Чтобы проиллюстрировать эту концепцию, представьте, что два квадрата отображаются на пикселях ПЗС-камеры. Предполагая, что первичное увеличение объектива таково, что один квадрат заполняет один пиксель камеры (рис. 2а), если между заполненными пикселями нет места, он будет выглядеть как один большой красный прямоугольник. Однако, если между пикселями будет обнаружено «белое пространство» или пространство, отчетливо отличающееся от исходного цвета пикселя, камера сможет различить два квадрата (рис. 2b). Таким образом, сочетание красного квадрата и «белого пространства» становится одним параллелепипедом на миллиметр, что соответствует двум отдельным пикселям.

Контрастность

Контрастность — это измерение разделения между светлыми и темными областями изображения. Более конкретно, контраст — это изменение интенсивности или яркости от одной точки к другой. Он влияет на то, насколько эффективно воспроизводятся различия между объектом и оттенками серого фона. Изображение с самым высоким контрастом — это изображение, в котором черный цвет является действительно черным, а белый — действительно белым, без каких-либо промежуточных оттенков серого. По мере уменьшения контраста различие между черным и белым начинает стираться в буквальном смысле, и появляются оттенки серого (рис. 3).

Контрастность часто выражается в процентах (%) и рассчитывается с использованием максимальной интенсивности (I _max ) и минимальной интенсивности (I _min ), как указано в уравнении 1. Он также может быть представлен периодической функцией (например, прямоугольной или синусоидальной) или функцией, которая регулярно и мгновенно переключается между двумя уровнями.

(1) $$ \text{% Contrast} = \left[ \frac{I_{\text{max}} — I_{\text{min}}}{I_{\text{max}} + I_{\text{мин}}} \справа] $$

Передаточная функция модуляции (MTF)

Передаточная функция модуляции, или MTF, представляет собой измерение способности формирующего изображения объектива передавать контраст из плоскости объекта в плоскость изображения при определенном разрешении. Плоскости объекта и изображения — это пространственные области, в которых преобладают объект и изображение. Объектная плоскость находится перед системой формирования изображения, а плоскость изображения находится либо перед системой формирования изображения, либо позади нее, в зависимости от того, является ли изображение реальным или виртуальным. MTF выражается относительно разрешения изображения (лп/мм) и контраста (%), как показано на рис. 4. Как правило, по мере увеличения разрешения контрастность уменьшается до точки отсечки, при которой изображение становится неразрешимым и серым.

Другим компонентом ЧКХ, в дополнение к вышеупомянутым разрешению и контрасту, является дифракционный предел. Дифракционный предел — это физический предел, ограничивающий способность объектива идеально отображать точки или края. Поскольку он ограничен волновой природой света, даже «идеально» спроектированная и изготовленная линза не может достичь характеристик, ограниченных дифракцией. Однако разработчики используют различные методы для уменьшения аберраций и повышения общей точности системы, чтобы максимально приблизиться к идеальному дифракционному пределу системы.

Соответственно, геометрия объектива способствует его способности воспроизводить изображение хорошего качества. Диаметр объектива (D), фокусное расстояние (f) и f/# (уравнение 2) влияют на MTF.

(2) $$ f/ \# = \frac{f}{D} $$

f/# — светосила линзы. По мере увеличения диаметра объектива f/# уменьшается. Объективы с низким f/# собирают больше всего света, что делает их идеальными для приложений с ограничением освещенности. Хотя высокое значение f/# может улучшить качество изображения объектива, слишком большое его увеличение может нанести ущерб, поскольку это может привести к постепенному ухудшению дифракционного предела.

Глубина резкости (DOF)

Глубина резкости или DOF — это способность объектива поддерживать желаемое качество изображения при перемещении просматриваемого объекта в фокусе и вне его. Глубина резкости определяется соответствующими разрешением и контрастом, так как оба они страдают, когда объект находится ближе или дальше от оптимального рабочего расстояния (рис. 5). Глубина резкости также применяется к объектам с глубиной, поскольку линзы с высокой глубиной резкости могут четко отображать весь объект. ГРИП оценивается одним значением, рассчитанным на основе дифракционного предела, что делает его теоретическим приближением. Однако провести достоверное сравнение сложно, потому что многие линзы для формирования изображений не имеют дифракционных ограничений. Например, две линзы могут иметь одинаковое f/# (т. е. одинаковый предел дифракции), но не обязательно иметь одинаковые характеристики или сопоставимую глубину резкости. Таким образом, единственный способ действительно определить глубину резкости — это использовать тестовую цель для ее проверки.

