GB T 19894-2005 数码照相机 光电转换函数(OECFs)的测量方法.pdf
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1、ICS 37.040.10 N 46 国中华人民.:H工-、和国国家标准GB/T 19894-2005/ISO 14524: 1999 数码照相机光电转换函数(OECFs)的测量方法Digital still-picture cameras-Methods for measuring opto-electronic conversion functionsC OECFs) CISO 14524:l999 ,IDT) 2005-09-09发布中华人民共和国国家质量监督检验检班总局中国国家标准化管理委员会2006-04-01实施发布G/T 198942005/ISO 14524 ,1999 目次前
2、三f.,. m 引宵. .N I 悦目22 规范性引用文件3 术语和l定义.4 试验方法5照Ilj.,. 4 6 测试条件.E.4.4 7 输入.8 数据分析-9 约5怪的我述.司.副.7 附录A(规范性附录)ISO照相机。ECF测试标板. . .1 0 附然后资料做附录)IS 7589 );路分布指数的关联性H.13附录C(资料性附录)采用相对的反射系数单佼的照相机OECF报告.15 参考文献4.16GB/T 19894-2005/180 14524 ,1999 前言本标准等同采用ISO14524,1999(摄影数码照相机光电转换函数OECFs)的测量方法以英文版)。本标准等同翻译ISO14
3、524 , 1999(E)。为了便于使用,本标准做了如下编辑性修改za) ,.本国际标准一词改为本标准;b) 用小数点代替作为小数点的逗号,飞c) 删除国际标准的前言;d) 根据我国照相机械行业中现行标准、教科书、技术资料等文件的使用习惯,镜头有效F数不用f表示,因此本标准中用Fe、F来分别代替fe、f。本标准的附录A为规范性附录,附录B、附录C为资料性附录。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国照相机械标准化技术委员会归口。本标准的主要起草单位:杭州照相机械研究所、奥林巳斯(深圳)工业有限公司。本标准的主要起草人2王林、张宁锋、李维刚。皿GB/T 198942005/180 14524
4、 , 1999 51 . E 同本标准建立了测试焦平丽的对数曝光或景物亮度与数码照相机的数字输出电平之间的函数关系的你准测试方法这些事信息被fflf开发和l测试数网相机,也被用于其他数码照相机的测篮标准,对数字影像数据首的处现很有帮助。光J!转换届国数(OECF)测最标液的确立有以下几个原因:a) 制定好的测盘方法用于测定视频照相机的特性曲线,这盟的特性曲线是指伽马校正曲线,对子化锐击摄影,这段的特恢幽线被称为H&.D或者DlogH阶线。然问,主主些1n点并不能被简单地和明确地J:ilffl予数码照相机的特性。bl 数字系统中的采祥和最化是需要通过一个标准的方式来处凛的慕本问题。e) 数字系统
5、的灵活性使定义和农述照相机光学输入和数字输出电平之间的函数关系变得复杂。本你准努力JI.明所有的变盛并保iE约5良的一直在1性。数网相机的OECF看起来可能和用于摄影和电视的特性曲线相似,但并非完余相同。特性曲线表明一个物理蠢的输入(如对数曝光盘或反射量)与物理输出(如密度或电ff)之间的关系。而OECF表明了类似物主理俗号输入均由输入寻|泌的草草地主物理响应的数字代网之l阔的关系。凶为这种赋傲是任意的,数假本身没有物烦意义和11院佼。例如,数古建变化倍,则对庶的物颜向成可能增加倍,就个数最级的变化,或其他的变化.这取决于编韵值是如何赋僚的。在数码锻盖在1茧的中,通常没有必婆知道数制相机的物理
6、响应,Jl姿知道一个变化的输入产生多少数码值就已纷足够了所以本你撤并没有规定如何测燎数码栩机的藏实称做幽线。确切的i判.规了如何测最数码栩机的输入和产生的数码债之间的关系。这块数f直仅仅由于它们代表俄息而有了绝对的意义。在本标准中详细说明的阁形报告格式支持这样的观点,即允许将要报告的OECF用数码值或签!坐你上的单位来淡然。这是吉恩吃苦的惯例,本标准的俊F刊者应该愈识到一个数码中日机统一个沓的数字影像系统的真实的物烦响应可能怨然傲的。对数的,就毅然他Jl:;5吃,觉论足光电转换函数OECF还是数字代码僚,在出具的报告中以纵轴表示。W GB/T 19894-2005/1S0 14524 ,199
