相机解析度测试方式.docx
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相机解析度测试方式
数码相机分辨率测试详细介绍
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2008-11-1921:
49:
21
ISO12233分辨率测试标板，这是专门用于测试数码相机的分辨率使用的。
此主题相关图片如下：
f01.jpg
该标板的使用方法比较简单，但是方法不对，结果就完全不同。
一、拍摄距离
需要按照下图的框线位置来取景，将该区域全部容纳在取景器内：
此主题相关图片如下：
f02.jpg
目前许多不能更换镜头的数码相机都是4:
3的比例，而DSLR则多为3：
2的传统135画幅比例；16:
9和1:
1的画幅比较少见。
二、使用中的常见错误
1、拍摄距离不合适
如果测试标板只占画面的一小部分，那么显然分辨率被缩小；
同样，如果只拍摄中间一小部分，那么分辨率被夸大了。
比如拍摄这样一个局部画面，那么该镜头的解像力已经达到或者超过测试标板的极限了。
此主题相关图片如下：
f03.jpg
压缩全图
此主题相关图片如下：
f04.jpg
局部未压缩
2、支撑的三脚架不够稳固
由于标板有许多细节，任何抖动都会得出截然不同的结论。
这里是同一个镜头拍摄，但是使用不同的ISO。
此主题相关图片如下：
f05.jpg
ISO100，f/2.8
此主题相关图片如下：
f06.jpg
ISO400，f/2.8
所以在测试过程中需要反复多拍摄一些，结果出来后，需要经过仔细分析，贸然下结论，只能是吓了自己，误导他人。
测试分辨率简单的说就是量度、计算影像从清晰-->模糊之间的转换点。
受限于光学、材料和其它种种的因素，每一个镜头、每一台数字相机都有其分辨能力的极限。
分辨率测试就是应用科学的方法将这个极限找出来。
首先，我们来看看几个重要的基础理论。
为了可以清楚的计算分辨率的数据，目前使用历史最悠久，也同时是最多人采用的就是MTF=ModulationTransferFunction为基础的测试程序。
MTF主要是引进反差对比的概念来检定镜头分辨率，使用者必须对「空间频率/Spatialfrequency」这个概念进行了解。
所谓空间频率就是1mm的宽度中（或是等宽的其它单位），正弦浓度变化反复有几次的意思（请想象空间频率如同海浪一样的波型变化）。
此主题相关图片如下：
d01.jpg
原本充足的反差可以很容易辨识出两条线来，而当空间频率加大时，也就是线条越紧密时，反差也逐渐缩小，终于反差衰减到全部变成灰色，再也分辨不出黑白条纹来，就表示镜头的分辨率已到极限（如上图所示）。
USAF1951
早期的镜头精细度还没有达到现代的标准时，分辨率测试图可以说相当的简单，甚至使用今日家庭用的打印机设备都可以轻易复制。
最早的标准MTF系列中，首推USAF1951，这是美国空军于1951年开发出来，军用代号为MIL-STD-150A，主要适用于侦照设备的检测，后来沦为民用镜头与显微镜的测试标准。
藉由测试标的设备来拍摄以下MTF测试图，可以得到两种数据：
对比和锐利度，再藉由计算线条密度和MTF之间的关系，我们就可以将数据转换成下图：
此主题相关图片如下：
d02.jpg
右为MTF随着空间线条的增加而减少的情形
水平和垂直的测试范围
由于多数的镜头是圆形，因次测试线条除了可以是直的外测试垂直象限的表现外，也可以测试横向线条来理解水平象限的表现。
所以，透过数据的整理绘制成图之后，我们大致上可以看出以下四种模式：
此主题相关图片如下：
d03.jpg
此主题相关图片如下：
c01.jpg
随着时代的进步ISO12233也必须跟着改变，方能跟上日新月异的器材表现。
