイリアシング除去手段14は、ステップS9で算出した比r(ξ)と、ステップS7で算出した〈|F(ξ)|〉CORRとから、前記式(9)により、空間周波数ξごとのMTF値である|F(ξ)|を算出する。
ステップS11において、MTF出力手段15は、ステップS10で算出された空間周波数ξごとのMTF値を、例えば、グラフ化して、表示装置3に出力する。
In step S9, the aliasing removal means 14 uses a function specified by the parameter p to determine the ratio r(ξ) between unknown |F(ξ)| and |F(1−ξ)| It is calculated for each spatial frequency .xi.(0.ltoreq..xi..ltoreq.0.5) by the above equation (8).
In step S10 , the aliasing removing means 14 calculates the spatial frequency ξ |F(ξ)|, which is the MTF value for each
In step S<b>11 , the MTF output unit 15 graphs the MTF value for each spatial frequency ξ calculated in step S<b>10 and outputs the graph to the display device 3 .

ここで、外部から測定の終了を指示された場合(ステップS12でYes)、MTF測定装置1は、動作を終了する。
一方、測定動作を継続する場合(ステップS12でNo)、MTF測定装置1は、ステップS2に戻る。なお、ROIを再設定する場合は、ステップS1に戻る(不図示)。
Here, when the end of the measurement is instructed from the outside (Yes in step S12), the MTF measurement device 1 ends the operation.
On the other hand, when continuing the measurement operation (No in step S12), the MTF measuring apparatus 1 returns to step S2. In addition, when resetting ROI, it returns to step S1 (not shown).

以上の動作によって、MTF測定装置1は、エッジの傾きを求めずに、ROIのラインごとのMTFから、ROI全体のMTFを測定することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
By the above operation, the MTF measuring apparatus 1 can measure the MTF of the entire ROI from the MTF of each line of the ROI without obtaining the slope of the edge.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

(変形例1)
ここでは、MTF測定装置1は、エイリアシング除去手段14において、前記式(8)の比r(ξ)を逐次算出した。
しかし、この比r(ξ)の算出は、ROIを設定した後、予め定めた時間または回数だけROI画像を加算平均した場合、省略してもよい。
その場合、MTF測定装置1は、エイリアシング除去手段14によって、ROI設定後、予め定めた時間、あるいは、予め定めた回数だけROI画像の加算平均を行った後、図示を省略した記憶部に、空間周波数ξと比r(ξ)とを、1次元ルックアップテーブルとして保持する。そして、エイリアシング除去手段14は、ステップS8において、空間周波数ξごとに、1次元ルックアップテーブルから、比r(ξ)を読み出すこととする。これによって、MTF測定装置1は、演算量を減らすことができる。
(Modification 1)
Here, the MTF measurement device 1 successively calculates the ratio r(ξ) of the above equation (8) in the aliasing removing means 14 .
However, the calculation of this ratio r(ξ) may be omitted when the ROI image is averaged for a predetermined time or number of times after setting the ROI.
In this case, the MTF measurement device 1 performs averaging of the ROI images for a predetermined time or a predetermined number of times after setting the ROI by the aliasing removing means 14, and then stores the space in a storage unit (not shown). Maintain the frequency ξ and the ratio r(ξ) as a one-dimensional lookup table. Then, in step S8, the aliasing removing means 14 reads the ratio r(ξ) from the one-dimensional lookup table for each spatial frequency ξ. Thereby, the MTF measuring device 1 can reduce the amount of calculation.

(変形例2)
ここでは、エイリアシング除去手段14は、ラインMTF平均化手段13で算出されたROIのMTFからエイリアシング成分を除去したMTFを近似する関数として、sinc関数を用いた。
しかし、この関数は、sinc関数に限定されるものではない。
ラインMTF平均化手段13で算出する〈|F(ξ)|〉CORRは、空間周波数ξが“0”に近いほど、エイリアシングの影響は少ない。
(Modification 2)
Here, the aliasing removing means 14 uses a sinc function as a function for approximating the MTF obtained by removing aliasing components from the MTF of the ROI calculated by the line MTF averaging means 13 .
However, this function is not limited to the sinc function.
<|F R (ξ)|> CORR calculated by the line MTF averaging means 13 is less affected by aliasing as the spatial frequency ξ is closer to "0".