Искажение

Искажение — это тип геометрической аберрации, вызывающий различие в увеличении объекта в разных точках изображения. Поскольку световые лучи несут изображение объекта через систему, различные точки смещаются относительно центра поля или центральной точки изображения. Следовательно, дисторсия — это не аберрация, вызывающая размытие, а аберрация, вызывающая дислокацию. Искажение рассчитывается по:

(3) $$ \text{% Искажение} = \left( \frac{\text{AD} — \text{PD}}{\text{PD}} \right) \times 100 \% $ $

, где AD — фактическое расстояние, а PD — параксиальное или прогнозируемое расстояние.

Искажение, выраженное в процентах, может быть как положительным, так и отрицательным. Положительный процент представляет собой «подушкообразное» искажение, тогда как отрицательный процент представляет собой «бочкообразное» искажение. На рис. 6 показаны бочкообразные и подушкообразные искажения по сравнению с идеальным, идеально квадратным неискаженным изображением.

Хотя дисторсия присутствует почти во всех объективах, ее можно исправить, используя короткие фокусные расстояния. К сожалению, системы с коротким фокусным расстоянием, как правило, страдают от большего количества дифракционных эффектов, чем их аналоги с большим фокусным расстоянием. Коррекция одного компонента качества изображения, несомненно, влияет на другой компонент, и этот факт необходимо всегда учитывать. Важно помнить, что искажение приводит к тому, что информация об объекте оказывается не на месте, но не теряется. Исходное неискаженное изображение может быть восстановлено с помощью программного обеспечения для анализа изображений.

ТИПЫ ТЕСТОВЫХ МИШЕНЕЙ

Существует множество тестовых мишеней, помогающих охарактеризовать разрешение, контрастность, передаточную функцию модуляции (MTF), глубину резкости (DOF) и искажение в системе обработки изображений. Используйте следующее руководство по наиболее популярным мишеням, чтобы максимально упростить выбор правильной мишени для тестирования.

1951 Резолюция ВВС США Цели

Состоит из горизонтальных и вертикальных стержней, объединенных в группы и элементы. Каждая группа состоит из девяти элементов из двенадцати групп. Каждый элемент состоит из трех горизонтальных и трех вертикальных полос, расположенных на равном расстоянии друг от друга внутри группы, и соответствует соответствующему разрешению, основанному на ширине и пространстве полос. Вертикальные полосы используются для расчета разрешения по горизонтали, а горизонтальные полосы — для расчета разрешения по вертикали. Эти цели очень популярны при рассмотрении цели для тестирования разрешения. Посмотреть товар

Типичные области применения

Тестирование разрешения в таких приложениях, как оптическое испытательное оборудование, микроскопы, видеообъективы с большим увеличением, флуоресцентная и конфокальная микроскопия, фотолитография и нанотехнологии

Целевые значения разрешения IEEE

Разработан для характеристики разрешения, которое камера или система отображения могут воспроизвести из исходного изображения. Поскольку разрешение может быть разным по всему полю зрения, как горизонтальное, так и вертикальное разрешение можно измерить в центре мишени, а также в четырех углах. Целевые значения разрешения IEEE также можно использовать для проверки сканирования, линейности, соотношения сторон, затенения и чересстрочной развертки, а также для измерения телевизионных линий. Посмотреть товар

Типичные области применения

Тестирование аналоговых систем обработки изображений

Решения Рончи

Состоит из прямоугольной оптики с постоянной полосой и пробелами, обеспечивающей высокий коэффициент контрастности. Они идеально подходят для требований к визирной сетке и полевой калибровке и часто используются для оценки разрешения, искажения поля и парафокальной стабильности. Решения Рончи не ограничиваются только расчетом разрешения; их можно использовать для дифракционных испытаний. Посмотреть товар

Типичные области применения

Проверка параметров разрешения и контраста, дифракционная проверка

Глубина полевых целей

Непосредственное тестирование глубины резкости в системах обработки изображений без использования вычислений. Мишень должна быть установлена ​​под углом 45° от лицевой стороны объектива, параллельно наблюдаемому объекту; шкала мишени состоит из горизонтальных и вертикальных линий, которые измеряют частоту парами линий на мм (лп/мм). Посмотреть товар

Типичные области применения

Проверка печатных плат, камеры слежения

Оттенки серого EIA

Подходит для тестирования систем оптического и видеоконтроля, состоит из стандартной схемы и имеет две шкалы, одну линейную, а другую логарифмическую, что полезно в зависимости от линейности используемого детектора. Каждая шкала имеет девять ступеней, точно настроенных для точного воспроизведения полутонов. Посмотреть товар

