好像很多人很多地方,不管什么样的清晰度测试都通通叫MTF,比如用线对的方式测的对比度也叫MTF,SFR 也叫MTF, 其实如果将MTF作为一个统称概念不是不行,但容易造成很多人混淆,概念模糊,尤其对于没有光学背景的camera攻城狮来讲,不搞清楚各种方法的概念而统一定性为MTF来进行camera的相关验证和标准的话,恐怕会有不少问题。
下面内容主要是为大家梳理下各种 “MTF” 的概念和常用测试方法的优缺点:
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首先,直接先看看真正的MTF(Module Transfer Function)在光学上的定义: 光学传递函数(OTF)的模也即绝对值称之为调制传递函数(MTF);// OTF的相位称之为相位传递函数PTF
因此,理论上要去计算OTF先,才能得到MTF。
OTF怎么计算?这个会涉及到傅里叶光学上的知识, 是利用点扩散函数(PSF)或线扩散函数(LSF)的傅里叶变换来推导出OTF,包括光学设计软件CODEV 或 Zemax 也是利用软件追迹光线得到PSF再进行Fourier变换将空间域转换为频率域从而得到MTF。
示意图如下:
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以上是真正的MTF, 大家就想问,要测MTF,先得测OTF,要测OTF又得先得到PSF或者LSF, 这咋整?
著名Trioptics 设备有用过的或者大家知道的话就明白,是可以测试的,对于纯lens来讲,可以通过标定的十字线经过lens后再由若干个CCD来进行十字线的采集,这个其实相当于就是在模拟线扩散函数LSF了,因此trioptics测试来的MTF就最直接反应真正的光学上的MTF。
那么对于camera整体来讲,不可能还用Trioptics这样的设备,只能基于图像来测试,目前基于图像的“ MTF ”测试最常见的就是 “ 线对对比度方法”,西门子星图方法siemens star 和 SFR 空间频率响应方法, 知道每种方法大致原理的很快就能理解哪种方法最接近 MTF 的理论定义方法, 没错,这就是SFR。
但现在有必要提醒大家,SFR方法也需要看采用的SFR算法的计算流程,chart设计等, 不是随随便便用个“SFR” 就是一样的东西,还是蛮有讲究的。 比如现在很多人直接用网上开源的mat3 或 mat2 版本的算法直接计算来用于测试,这其实有些问题的, 用于手机照片(经过ISP处理的)的大致画质分析还基本上够用吧,但是不能用于指定量化的标准,也不是直接适合模组级别raw data的测试,因公开版算法上有待解决一些问题,这个就不方便讨论了,可以理解成真正的好的东西没谁愿意大公无私公开的,这个不像google开放什么系统代码。呵呵呵
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回头再来聊聊 “ MTF ”常见的几种图像测试方法:
- 大家是不是对下面这两个PPT贴图很熟悉?? 估计是不少公司的培训资料什么的吧 !! 这图我们在十多年前还在做很低端很低端的camera时候用的,当时camera到百万就是高端了,因为当时camera刚起步,技术还比较low,所以也是用的比较low的方法。 因为此方法简单测试速度快,当然camera当时要求没那么高。
大家最为熟悉的ISO12233老板chart,就是看多少多少线的那个chart可以说就是基于此种方式(当然老板里面也有两个slant edge,当然不够用啊)
严格来讲,这种方法叫做 “ 对比度传递函数CTF ”更为准确,不应该叫做MTF。因为它实际上是计算的对比度,和上述的MTF理论方法是不是差别十万八千里呢。
此种方法有点就是简单,算法简单计算快,生产线用着方便!!!
但缺点就是, 只能测试某单一频率下的对比度, 对测试环境要求非常高,比如光源亮度的变化,曝光的变化对结果有较大的影响,数据精度稳定性保证上要注意。
所以这种方法建议大家在低端上用,比如一般我是在5M以下的那种低端camera上采用这种相对简单的方法。因为要求没那么高嘛!
之所以ISO12233将方法由下左改为下右,就是因为SFR更接近光学上的MTF,老版chart已经使用20年了,20年前的camera技术什么样能跟上时代么,当然不能!
老板chart 大部分人相信平时还是靠眼睛来看线对吧, 不只是眼睛误差的问题,更多还包括测试条件的影响,比如不仔细对齐FOV这样对数不靠谱啊, 所以用作简单的主观分析可以,就像我在水果时候,这个算作主观测试,而不能用作客观量化测试,因为量化数据必须精确,这个老版很难做到,而且线对数在不同位置,这也是一大问题,很好理解老版的chart所谓的center并非center,而camera不同视场的分辨能力本就不同,所以老方法不能针对某一具体视场做出量化测试,而且测试的位置或者说ROI相当于就只有中间和四周,已经远远不能满足现金上千万像素camera的测试需求了,所以连ISO都改了,一般ISO这种组织都是慢几年的节奏。
2. 简单说说西门子星图,这种方法虽能通过放射状不同频率的线条来模拟得到MTF vs frequency, 但是呢,缺点也很明显,每个宫格占用较大区域的ROI,也就是说测试的是某一大片区域的清晰度情况,对定点测试能力不足; 还有个缺点就是,没有方向性。 大家可否知道,比如图像的水平方向和垂直方向的清晰度不一样,因为lens在设计时MTF就有tangential和saggital之分,光学镜头的像散问题造成不同方向上的清晰度不一致,此星图方法不能很好反映此种问题。
所以此种方法和老版ISO12233一样,只适合粗略的画质清晰度分析,而不适合用作量化方法用来制定相机标准。
3. SFR (空间频率相应)
这是我们推荐的方法,如果是制定管控的camera量化标准,我们强调一定要在rawimage上,因为ISP对其有很大的影响, ISP其实只是提升锐度而非清晰度。管控好camera raw,就不会存在问题,因为一致性问题来自于硬件而非算法(只要没bug)。
SFR 大致原理如下:
– 每行对边界数据进行求导累积组合成一个单一的数据,这个数据就是模拟的线扩散函数
– 对结合的线扩散函数数据进行傅里叶变换,取实部,即为SFR。
从以上的各个方法的概述来看,最能模拟光学上MTF的方法就是SFR。 希望大家从概念知道彼此区别, 此MTF非彼MTF。