最新版分辨率测试图（上图）已经推出，这张名为DigitalCINECameraResolutionChart同样是根植于ISO12233标准而建立。
除了保有原来的测试标准外，也针对未来数字影像器材的发展，扩大展图比例，同时也囊括了更高分辨率的判读元素（针对千万画素以上DSLR），CINE图展达60cmx144cm，售价高达600美元。
PIMA/ISOCameraResolutionChartISO12233/WG18
此主题相关图片如下：
c02.jpg
既然已经有了MTF方式可以判断相机和镜头的分辨率，为什么还要发展不同的分辨率测试方法呢？
这个问题非常好，MTF理论经过千锤百炼，验证无误！
但关键却出在拍摄的样版图上！
由于单纯以线条所组成的MTF测试图，本质上就受制于输出设备的极限，当高达千万画素的DSLR推出时，例如:
NikonD2X或CanonEOS1DsMKII等，其拍摄分辨率就已经超越传统底片的表现（过去定义传统135mm底片约为千画画素）。
换言之，当设备的进步开始超越USAF1951和ISO12233的极限时，该测试其实就已经不存在相对上的意义。
不同年代的分辨率测试图：
此主题相关图片如下：
c03.jpg
左：
NBS1963AMicrocopyTarget/右：
NBS1952ResolutionTarget
因此，MTF发展了几十年，同样的所翻拍的样图也不断的在跟着演进，已符合目前一般拍摄状况时的实际需要。
我们看PIMA/ISOCameraResolutionChartISO12233/WG18就是很好的例子，这个时期的分辨率图已针对模仿实际场景做了调整，不仅线条改以双曲线逼近制作，格式也不再清一色是直线和横线了。
请注意到上面用红色号码标记的五个点，为此图特有用于目测分辨率之性能：
垂直分辨率条（VerticalRes）---可目测镜头对垂直影像的分辨率。
对比指示条（ContrastIndicator）--用于显示在空间频率不同下的对比状况。
对角线分辨率条（DiagonalRes）--45度倾斜的对角线分辨率条。
中央对焦区（CenterFocusingArea）--两种不同频率的同心圆，协助对焦。
水平分辨率条（HorizontalRes）---可目测镜头对水平影像的分辨率。
新版DigitalCINECameraResolutionChart加上了SectorStarTarget可以测试散光效果。
WG18图不仅可以满足直接目测来评估分辨率的效果（部分线条细达0.1mm，几乎等同人发粗细），也同样的可藉由计算机软件的协助，计算出不同位置的SFR值。
此外，它的价格也很合理，原版尺寸20cmx35.6cm，约150～170美元；美国专业的光学类购物网站也可以买得到，例如：
。
SFR美系测量的新标准
Spatialfrequencyresponse（SFR）主要是用于测量随着空间频率的线条增加对单一影像的所造成影响。
简言之SFR就是MFT的精简版。
因为测量MFT需取得昂贵的正弦样版，并且需换算大量的数据。
因此，PIMA开发了这款较低成本的SFR作为替代品。
基本上SFR只需一个双色调的黑白斜线（如下左图所示）即可换算出约略相等于MFT的值的分辨率评鉴图。
此主题相关图片如下：
c04.jpg
相较过去运用肉眼检视测试图表，判断影像好坏的标准，太过于依赖人的主观意识。
但在传统时代，由于各国应用光学技术差距颇大，即使不用太过精细的检测也可以清楚的分别光学设备的良窳。
然而，现今各国之间技术交流频繁，昨日在美国研发出来的新科技，明日就可能在中国大陆、日本或台湾得到相对的应用。
技术的进步和交流拉近了各国甚至是各厂之间光学设备的差距，品质的好坏可以说是以『毫厘』来计算。
在这种情况下，依然仰赖人的主观感觉是不科学（Mr.OH!