7、9 数码照相机光电转换函数(OECFs)的测量方法1 范围本标准详细说明了输出数字编码图像文件的电子静态图片相机的光电转换函数OECFs)的测量方法。OECF被定义为焦平面对数曝光或景物的对数亮度和一个光电数字影像拍摄系统的数字输出信号值之间的关系。本标准适用于黑白和彩色数码照相机。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。ISO 5-1 ,1 984摄影密度测量第1
8、部份:术语、符号和标志SO 5-2 ,1 991 摄影密度测量第2部份g透射密度的几何条件SO 5-3,1995摄影密度测量第3部份z光谱条件SO 5-4,1995摄影密度测量第4部份2反射密度的几何条件SO 516,1999摄影照相机快门时间的测定SO 554,1976调节和/或测试用标准大气规定SO 7589,1984摄影测量感光度用光源目光灯和自炽灯鸽丝的规范3 术语和定义3. 1 下列术语和定义适用于本标准。照相机光电转换函数camera opto-el配tronicconversion function 照相机OECFcamera OECF 输入景物亮度的对数(单位为19cd/m2
9、)和光电数字影像拍摄系统的数字输出信号值之间的关系。3.2 3.3 3. 4 见光电转换函数(3.11)和焦平面光电转换函敛(3.5)。数字编码digital code value 数字输出电平digital output level 在一个数字系统中被分配用来描述输出电平或输出电平范围值的数值。电子机械快门electromechanical shutter 由电路控制的机械快门。数码照相机digital still-picture camera 使用影像传感器并产生可再现静态影像的数字编码的照相机。GB/T 19894 2005/150 14524 , 1999 3. 5 焦平部光电转换函数
10、focal plane opto-el四tronicconversion function rI! OECF focal plane OECF 对于个光电数字影像拍摄系统,输入焦平面曝光量的对数(单位为19lx.sl和数字输出值之间的关系。3.6 3. 7 3.8 3.9 见光电转换函数(3.11)和照相机光电转换函擞(3.1)。增益函数incremental gain function 输ili:!教(数字编码)的P黯化根除以输入f商号(残废ftJZ曝光)的饺化感作为输入般的一个的数。tE 1.对于增益的确定.不使用对数输入值。f主2.如果输入曝光点归l隔非常的小,成输出噪声小于燎化问隔,则
11、增前丽数可能会具有燃齿骂.这种特性是一种最化敛宜,G:i!通过使用俞i茸的平滑主运算I!则或者通过对数据进行曲线拟含章消除它。有些时候篱要对输入输出数据进行曲线拟告,然厉通过求拟合曲线方稳的次导数来测定增益函数。增最输出信号ncremental output signal 输入1育与安(汗可以对费生的蓝卫戈曦光鳞)相对成的系统t曾主在1日浆。见增益函数(3.6)。照度标度曝光序列lluminance scale exposure series F目栩rJ的曝光时间和1;在闷的热乎在i!J.l!:r忽线的曦光序列。见时间标度曝光序列(3.15)。最大曝光最极限maximum exposure l
12、imit 产生与放火叫测曝光燎(甘正称为饱和成矮化LP民的效字辑指向栩肢的盖在小曝光敛。见最小曝光锺极限(3.10)。3. 10 3. 11 最小曝光量极限minirnum exposure limit 低于饱和的Jl所产生的增簸输出债主苦的帽度与输iliP荣声中自恕的最大曝光毅。见增量输出信号(3.7)、最大曝光最极限(3.9)和输出噪声(3.13)。光电转换函盘宜。pto-electronicconversion function OECF 光电数字影像拍摄系统的信号输入值的对数与对应的数字输出值之间的关系。议。如果输入曦光点在一个很好的范闲之内而且输tll的睐声和最化B:阳l相ltt分小
