Способ определения разрешающей способности фотоаппарата и набор кольцевых мир для его осуществления
Владельцы патента RU 2461854:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения (ОАО "НИИ ОЭП") (RU)
Изобретение относится к способу определения разрешающей способности фотоаппарата и набору кольцевых мир для его осуществления. В способе получают изображения одного ракурса и масштаба с использованием набора кольцевых мир при заполнении каждой мирой всего поля изображения. Выбирают изображения мир с различной шириной темных колец так, что ширина темных колец лежит в интервале, ограниченном, с одной стороны, минимальной шириной колец, еще различимых по всему полю изображения, и, с другой стороны, максимальной шириной колец в изображении миры, уже неразличимых по всему полю изображения. Определяют разрешающую способность для областей выбранных изображений, в которых темные кольца миры различаются по ширине темного кольца миры на изображении. Разрешающую способность фотоаппарата по всему полю изображения получают в результате объединения областей с разной разрешающей способностью в одно изображение. Набор кольцевых мир состоит из 30 кольцевых мир, каждая из которых представляет собой систему концентрических колец на светлом фоне, при этом ширина темного кольца в пределах одной миры неизменна и убывает от каждой предыдущей миры, начиная с первой, к последующей по закону геометрической прогрессии со знаменателем К, лежащим в диапазоне 0,91-0,95. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения разрешающей способности фотоаппарата по всему полю формируемого изображения с помощью набора мир. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
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 (т.е. не сливаются при их визуальном наблюдении). Тип применяемой миры влияет на точность определения разрешающей способности.
Неравномерность разрешающей способности по полю кадра может быть вызвана особенностями используемой в фотоаппарате оптики, а также технологии получения изображения. Пользователю важно знать ее значение по всему полю 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 получить распределение разрешающей способности по всему полю изображения.
Известна кольцевая мира польского стандарта [В.И.Артишевский, В.М.Градобоев. Стандартные миры для определения фотографической разрешающей способности объективов, «ОМП», 1975, №11, с.54-58]. Мира состоит из одиннадцати элементов - концентрических колец; каждый элемент содержит два светлых кольца на темном фоне. Пространственная частота отдельных элементов возрастает в направлении центра миры в соответствии с рядом чисел со знаменателем 1,25, охватывая диапазон пространственных частот с соотношением 10. Мира имеет ряд существенных недостатков: большой шаг дискретности изменения пространственных частот от элемента к элементу (знаменатель прогрессии 1,25); количество колец в элементе - 2. К недостаткам использования данной миры следует отнести то, что с ее помощью не удается получить распределение разрешающей способности по всему полю кадра.
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 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 по всему полю формируемого изображения.
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 области кадра, с помощью таблицы мир не удается получить распределение разрешающей способности по всему полю изображения.
Сущность группы изобретений заключается в следующем.
Задачей изобретения-способа в группе изобретений является определение разрешающей способности фотоаппарата по всему полю формируемого изображения.
Задачей изобретения-набора кольцевых мир в группе изобретений является создание набора мир, позволяющего определить разрешающую способность фотоаппарата по всему полю формируемого изображения.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении заявляемого изобретения-способа, заключается в определении разрешающей способности фотоаппарата по всему полю формируемого изображения.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении заявляемого изобретения-набора мир, заключается в создании набора мир, позволяющего определить разрешающую способность фотоаппарата по всему полю формируемого изображения. Использование изобретения позволит детально исследовать качество изображения и получить максимальный объем информации при сравнении различных образцов фотоаппаратуры.
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 одного ракурса и масштаба с использованием набора кольцевых мир при заполнении каждой мирой всего поля изображения, из полученных изображений выбирают изображения мир с различной шириной темных колец так, что ширина темных колец выбранных изображений лежит в интервале, ограниченном, с одной стороны, минимальной шириной темных колец, еще различимых по всему полю изображения, и, с другой стороны, максимальной шириной темных колец в изображении миры, уже неразличимых по всему полю изображения, для каждого выбранного изображения определяют области изображения, в которых темные кольца миры различаются, формируя таким путем области с разной разрешающей способностью, при этом величину разрешающей способности для области изображения определяют по ширине темного кольца миры выбранного изображения, разрешающую способность фотоаппарата по всему полю изображения получают в результате объединения областей с разной разрешающей способностью в одно изображение.