并非否定人的价值，少数光学业界的菁英，或者称为师傅级的手工高手，今日依然可以打造计算机设计所不能制作出的精品），在标准化的价值观下，将测试程序和评鉴测试结果计算机化，实为立足业界标准之路。
日本CIPAISO12233标准分辨率测试软件HYRes3.1
以分辨率测试来说，日系和美系的标准同样根植于ISO12233之上。
可是在应用上却有显著的不同，东西方文明本就存在着差异，何者好用耐用，其实也是因人而异的问题。
首先介绍日系的分辨率检测软件HYRes3.1，这套软件是CIPA日本相机工业协会制订的检测标准，协同Olympus公司共同开发，使用上如同日本的产品一样，相当简单且一目了然。
此主题相关图片如下：
e01.jpg
相关HYRes3.1原文说明和下载请参照以下网址http:
//www.cipa.jp/dcs/hyres/hyres_1_j.html
HYRes3.1运作原理依据MTF，而非SFR；程序接口分成切割区（Trim）与测量区（Measure）两大部分，使用时须切割下分辨率尺（如红框），计算机会自动检查尺上的临界点，再经由换算得出分辨率线数。
程序和运作都非常简单，符合日式风范，不过，这种作法也有极限存在，本站推出2005年年鉴第62页-Canon1DsMKII因其分辨率本身已经超过ISO12233的临界点所以无法导出结果。
IMATEST1.2.5美系SFR分辨率测试软件
此主题相关图片如下：
e02.jpg
美系的测试软件Imatest需要付费购买（＄59美元），相对其功能也较为齐全
不同日本分辨率软件『一翻两瞪眼』的快速设计，美系的分辨率计算大多以SFR为基础，相对提供的信息也更为完整复杂。
Imatest是近期以来发表相当不错的数字影像测试软件，涵盖了SFR、色彩、噪声以及兼用于打印机、扫描仪等进行完整测试内容。
系统建立于知名的数学运算平台Matalab，可靠性相当高，制图内容相当有深度，但对于一般网友来说可能稍嫌复杂了些。
这套软件并非提供给大众免费使用，『评估版』允许你有20张的测试环境，之后必须上网注册，售价59美元。
相关网址：
附注：
如果想要了解更多分辨率的表现，也不一定需要购买如此高文件的测试软件。
i3A标准组织也提供了一些sfrmat的测量软件和Matalab解析模块，免费供大众下载使用，同学可以透过教学中心的计算机来达到同样测试分辨率之目的。
这些软件或许不像商业软件般容易上手，但其基本原理都是一样地。
免费分辨率软件下载：
http:
//www.i3a.org/downloads_iso.html
解读SFR测试数据
ImatestSFR测试数据分成三个部份，以两张图表分别显示。
下图中的『Edgeprofile』旨在说明裁切下来之影像方块性质，Imatest会分析图档中Y-Channel（0.3*Red+0.59*Green+0.11*Blue） 成份，从而取得影像原始数据并以黑色实心线表示；另外，Imatest还会主动去除数字相机加诸于影像上锐利化效果，并改以红色虚线表示这个部份，而我们也将在下一讲中详细说明为何需要去除锐利化这个条件！
『Edgeprofile』可以提供判断标准距离内（10-90%risedistance），单位影像高度（PH=perpictureheight）所能容纳的Pixels像素数的能力，而这个值越大表示解像能力越好。
此主题相关图片如下：
e03.jpg
另一张图则是显示MTF/SFR主要数据，这部分与Edgeprofile相同，黑色实线为原始数据；红色虚线则代表移除（或加上）数字相机内建锐利化效果的表现。
Imatest会将原始MTF影像降低50%的明亮度，来计算SFR，这样的做法可以继保留影像细节又不会被测试图上的杂点所干扰，标示为MTF50以兹区别。
Imatest会将计算出来的SFR值转换成LW/PH（linewidthsperpictureheight） 1个LW/PH=2*linepairspermillimeter（lp/mm），供使用者判断影像品质。
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