СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФОТОАППАРАТА И НАБОР КОЛЬЦЕВЫХ МИР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING PHOTOGRAPHIC CAMERA RESOLUTION AND SET OF CIRCULAR MARKS FOR REALISING SAID METHOD

Группа изобретений относится к области фотографической техники и может быть использована при проведении испытаний качества изображения фотоаппаратов.
В настоящее время для оценки качества изображения фотографических систем, в частности фотоаппаратов, широко используется разрешающая способность. Этот параметр характеризует способность фотоаппарата давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта.
В качестве меры разрешающей способности обычно используется величина - число разрешенных линий на 1 мм в плоскости изображения. Определение разрешающей способности оптической системы осуществляется при помощи специальных испытательных объектов, называемых мирами. Разрешающая способность фотографической системы, определяется максимальной пространственной частотой штрихов тест-объекта (миры), при которой в фотоизображении эти штрихи еще могут быть различимы. Тип применяемой миры влияет на величину разрешающей способности. В настоящее время приобретают особую актуальность способы автоматизированного определения разрешающей способности, когда не требуется визуального наблюдения штрихов миры оператором и принятия им решения о слиянии штрихов.
Неравномерность разрешающей способности по полю кадра может быть вызвана особенностями используемой в фотоаппарате оптики, а также технологии получения изображения. Пользователю важно знать ее значение в каждой точке формируемого изображения. В известных способах разрешающая способность определяется, как правило, в центре кадра или в нескольких других точках по полю кадра.
Известен способ определения разрешающей способности в центре и в углу кадра [http://www.rwpbb.ru/test/trubak2.html, статья "Труба Кеплера - макроконвертер и фоторужье в одном флаконе"]. В работе при тестировании камеры Casio QV4000 производилась съемка радиальной и кольцевой мир. Фокусировка осуществлялась, когда миры располагались в центре кадра, после чего камера поворачивалась таким образом, чтобы мира оказалась в углу кадра. Способ определяет разрешающую способность для двух областей изображения - в центре и углу кадра, и не позволяет определить значение разрешающей способности в каждой точке изображения.
Известна кольцевая мира [http://www.rwpbb.ru/test/trubak2.html, статья "Труба Кеплера - макроконвертер и фоторужье в одном флаконе"], представляющая собой набор концентрических темных колец на светлом фоне, нарисованных так, что толщина штрихов в пикселях пропорциональна расстоянию от центра миры и составляет 0,1 от радиуса. С помощью этой миры были определены разрешающая способность в сагиттальном и меридиональном направлениях изображения, полученного с помощью фотоаппарата Canon EOS D30 с объективом «Волна». К недостаткам использования данной миры следует отнести то, что с ее помощью не удается получить распределение разрешающей способности в каждой точке изображения.
Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ определения разрешающей способности в пяти областях по полю изображения, формируемого испытуемым фотообъективом на фотопленке с высоким разрешением Kodak T-MAX 100. Способ изложен в [http://www.photoweb.ru/Test_pdml.html, в статье А.Курина «Процедура теста для определения разрешающей способности объектива», основанной на процедуре теста из статьи Yoshihiko Takinami, журнал "Modern Photography"], принят за прототип. Способ предполагает использование пяти тестовых объектов, каждый из которых представляет собой трехшпальную миру ВВС США. Одинаковые тестовые объекты изготавливаются заранее и устанавливаются в центре и четырех углах прямоугольника, заполняющего поле зрения пленки, составляя таблицу из пяти тестовых объектов (набор из пяти мир). После очень точного наведения и фокусировки объектива осуществляется серия снимков таблицы одного ракурса и масштаба. После обработки фотопленки через микроскоп или лупу осуществляется просмотр полученных изображений. В результате просмотра находят наименьшую пару линий в центре, которая четко различима оператором. Повторяют то же для угловых тестовых объектов и выбирают наименьшую пару линий, которая четко различима во всех четырех углах. С учетом коэффициента увеличения объектива определяют точное значение разрешающей способности в центре и на углах изображения, формируемого объективом.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата относится то, что способ, будучи применен к определению разрешающей способности фотоаппарата, не позволяет определить ее в каждой точке формируемого изображения. Кроме того, процесс определения разрешающей способности не автоматизирован и требует привлечения оператора.