そこで、図11に示すように、空間周波数ξを入力してMTF値を出力する関数g(ξ)として、エイリアシングの影響が少ない予め定めた空間周波数、例えば、ξ≦0.3以下では、ラインMTF平均化手段13で算出した〈|F(ξ)|〉CORRをそのまま用いる。そして、g(0.3)=〈|F(0.3)|〉CORRの点P1と、g(0.5)=〈|F(0.5)|〉CORR/(4/π)の点P2と、g(0.7)=0の点P3とを通る単調減少関数で近似する。なお、ξ≦0.3以下でエイリアシングの影響が少ないと仮定した場合、0.7≦ξ≦0で、g(ξ)=0となる。
この関数gは、2次関数、cos関数、スプライン関数等、任意の単調減少関数を用いることができる。
この場合、エイリアシング除去手段14は、図10のステップS8~S10の代わりに、図11に示した特定の点を通る関数を求め、空間周波数ごとにMTF値を算出すればよい。
Therefore, as shown in FIG. 11, the function g(ξ) that inputs the spatial frequency ξ and outputs the MTF value is a predetermined spatial frequency that is less affected by aliasing, for example, ξ≦0.3 or less. <|F R (ξ)|> CORR calculated by the MTF averaging means 13 is used as it is. Then, point P1 of g(0.3)=<|F R (0.3)|> CORR and g(0.5)=<|F R (0.5)|> CORR /(4/π ) and a point P3 at g(0.7)=0. Assuming that the influence of aliasing is small at ξ≦0.3, g(ξ)=0 at 0.7≦ξ≦0.
Any monotonically decreasing function such as a quadratic function, a cos function, a spline function, or the like can be used as the function g.
In this case, instead of steps S8 to S10 in FIG. 10, the aliasing removal means 14 may find a function passing through the specific points shown in FIG. 11 and calculate the MTF value for each spatial frequency.

もちろん、エイリアシング除去手段14は、少なくとも空間周波数ξ=0でg(0)=100となるとともに、エイリアシングの影響が少ない予め定めた空間周波数、例えば、ξ≦0.3以下においては、g(ξ)として、ラインMTF平均化手段13で算出された平均MTFの値をすべてまたは一部を用い、図11で示した点P2および点P3を通る単調減少関数で近似して、補正を行うこととしてもよい。 Of course, the anti-aliasing means 14 has g(ξ ), all or part of the average MTF value calculated by the line MTF averaging means 13 is approximated by a monotonically decreasing function passing through points P2 and P3 shown in FIG. good too.

(変形例3)
ここでは、ROI設定手段11は、エッジが垂直方向に近いエッジ画像(図2(a)参照)や、エッジが水平方向に近いエッジ画像(図2(b)参照)で、ROIを設定することした。
しかし、ROI設定手段11は、垂直方向あるいは水平方向から大きく傾いたエッジ(例えば、傾きが斜め約45°)を含んだエッジ画像において、当該エッジを含んだROIを設定することとしてもよい。
その場合、ラインMTF算出手段12は、従来のエッジ法のように、ROIで特定される画像(ROI画像)からエッジの傾きを求め、以下の参考文献に示すように、エッジ広がり関数のピクセル間隔をエッジの傾き角に応じてスケーリングして、ラインごとのMTFを算出すればよい。これによって、ラインMTF算出手段12は、傾きによるエッジの水平方向(または垂直方向)の幅の違いを吸収して、ほぼ同一条件で、ラインMTFを算出することができる。
<参考文献>
J. K. M. Roland,“A Study of Slanted-Edge MTF Stability and Repeatability,” Proc. SPIE, vol. 9396, p. 93960L, Feb. 2015.
(Modification 3)
Here, the ROI setting means 11 can set the ROI using an edge image whose edges are close to the vertical direction (see FIG. 2(a)) or an edge image whose edges are close to the horizontal direction (see FIG. 2(b)). did.
However, the ROI setting unit 11 may set an ROI including edges in an edge image including edges greatly inclined from the vertical or horizontal direction (for example, the inclination is about 45°).
In that case, the line MTF calculation means 12 obtains the slope of the edge from the image specified by the ROI (ROI image), as in the conventional edge method, and calculates the pixel interval of the edge spread function as shown in the following reference. is scaled according to the inclination angle of the edge to calculate the MTF for each line. As a result, the line MTF calculation means 12 can absorb the difference in width of the edge in the horizontal direction (or vertical direction) due to the inclination and calculate the line MTF under substantially the same conditions.
<References>
JKM Roland,“A Study of Slanted-Edge MTF Stability and Repeatability,” Proc. SPIE, vol. 9396, p. 93960L, Feb. 2015.