Типичные области применения

Системы оптического и видеоконтроля, оценка уровней контраста в камерах

Изучение целей разрешения ВВС США 1951 года

Цели разрешения ВВС США 1951 года были и в настоящее время являются стандартом при рассмотрении целей, которые проверяют разрешение системы визуализации. Они состоят из горизонтальных и вертикальных полос, организованных в группы и элементы. Каждая группа состоит из шести элементов, а каждый элемент состоит из трех горизонтальных и трех вертикальных полос, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Всего может быть двенадцать групп, причем большее число используется для более высокого разрешения. Например, стандартное разрешение 1951 цель состоит из номеров групп от -2 до 7, тогда как высокое разрешение от -2 до 9; номер элемента тот же. Разрешение основано на ширине полосы и пространстве, где длина полосы равна пятикратной ширине полосы (рис. 7). Одна пара линий (lp) эквивалентна одной черной полосе и одной белой полосе. Вертикальные полосы используются для расчета разрешения по горизонтали, а горизонтальные полосы — для расчета разрешения по вертикали.

Важно помнить, что при вычислении разрешения с целью ВВС США 1951 года является субъективным. \left({4 + \frac{2-1}{6}}\right) = 18 \tfrac{\text{lp}}{\text{mm}} \ конец {выравнивание}

Чтобы преобразовать лп/мм в микроны (мкм), просто возьмите обратную величину разрешения лп/мм и умножьте на 1000.

(6) \begin{align} \text{Resolution} \left [  \large{\unicode[arial]{x03BC}} \text{m} \right] & = \frac{1000 \tfrac{  \large{\unicode[arial]{x03BC}} \text{m}}{\ text{мм}}}{\text{Разрешение} \left[ \tfrac{\text{lp}}{\text{мм}} \right]} \\ & = \frac{1000 \tfrac{  \large{\ unicode[arial]{x03BC}} \text{m}}{\text{мм}}}{18 \tfrac{\text{lp}}{\text{мм}}} = 55,5  \large{\unicode[arial ]{x03BC}} \text{m} \end{align}

Пример 2. Понимание f/#

Чтобы понять взаимосвязь между f/#, глубиной резкости и разрешением, рассмотрим пример с 35-мм объективом Double Gauss Imaging Lens (рис. 8). В этом примере объектив будет интегрирован в систему, для которой требуется разрешение объекта не менее 5 пар линий/мм (200 мкм) при контрасте 20%. Дифракционный предел ξ _c , или частота отсечки, определяется уравнением 7:

(7) $$ \xi_c = \frac{1}{\lambda \cdot \left( f/ \# \right) } $$

, где λ — длина волны системы. Для простоты уравнение 7 предполагает идеальную систему без аберраций. Поскольку ожидается, что эта система будет иметь аберрации, дифракционный предел уменьшается с увеличением f/#. Определение идеального f/# для этой системы приводит к расчету максимально возможной глубины резкости. Сравнивая разрешение с f/#, становится очевидным, что ниже f/3 объектив ограничен аберрациями и не может получить минимально желаемое разрешение. Однако «уменьшение» или закрытие диафрагмы уменьшает аберрации и улучшает глубину резкости. При f/4,2 эффекты дифракции, вызванные оптическими элементами внутри формирующего объектива, становятся более заметными, чем эффекты аберраций; это точка, в которой линза становится дифракционно ограниченной. За пределами f/4.2 закрытие диафрагмы увеличивает глубину резкости, но снижает разрешение. При f/13,5 дифракционный предел определяет степень желаемого разрешения. За пределами f/13,5 разрешение продолжает уменьшаться, а глубина резкости продолжает увеличиваться. В этом конкретном примере f/13,5 является идеальным значением f/# для оптимальной глубины резкости при минимальном разрешении.

Был ли этот контент полезен для вас?

Спасибо за оценку этого контента!

Проверка объективов камер

При работе с линзами качество имеет значение. И все же опыт показывает, что существует множество маргинальных объективов, а также широкий выбор образцов вариации — даже в более дорогие линии. В результате это рекомендуется тестировать новые объективы при их приобретении. Для меня Основная цель такого тестирования — убедиться, что продукт соответствует ожиданиям, пока еще есть время на возврат. это для возврата или обмена. Также полезно иметь некоторое представление о том, что ожидать от объектива, даже если он исправен.