Наиболее близким набором мир к заявляемому набору мир в группе изобретений по совокупности признаков является масштабная таблица кольцевых мир для определения разрешающей способности фотоаппарата (разработка В.Горлова), приведенная в статье [http://club.foto.ru/info/articles/article.php?id=86, Ю.Сухаревский «Foveon+Sigma: догоняя сильнейших»]. В таблицу входят 10 мир, представляющих собой систему концентрических темных колец на светлом фоне, при этом ширина колец в пределах одной миры постоянна. Для всех мир, входящих в таблицу, осуществлен перевод ширины кольца (с учетом приведенного масштаба) в численное значение разрешающей способности. Путем визуальной оценки снимка масштабной таблицы кольцевых мир, полученного с помощью камеры Sigma SD-9, были определены значения разрешающей способности фотоаппарата по длинной и короткой сторонам кадра, при этом вертикальная ось снимка таблицы мир соответствовала длинной стороне кадра, а горизонтальная - короткой. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании набора-прототипа (представляющего собой компоновку из 10 кольцевых мир), относится то, что при его использовании сложно осуществить съемку так, чтобы получить информацию о каждой точке кадра, с помощью таблицы мир не удается определить разрешающую способность в каждой точке изображения и осуществить этот процесс автоматически.
Сущность группы изобретений заключается в следующем.
Задачей изобретения-способа в группе изобретений является автоматизированное определение разрешающей способности фотоаппарата в каждой точке (пикселе) формируемого изображения.
Задачей изобретения-набора кольцевых мир в группе изобретений является создание набора мир, позволяющего определить разрешающую способность фотоаппарата автоматизированным способом в каждой точке (пикселе) формируемого изображения.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении заявляемого изобретения-способа, заключается в автоматизированном определении разрешающей способности фотоаппарата в каждой точке (пикселе) формируемого изображения.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении заявляемого изобретения-набора мир, заключается в создании набора мир, позволяющего определить разрешающую способность фотоаппарата автоматизированным способом в каждой точке (пикселе) формируемого изображения. Использование изобретения позволит детально исследовать качество изображения и получить максимальный объем информации при сравнении различных образцов фотоаппаратуры.
из
м
из
м
Указанный технический результат при осуществлении изобретения-способа достигается тем, что в способе определения разрешающей способности фотоаппарата, включающем получение фотоаппаратом изображений набора мир, определение разрешающей способности, в соответствии с заявляемым техническим решением изображения получают в цифровом виде одного ракурса и масштаба с использованием набора кольцевых мир, имеющих реперные кружки, при заполнении каждой мирой всего поля изображения, определяют точное положение центров реперных кружков на каждом из полученных изображений путем определения среднего арифметического координат точек, входящих в реперные кружки, в системе координат, центр которой лежит в точке с координатами 0;0 цифрового изображения, определяют точное положение центров мир как среднее арифметическое координат центров реперных кружков, разрешающую способность определяют в каждой точке изображения по разрешающей способности той миры, минимальная ширина темного кольца которой еще различается в данной точке изображения, используя критерий различимости кольца миры в точке изображения, заключающийся в том, что среднеквадратичное отклонение яркостей точек, лежащих на отрезке, ориентированном вдоль радиус-вектора, соединяющего эту точку с центром миры, в 3 раза превышает среднеквадратичное отклонение яркостей точек, лежащих на отрезке такой же длины, ориентированном перпендикулярно радиус-вектору, при этом длина каждого из отрезков составляет 4 ширины темного кольца на изображении, а центры отрезков совпадают и находятся в данной точке изображения, ширину темного кольца на изображении миры определяют по формуле d=d×A/A, где
из
м
d и d - ширина темного кольца на изображении миры и на мире соответственно;
из
м
из
A и A - расстояния между центрами реперных кружков на изображении миры и на мире соответственно, разрешающую способность миры определяют по ширине темного кольца на изображении миры по формуле R=l/d.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения-набора мир достигается тем, что набор кольцевых мир, состоящий из 10 кольцевых мир, каждая из которых представляет собой систему концентрических темных колец на светлом фоне, при этом ширина темного кольца в пределах одной миры неизменна, в соответствии с заявляемым техническим решением дополнительно содержит 20 кольцевых мир, при этом каждая из мир полностью заполняет площадь прямоугольника с соотношением сторон 2:3, одинаковую для всех мир, ширина темного кольца убывает от каждой предыдущей миры, начиная с первой, к последующей по закону геометрической прогрессии со знаменателем K, при этом K выбирается в диапазоне 0,91-0,95, ширина темного кольца первой миры не менее 2 мм, в центре каждой миры имеется белое пятно диаметром не менее 4 мм, также в структуре каждой миры имеются два реперных кружка диаметром не менее 4 мм любого цвета, кроме оттенков серого, центры которых расположены напротив друг друга на окружности, диаметр которой составляет не более 0,8 от меньшей стороны прямоугольника, площадь которого занимает мира.