1 MTF測定装置
10 エッジ画像記憶手段
11 ROI設定手段
12 ラインMTF算出手段
13 ラインMTF平均化手段
14 エイリアシング除去手段
15 MTF出力手段
2 撮像系
3 表示装置
CH チャート画像
REFERENCE SIGNS LIST 1 MTF measurement device 10 edge image storage means 11 ROI setting means 12 line MTF calculation means 13 line MTF averaging means 14 aliasing removal means 15 MTF output means 2 imaging system 3 display device CH chart image

Claims (6)

撮像系の空間周波数特性を示すMTFを測定するMTF測定装置であって、
前記撮像系によって撮像された、傾きを有するエッジを含んだエッジ画像において、前記エッジを含んだ矩形形状の領域であるROIを設定するROI設定手段と、
前記ROIにおいて、前記エッジを含むラインごとに離散フーリエ変換を行うことで、前記ラインごとのMTFであるラインMTFを算出するラインMTF算出手段と、
前記ラインMTFを予め定めた空間周波数ごとに前記ROIのライン数で平均化して平均MTFを算出するラインMTF平均化手段と、
前記平均MTFからエイリアシング成分を除去する補正を行うエイリアシング除去手段と、
を備えることを特徴とするMTF測定装置。
An MTF measuring device for measuring an MTF indicating spatial frequency characteristics of an imaging system,
ROI setting means for setting an ROI, which is a rectangular area including the edge, in the edge image including the edge having a slope captured by the imaging system;
Line MTF calculation means for calculating a line MTF, which is the MTF for each line, by performing a discrete Fourier transform for each line including the edge in the ROI;
line MTF averaging means for calculating an average MTF by averaging the line MTF by the number of lines of the ROI for each predetermined spatial frequency;
anti-aliasing means for correcting to remove an aliasing component from the average MTF;
An MTF measurement device comprising:
前記エイリアシング除去手段は、空間周波数ξごとの前記平均MTFの値において、空間周波数ξ=0.5におけるMTFの値が前記平均MTFの値を4/πで除算した値となり、かつ、空間周波数ξ=1においてMTFの値が0となる単調減少関数で近似した関数として、前記平均MTFを補正することを特徴とする請求項1に記載のMTF測定装置。 The aliasing removal means is configured such that, in the average MTF value for each spatial frequency ξ, the MTF value at the spatial frequency ξ=0.5 is the average MTF value divided by 4/π, and the spatial frequency ξ 2. The MTF measurement apparatus according to claim 1, wherein the average MTF is corrected as a function approximated by a monotonically decreasing function in which the MTF value is 0 at =1. 前記エイリアシング除去手段は、空間周波数ξにおいて、前記ROIの本来のMTF特性|F(ξ)|を単調減少関数であるsinc(ξ)と仮定し、比r(ξ)=|F(1-ξ)|/|F(ξ)|=(ξ/(1-ξ))に基づいて、前記平均MTFの空間周波数ξごとのMTFの値を、((2/π)(r(ξ)+1)E(4r(ξ)/(r(ξ)+1)))(E()は第二種完全楕円積分)で除算して補正することを特徴とする請求項1に記載のMTF測定装置。 The anti-aliasing means assumes the original MTF characteristic |F(ξ)| ξ)|/|F(ξ)|=(ξ/(1−ξ)) Based on p , the value of the MTF for each spatial frequency ξ of the average MTF is expressed as ((2/π) (r(ξ) +1) E (4r (ξ) / (r (ξ) + 1) 2 )) (E ( ) is a complete elliptic integral of the second kind) for correction. Device. 前記エッジ画像は、前記撮像系によって連続して撮像される画像であって、
前記エイリアシング除去手段は、前記ROIを設定後、予め定めた時間または回数だけ加算平均したROIの画像において、前記比r(ξ)を算出し、空間周波数ξごとに1次元ルックアップテーブルとして保持し、それ以降、前記1次元ルックアップテーブルを参照して比r(ξ)の値を用いて、前記平均MTFの空間周波数ξごとのMTFの値を補正することを特徴とする請求項3に記載のMTF測定装置。
The edge image is an image continuously captured by the imaging system,
After setting the ROI, the aliasing removing means calculates the ratio r(ξ) in the ROI image obtained by adding and averaging a predetermined time or number of times, and holds it as a one-dimensional lookup table for each spatial frequency ξ. , thereafter, referring to the one-dimensional lookup table and using the value of the ratio r(ξ) to correct the MTF value for each spatial frequency ξ of the average MTF. 's MTF measurement device.
前記ラインMTF平均化手段は、空間周波数ξごとに、前記平均MTFに1/sinc(ξ)を乗算することで、前記平均MTFの減衰成分を補償することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のMTF測定装置。 The line MTF averaging means compensates for the attenuation component of the average MTF by multiplying the average MTF by 1/sinc(ξ) for each spatial frequency ξ. 5. The MTF measuring device according to any one of items 4. コンピュータを、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のMTF測定装置として機能させるためのMTF測定プログラム。 An MTF measurement program for causing a computer to function as the MTF measurement device according to any one of claims 1 to 5.
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