镜头耀斑光测试2

       在上一篇文章镜头耀斑光测试中,我们讲述了一些关于动态范围DIR与光耀斑的内容,本文继续以一些更为详尽的数据,来了解一些镜头耀斑光测试。我们先以高质量的相机拍摄的图像得到的数据进行说明,然后再配以低质量的相机拍摄到的图像数据进行比对,从而得出一些宝贵的经验。
 
圆形测试图

测试使用的圆形测试图
 
       由IMATST推荐的用于测量DR的测试图是具有(近似)圆形贴片配置的透射式图,即那些不是线性的(如前面内容中所示的木塔图表)。右边所示的两层或三层HDR图有多种版本。由于照相底片图表不是用一致的贴片密度制作的,因此使用这些图表时需要参考文件。对于高质量摄像机我们分析的大多数dr图像,都是来自于单反相机或无镜相机,它们的闪光灯相对较低。而具有强烈耀斑的图像大多数来自劣质相机。我们还没有确定为什么耀斑光会更差;原因可能是由于多元透镜的涂层质量差或透镜筒中的挡板少。以下是高质量相机的结果示例。
 







 
来自消费级(佳能75-300毫米)镜头的JPEG图像结果
 
       这四张图片分别用于48位raw(或从raw派生的tiff)和24位jpeg文件,这些文件是用两种截然不同的镜头在索尼a7rii相机上拍摄的:消费级佳能EF 75-300毫米F/4-5.6镜头(原版)设置为80毫米F/5.6。这个镜头有10组15个元素。非常高质量的佳能TS-E 90mm f/2.8(倾斜/移位)镜头设置为f/5.6。由于这种透镜有5组6个元件,所以它的闪光强度预计低于75-300。请注意,两个最暗的斑点(35和36)的结果不在绘图范围内,因为它们的密度(8.184和8.747,相当于163.7和174.5dB)超出了绘图的160 dB限制。160分贝相当于1亿:1的比率——远远超出了任何在传感器前面有镜头的摄像系统的能力。
 
       如同我们预期的那样,90mmt/s镜头具有明显更好的dr,而jpeg文件具有更多的响应“肩部”(图像较轻部分中减小的斜率区域)。但jpeg图像的动态范围与原始图像相当,这显然是因为gamma编码减少了明亮区域的像素级数量,增加了黑暗区域的像素级数量,使dr超出了线性8位(256级)文件的预期。请注意,在上面四幅图像中的三幅中,低质量的动态范围低于“坡度”的动态范围,而在其余图像中,它们非常接近。我们不建议单独使用基于斜率的dr(因为它通常远远超出snr=0db(信号/噪声=1)的区域,也就是说,它包括了snr差导致噪声完全掩盖图像细节的区域。
 
       低成本“黑匣子”相机与我们最近收到的低成本“黑匣子”相机的图像相比,这两个镜头(中等质量和高质量)的dr之间的差异似乎很小。
 

 
低成本“黑匣子”相机的动态范围结果
 
       低质量(snr=0db,标记为low--)动态范围的测量值为148db。但是斜率的动态范围是66db,远低于基于质量的dr测量(也低于基于斜率的90mmt/s镜头的dr)。请注意,这两个最暗的斑点不会出现在该图上,因为它们的密度(8.184和8.747)超出了该图的160dB限制。(160分贝的范围是1亿到1:比任何传感器或相机的预期都要大——或者换个说法,如果一个光子到达最暗的区域,最亮的区域就会点燃图表或传感器)。为了观察高质量相机拍摄的图像的黑暗部分,显示额外的(x-)或xx亮度以使较暗的区域中的细节可见,将它们与低成本相机中的可比区域进行比较。
 



来自佳能75-300毫米(消费级)X光镜头的原始(TIFF)图像暗区
 
       6元素(5组)90mm镜头的原始图像在第7行(从底部第2个;面片27-32)中显示不同的亮度降低区域,并且在底部行中仍然显示不同的区域,尽管亮度不再降低。在补丁30中可以看到反射(可能来自镜头)。90mm镜头的jpeg图像噪声更大。有些可能是量化噪声,因为jpeg只有256个级别(0-255)。来自15个元素(10组)75-300毫米镜头的图像肯定显示出更多的耀斑迹象。现在,将这些结果与低成本“黑匣子”相机的图像进行比较,特别是对于90毫米T/S镜头(左缩略图)的原始图像。
 
 


 
 低成本“黑匣子”照相机的JPEG图像暗区,X光
 
       底部两行中看不到面片细节(面片27-36)。在每一行中,像素级别不是从左到右递减,而是从上到下递减,在下两行中保持相对恒定,带状(255个级别的结果)清晰可见。这显然是信号灯,不是测试图上的信号。不幸的是这些行的信噪比相当好,因为imatest消除了噪声计算中光照不均匀的影响。(设置可以将其关闭,但我们通常建议将其保持为打开状态,以便在实际照明不均匀的情况下获得更好的效果)。但这个信号是人造的,不是真的。这使我们得出一个不可回避的结论:低成本“黑匣子”相机基于质量的动态范围结果是不正确的,我们需要检测出光斑覆盖图表图像信号的斑块,并将其排除在dr计算之外。
 
       对于具有圆形配置的动态范围测试图(如上面所示的36块dr图)来说并不困难(对于线性图表来说比较困难)。由于面片排列,当光斑控制场景时,面片级别停止降低。在上面的例子中,这在下面两行中是清晰可见的,在这两行中,图像从上到下变得更暗-垂直于补丁序列。当斑块亮度停止下降时,我们可以确信耀斑光占主导地位,也就是说,我们在摄像机动态范围之外。这种情况适用于超出基于坡度的动态范围的面片。
 
       出于这个原因,将基于质量的动态范围测量限制到基于斜率的DR(最大值)是有意义的。在IMATEST 5.2中,“选项II”窗口(从IMATEST主窗口右下角的按钮访问)提供是否将基于质量的动态范围限制为基于坡度的DR的选项。选中此框时,限制将显示在结果显示中。
 
 
 
低成本“黑匣子”相机的动态范围结果,基于质量的动态范围受基于坡度的dr限制
 
       总结:闪光不是我们过去测试过的高质量DSLR/Mirrorless镜头的问题,但它已经成为限制最近用于汽车或安全行业的低成本镜头性能的一个主要因素。我们已经看到了一些例子,说明了耀斑光如何改善传统的动态范围测量,同时降低实际相机的dr。
 
       我们解决此问题的方法是将基于质量的动态范围测量(高质量的SNR≥20dB,低质量的SNR≥0dB的密度范围)限制为基于斜率的DR。这一方法有效,因为对于超出基于斜率的限制的补丁(其中对数像素级与对数曝光的斜率低于最大斜率)对比度太低,图像特征无法清晰可见,或信号主要由耀斑光控制,耀斑光从测试图中清除真实信号,即“信号”是一个伪影,而不是真实的信号。以这种方式限制基于质量的dr可以显著提高测量精度,也许更重要的是,这有助于防止劣质、低质量的透镜被用于对汽车安全或安保至关重要的应用。我们iseetest图像测试卡尝试,可以支持各类图像测试卡的定制,以及摄像头测试分析软件配套的解决方案,详情请联系我们的客服。

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