Совокупность вышеизложенных признаков изобретения связана причинно-следственной связью с техническим результатом группы-изобретения.
Введение таких операций способа как получение изображений в цифровом виде, определение разрешающей способности по разрешающей способности миры, используя критерий различимости кольца миры в точке (пикселе) изображения, связанный с яркостью точек (пикселей) изображения, позволяет автоматизировать процесс определения разрешающей способности. Получение изображения одного ракурса и масштаба с использованием набора кольцевых мир, имеющих реперные кружки, при заполнении каждой мирой всего поля изображения, позволяет перейти к определению разрешающей способности в каждой точке (пикселе) изображения по разрешающей способности той миры, минимальная ширина темного кольца которой еще различается в данной точке изображения. Эта процедура реализуется с учетом вводимого критерия различимости, определения точного положения центра миры на каждом из полученных изображений путем определения среднего арифметического координат центров реперных кружков, имеющихся в структуре миры, далее определения ширины темного кольца на изображении миры и разрешающей способности миры по ширине кольца на изображении миры. Результатом осуществления всей совокупности признаков способа является автоматизированное определение разрешающей способности фотоаппарата в каждой точке (пикселе) формируемого изображения.
Причинно-следственная связь между достигаемым техническим результатом и совокупностью существенных признаков изобретения-набора мир обусловлена введением в изобретение следующих отличительных признаков. В набор, состоящий из 10 кольцевых мир, дополнительно включают еще 20 кольцевых мир, таким образом формируя набор из 30 мир. Каждая кольцевая мира в наборе полностью заполняет площадь прямоугольника с соотношением сторон 2:3, одинаковую для всех мир, при этом ширина темного кольца в пределах одной миры неизменна. Это позволяет легко осуществлять съемку каждой миры одного ракурса и масштаба с заполнением каждой мирой всего поля изображения. Миры изготовлены так, что ширина темного кольца убывает от каждой предыдущей миры, начиная с первой, к последующей по закону геометрической прогрессии со знаменателем K, при этом K выбирается в диапазоне 0,91-0,95, ширина темного кольца первой миры не менее 2 мм, в центре каждой миры имеется белое пятно диаметром не менее 4 мм. Такое построение мир позволяет при их съемке наиболее полно и информативно использовать всю площадь изображения, а учитывая связь разрешающей способности каждой миры с шириной темного кольца получить точную информацию о качестве изображения, формируя данные о разрешающей способности в каждой точке изображения. Наличие в структуре каждой миры реперных кружков позволяет определить точное положение центра миры и далее перейти к точному положению точек изображения относительно центра миры. Количество мир, входящее в набор, и выбор знаменателя K позволяет детально исследовать качество изображения, получить значение разрешающей способности в каждой точке изображения с минимальным шагом при полной автоматизации процесса.
На Фиг.1 представлено изображение первой миры, входящей в заявляемый набор мир, с шириной темного кольца 2 мм и расстоянием между центрами реперных кружков, равным 160 мм, мира занимает площадь прямоугольника со сторонами 200×300 мм.
Способ реализуется в следующей последовательности операций. Для определения разрешающей способности фотоаппарата используется набор мир, предназначенный для осуществления способа. Миры размещают на плоской виброзащищенной поверхности. Фотоаппарат устанавливают на штатив и по возможности при съемке используют дистанционное управление. Освещение мир должно быть равномерным. Миры снимают в одном ракурсе и масштабе таким образом, чтобы каждая мира полностью заполняла поле кадра фотоаппарата. В общем случае окончательные изображения получают в цифровом виде.