Поскольку я хочу знать, что у меня есть, я проверяйте каждый новый объектив, как только он поступает. Это эссе обеспечивает подробности моего подхода к тестированию. В краткой форме, вот задействованные шаги.

• Установите тестовую мишень с соответствующий уровень детализации
• Поместите камеру на устойчивую и жесткую виброустойчивый штатив
• Выровняйте камеру так, чтобы пленка/датчик плоскость точно параллельна и центрирована на контрольной мишени
• Убедитесь, что объектив точно сфокусирован на тестовой мишени, будь то вручную, с калиброванной автофокусировкой или Прямая трансляция
• Делайте снимки с различной диафрагмой, используя автоспуск и блокировка зеркала при выключенном IS/VR
• Оценка тестовых изображений при фактическом увеличении в пикселях
• Понимать последствия результатов (системные соображения)

Что тестировать

Многие факторы влияют на производительность объектив, включая разрешение, контрастность, цветопередачу, дисторсию, засветка, виньетирование, сферические и хроматические аберрации, скорость и точность фокусировки (если автофокус) и другие. Чтобы надежно производить количественные измерения для всех этих атрибутов требует ресурсов хорошо оснащенной и укомплектованной оптической лаборатория — далеко за пределами ресурсов, доступных пользователю кто просто хочет знать, приемлем ли только что купленный объектив. До покупку, я просматриваю как можно больше опубликованных тестов, некоторые из которых указаны в ссылках страница.

Однако, как только новый объектив окажется у меня в руках, я хочу знать, как ведет себя мой объектив . Имея ограниченные ресурсы, я могу проверить определенные важные аспекты нового объектива, такие как разрешение, чтобы выяснить, не попался ли мне «лимон» или хороший. Для проведения собственных тестов разрешения я использую коммерческое разрешение тестовый график. Такое тестирование может предоставить данные о разрешении по всему полю зрения и качественной информации о дисторсия и виньетирование (засветка в углах). Другие тестовые объекты с мелкими деталями, такие как газета, бумага валюта или кирпичная стена, могут быть использованы эффективно. Но, тестовые графики разрешения имеют преимущество предоставления воспроизводимых количественных данных.

Тестовые таблицы

Есть несколько тестов с хорошим разрешением графики там. стандартом в наши дни является таблица разрешения ISO 12233. Однако она достигает сотен долларов. Эдмунд Оптикс продает диаграмму, основанную на тестовом шаблоне ВВС США 1951 года, по очень разумная цена, которой будет достаточно для разрешения количественного тестирования и для качественного показа того, как дисторсия объектива и виньетирование влияют на изображение формирование. Полноразмерное изображение графика показано ниже. При клике на картинку откроется большая 3.5 МБ JPEG в масштабе 100%, созданный из исходного преобразованного файла RAW.

Настройка физического теста

Первое требование – вертикальная стена на котором установить тестовую таблицу и комнату, желательно достаточно длинную, чтобы просмотреть всю диаграмму в видоискателе. На графике представлена ​​формула для расчета разрешения в парах линий на миллиметр (лп/мм) учитывается учитывайте фактическое пройденное расстояние, даже если вся таблица не помещается в видоискателе. Точное выравнивание камеры и объектива по тестовой цели критический. Пленка или сенсорная плоскость должны располагаться по центру теста. цель и выровнены как можно ближе к точно параллельно цели насколько это возможно. В противном случае части изображения, особенно края и углы будут казаться размытыми, когда на самом деле объектив способен разрешить эту часть диаграммы. Небольшое зеркало, приклеенное к центр тестовой мишени помогает с выравниванием. Когда отражение линзы видно в зеркало, система выровнена.

Наконец, есть вопрос освещения. При прочих равных лучше соблюдать пост скорость затвора во время тестирования, чтобы свести к минимуму воздействие любого небольшого вибрация, вызванная длинной выдержкой. Непрямая вспышка, желательно с несколькими вспышки с рассеивателями, зонтиками или отраженными вспышками, расположенными вне оси рекомендуется с камеры.

Настройка камеры и объектива

Для спуска затвора рекомендуется блокировка зеркала и задержка автоспуска. совместно с удаленным выпускать. Утяжеление штатива с помощью погремушки помогает свести к минимуму вибрации тоже. Кроме того, если вы специально не хотите проверить эффективность стабилизации изображения на штативе, отключите IS или VR или что-то еще производитель называет свою систему.

В камерах последнего поколения фокусировка по контрасту в реальном времени вид — самый точный метод. По моему опыту, правильно Система фазовой автофокусировки с микронастройкой также будет работать хорошо. я никогда не везло с ручной фокусировкой и увеличенным просмотром в реальном времени.