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 К, при этом К 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.
Причинно-следственная связь между достигаемым техническим результатом и совокупностью существенных признаков изобретения-способа обусловлена введением в перечень операций способа таких действий, как получение изображений кольцевых мир с различной шириной колец при заполнении каждой мирой всего поля изображения, отбор всех изображений, в которых кольца миры различаются полностью или частично по полю изображения, определение на изображениях областей с различимой шириной темного кольца, привязка к величине разрешающей способности через ширину темного кольца миры, далее объединение областей изображений с различной разрешающей способностью в одно изображение. Таким путем можно получить распределение разрешающей способности по всему полю изображения, формируемого фотоаппаратом.
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 с одним ракурсом и масштабом и с заполнением 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 К, при этом К 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 по всему полю изображения. Количество мир, входящее в набор, и выбор знаменателя К позволяет детально исследовать качество изображения, получить распределение разрешающей способности по всему полю изображения с минимальным шагом.
На Фиг.1 представлено распределение разрешающей способности по всему полю изображения, формируемого фотоаппаратом телефона Nokia 5230.
На Фиг.2 представлено изображение первой миры, входящей в заявляемый набор мир, с шириной кольца 2 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, в процессе съемки по возможности 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. После получения изображений каждой миры из набора выбирают изображения мир с различной шириной колец так, что ширина колец лежит в интервале, ограниченном, с одной стороны, минимальной шириной колец, еще различимых по всему полю изображения, и, с другой стороны, максимальной шириной колец в изображении миры, уже неразличимых по всему полю изображения. Для каждого из выбранных изображений определяют области, в которых кольца миры на изображении различимы. Определение этих областей начинают с того изображения миры, на котором ширина темного кольца минимальна. Расположение областей определяется визуально. Границы выбранных областей наносятся на прозрачный транспарант, имеющий размеры, идентичные размеру кадра, при этом границы выбранных кадров изображений поочередно совмещаются с границами транспаранта.
Разрешающую способность фотоаппарата по всему полю изображения получают в результате объединения областей с разной разрешающей способностью в одно изображение. Объединение областей изображений осуществляют путем нанесения на прозрачный транспарант границ областей с разной разрешающей способностью, заполняя все поле прозрачного транспаранта. Разрешающая способность каждой области определяется через ширину темного кольца по известной формуле R=L/(F·dш), где L - расстояние от плоскости объектива фотоаппарата до плоскости миры, F - фокусное расстояние объектива фотоаппарата, dш - ширина темного кольца миры в мм. На Фиг.1 представлено распределение разрешающей способности по всему полю изображения, формируемого фотоаппаратом телефона Nokia 5230 при съемке, осуществлявшейся с расстояния L=1 метр.
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 К, при этом К 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. На Фиг.2 представлено изображение первой миры, входящей в заявляемый набор мир, с шириной темного кольца 2 мм и знаменателем К, равным 0,91. Мира занимает площадь 200*300 мм.
1. Способ определения разрешающей способности фотоаппарата, преимущественно по всему полю изображения, включающий получение фотоаппаратом изображений с использованием набора мир одного ракурса и масштаба, определение разрешающей способности, отличающийся тем, что изображения получают с использованием набора кольцевых мир при заполнении каждой мирой всего поля изображения, из полученных изображений выбирают изображения мир с различной шириной темных колец так, что ширина темных колец выбранных изображений лежит в интервале, ограниченном, с одной стороны, минимальной шириной темных колец, еще различимых по всему полю изображения, и, с другой стороны, максимальной шириной темных колец в изображении миры, уже неразличимых по всему полю изображения, для каждого выбранного изображения определяют области изображения, в которых темные кольца миры различаются, формируя таким путем области с разной разрешающей способностью, при этом величину разрешающей способности для области изображения определяют по ширине темного кольца миры выбранного изображения, разрешающую способность фотоаппарата по всему полю изображения получают в результате объединения областей с разной разрешающей способностью в одно изображение.
2. 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, отличающийся тем, что 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 К, при этом К 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.