из
м
из
м
Обработка изображения осуществляется программным путем. В процессе реализации способа определяют положение центров реперных кружков на изображениях. Учитывая то, что реперные кружки в наборе мир, предназначенном для реализации способа, представляют собой кружки определенного диаметра, путем вычисления среднего арифметического координат всех точек (пикселей), входящих в эти кружки, определяют положение центров реперных кружков на каждом изображении, при этом центр системы координат находится в точке с координатами 0;0. Далее определяют координаты центров мир на каждом из полученных изображений путем определения среднего арифметического координат центров реперных кружков. Определяют ширину темного кольца на изображении миры по формуле d=d×A/A, где
из
м
d и d - ширина темного кольца на изображении миры и на мире соответственно;
из
м
шм
A и A - расстояния между центрами реперных кружков на изображении миры и на мире соответственно. Разрешающую способность определяют в каждой точке изображения по разрешающей способности той миры, минимальная ширина темного кольца которой еще различается в данной точке изображения. Нами введен следующий критерий различимости кольца миры в точке изображения. Для подсчета критерия определяют среднеквадратичное отклонение (СКО) яркостей точек отрезка изображения, ориентированного вдоль радиус-вектора, соединяющего эту точку с центром изображения миры. Длина отрезка равна 4 ширинам темного кольца. Определяют среднеквадратичное отклонение (СКО) яркостей точек равного по длине отрезка, ориентированного в перпендикулярном направлении. При этом центры отрезков совпадают и находятся в данной точке изображения. Темное кольцо считают различимым в данной точке, если СКО яркостей точек отрезка изображения, ориентированного вдоль радиус вектора, превышает СКО яркостей точек отрезка изображения, ориентированного в перпендикулярном направлении, в 3 раза. Такое соотношение двух значений СКО позволяет гарантированно судить о различимости кольца миры в данной точке. Разрешающую способность миры, значение которой определяет разрешающую способность фотоаппарата, находят по ширине темного кольца миры по формуле R=l/d.
Таким путем рассчитывается разрешающая способность фотоаппарата в каждой точке, способ полностью автоматизирован.
Для изготовления набора мир, предназначенного для реализации способа, была составлена программа для расчета параметров мир, генерирующая необходимое количество мир. Все миры в наборе удовлетворяли следующим требованиям. Каждая мира представляла собой систему концентрических темных колец на светлом фоне. В пределах одной миры ширина темных колец была неизменна, расстояние между границами соседних колец равнялось ширине кольца. Каждая мира полностью заполняла собой площадь прямоугольника с соотношением сторон 2:3, при этом для всех мир ширина и длина прямоугольников были одинаковыми. Ширина темного кольца убывала от каждой предыдущей миры, начиная с первой, к последующей по закону геометрической прогрессии со знаменателем K, при этом K выбирается в диапазоне 0,91-0,95. Для получения более точного результата, с меньшим шагом изменения разрешающей способности на мире следует выбирать максимальное значение знаменателя К. Ширина темного кольца на первой мире с минимальной разрешающей способностью была не менее 2 мм. В центре каждой миры присутствовало белое пятно диаметром не менее 4 мм.
В структуре миры имелось два реперных кружка, центры которых расположены напротив друг друга на окружности, диаметр которой составлял не более 0,8 от меньшей стороны прямоугольника, площадь которого занимает мира. Реперные кружки представляли собой кружки диаметром не менее 4 мм любого цвета. На изображениях, где кольца миры различимы не по всему полю кадра, реперные кружки могут слиться с неразличимой частью миры, поэтому не следует использовать оттенки серого в качестве цвета реперных кружков. На Фиг.1 представлено изображение первой миры, входящей в заявляемый набор мир, с шириной темного кольца 2 мм и знаменателем K, равным 0,91. Диаметр белого пятна в центре миры равен 4 мм. Диаметр реперных кружков 8 мм, расстояние между центрами реперных кружков равно 160 мм, их цвет - Magenta (розовый). Мира занимает площадь 200×300 мм.