Проведение теста и интерпретация Результат

Я делаю тестовые изображения в RAW, в результате чего изображения должны быть пропущены через необработанный преобразователь для интерпретации. баланс белого изображения и отрегулируйте экспозицию, если она отключена, прежде чем продолжить. Спор может возникнуть вопрос о том, насколько резкость должна быть сделана. точу по своему нормальный рабочий процесс, потому что я хочу знать производительность объектива, когда я нормально обрабатывает файл. Но это вопрос индивидуального выбора.

Результирующие изображения должны быть увеличены до 100% реальных пикселей и тщательно изучены. для полной оценки мелких деталей в тестовых шаблонах. Урожай центрального тестового блока тестовое изображение из ВВС США 1951 года, показанное выше, показано справа.

Следующим шагом является оценка того, какой тест группа содержит наиболее близко расположенный набор стержней, который разрешается. В показанном примере все три стержня для каждой ориентации могут просто различить для тестовой группы, помеченной (1,2). Эта информация используется в сочетании с указаниями и формулой, напечатанной на тестовой диаграмме, чтобы преобразовать информацию в числовое пар линий на миллиметр.

Для этого объектива и этого теста центральное разрешение получается 58 л/мин. Если следующая тестовая группа (1,3) сможет быть разрешено (хотя это не совсем так), то разрешение будет быть 61 л/мин. Это может показаться низким, и на самом деле объектив, скорее всего, выполнять на более высоком уровне. В данном случае качество объектива ограничивается датчиком и его сглаживающим фильтром. Это будет будут обсуждаться в следующем разделе.

Тестовые шаблоны расположены по всему диаграмму, чтобы можно было собирать данные о краях и углах объектива, так и в центре. Избегайте подсчета групп строк, кажутся четкими, но на самом деле это артефакты с псевдонимом — результат конечного размера расстояния между пикселями датчика. В таких случаях объектив может разрешить больше деталей, чем сенсор. но невозможно определить, насколько больше. Обратите внимание, что этот процесс обязательно включает некоторую степень личного суждения.

Источники ошибок и особенности системы

Следует отметить, что описанное тестирование выше, на самом деле не проверяет объектив изолированно. Тесты такие поскольку это обязательно внутрисистемные тесты, а также показатель качества настройки и выполнения теста. тест включает камеру и ее сенсор, а также объектив — и программное обеспечение для преобразования, если вы снимаете RAW. Для цифровых камер расстояние между фотосайтами датчика является фактором, ограничивающим разрешение при тестировании объектива отличного качества.

Также трудно разделить производительность объектива от ошибок, вызванных настройкой и выполнением теста. Кроме того к любым ошибкам, вызванным неспособностью идеально выровнять камеры, тест также учитывает любые ошибки, внесенные процесс фокусировки, будь то ручная или автофокусировка. Даже камера тряска может быть фактором, если не соблюдать осторожность при блокировке зеркала и устойчивая опорная платформа. По этой причине, если первоначальный тест показывает проблемы с объективом, лучше перепроверить из новой установки, чтобы убедиться, что первый тест дал действительный Результаты. Обратите внимание, что даже если вы используете специальную цель, а не к формальному все же применяются приведенные выше меры предосторожности и предостережения при установке.

Одним из неизбежных недостатков вышеизложенного является то, что испытание проводится на одном расстоянии. Однако объективы не работают одинаково на всех расстояниях до объекта. Поэтому, чтобы быть тщательным, тест объектива должен оценивать объектив при различных предметные расстояния. Делается ли это на самом деле, на усмотрение личности.

Заключительные мысли

Тестирование каждого нового объектива стоит того. Это может спасти вас от застревания с лимоном. Несколько лет назад я купил объектив Canon 85mm f/1.8. Когда я проверил это угол разрешение при f/1. 8 было менее 20 LPPM — качество ужасное как трудно поверить! Излишне говорить, что он вернулся. Немного лет спустя я попробовал еще раз, и второй экземпляр получился превосходным. результаты испытаний, практически эквивалентные моему выдающемуся 100мм Макро f/2.8 в центре и хорошо по углам один раз остановились вниз на пару остановок. Так же пришлось поменять 24-105мм зум-объектив f/4 L IS из-за смещенных внутренних элементов, вызвало размытие одного края, в то время как остальная часть поля была острый.

Дело в том, что простой домашний тест это занимает всего несколько минут и стоит мало или вообще ничего не может спасти от дорогих ошибок.