13、,则OECF可能合具有阶梯特蚀,这种放应应该i醒过使附近似干?陪浴算法则或高通过1才敢掘进行曲线拟合班消除它。3. 12 3.13 3. 14 2 光咆盘虫学影像t自t矗系统。pto快electroncdigital image capture system 1e焦平的i上的曝光盘或按景物亮度的穷间分布转换为数字信息的系统。输出噪声output nose 的输入在数字输出小防l虫草均似的均j很正主伙童音物否需度比例eneluminance ratio 景物的最高亮度值和最低亮度值的比率。GB/T 19a94-2005/ISO 14524: 1999 3. 15 时间标度曝光序列time sca
14、le exposure seri回使用恒定的焦平面照度和不同曝光时间产生的曝光序列。3. 16 自平衡white balance 通过调整彩色通道的增益或通过图像处理,使得具有与景物照明源的相对光谱功率分布相等的辐射补偿为视觉中性。注:另外的重要定义见ISO122320 4 试验方法4. 1 总则本标准叙述了相机OECF和焦平面的OECF测量方法。照相机的OECF包括了照相机镜头和相关的杂散光的影响,而焦平丽的OECF不存在这些影响。这些成像效应随整个景物的亮度比、景物中不同亮度的数量和这些不同亮度的空间分布而变化。这些变化可能十分大,结果可能仅在特殊的场合中才能测定出一个可重复的照相机的OE
15、CF,例如一个测试标板。此标准中描述的照相机的OECF的测量方法考虑到了基于测试标板的不同亮度比测量不同的照相机OECF,但没有考虑到景物亮度不同或其空间排列不同的影响。照相机的OECF测试标板是设计用来模拟由一个具有特定亮度比和平均亮度分布的景物所产生的图像,然而,多数景物和平均有很大的不同。当捆定照相机的OECF时,要牢记的很重要一点是OECF测定结果可能和那些通过照相机拍摄特定景物时的显示存在极大的区别。相机OECF测定方法的确定有下列几个原因a) 一些强制自动曝光控制功能的照相机不适合做焦平面OECF的测定;b) 照相机的OECF测定方法允许通过使用测试标板模拟景物的特征来步测定照相机
16、系统特性;c) 假设使用的测试标板包含了重要区域,焦平面的OECF值可以通过测试标板像大部分中性色调和高亮区域所反映的相机OECF值来评估。焦平面的OECF仅是照相机的特性,和景物无关。注:许多照相机和/或提供的软件可能含有随景物补偿的运算,当进行焦平面OECF测试的时候这些运算通常可以忽略,因为人射在焦平面上的光照是近似均匀的。在不可能或不希望忽略补偿运算时,则进行照相机的OECF测量才是更恰当的。下面描述了两种焦平面光电转换函数测量的方法,尽管两种方法应给出相同的结果。首选的方法(方法A)比备选的方法(方法B)有较高的精度。方法B仅对有固定镜头的照相机应用。焦平面光电转换函数的优点如下:a
17、) 光学影像的形成阶段跟焦平面上影像的输出阶段分开处理,可使影像捕捉的每个阶段能够独立地进行处理。这两个阶段十分不同,影像的形成阶段对景物的依赖性很强;而焦平面图像的输出阶段只依赖于传感器和照相机的电子特性。另方面,图片照相机的响应趋于高度非线性化,如果焦平面光电转换函数是未知的,就会使随后的光学影像形成效应的分析复杂化。如果两个阶段得以独立处理,则照相机系统的分析就容易得多。b) 传统上,对于胶片来说只要测量密度与对数曝光量之间的关系,即特性曲线。这条曲线和焦平面光电转换函数很类似。c) 在景物较暗的面积上影响照相机光电转换函数值的主要因素是照相机的杂散光,所以,这些值主要依赖于景物,而且并
18、没有提供更多的有关一般照相机特性的信息。d) 焦平面光电转换函数覆盖照相机的整个可用范围,且不受测试标板亮度比的限制。上述的光电转换函数的测量方法在4.2到4.4中给出。3 G/T 198942005/18014524,1999 4.2 照相机OECFi!lU.使用ISO照相机OECF测试你板可以测数照栩机费每个光咆数字影像拍摄系统的OECF,这个测定通过使用照相机系统夜受校条件下拍摄测试标板的影像来实现。胶该t主意的是照相机的OECF的自变最是景物亮度的对数,而不是焦平面曝光的对数,不位i于方法A和方法B的测试方法。4. 3 然平阂。ECF测量方法A方法A的做法来,仰梯照相机镜头,j电子影像
19、传感苦苦1l:被放到特定的均匀照明中曝光,照明备如5.1条中规定的光谱特悦,而脱应该由一个小光源在定距离产生.光源和传感器的最大尺寸不太子光源到j传感器距离的二十分之一,而且,不能让任例反射光进入传感糕。4.4 然平i!iOECF的泪u.方法B如果数码照相机不允许仰楝镜头,可以便ffl方法队此方法使用均匀发射的、近似朗的分布的阴标(反射丽或发光体),然后由照相机镜头将它成像在传感器上p如果采用方法B则传感器表面的照度应该按照公式(1)计算(目,参考文献9J)。E, O. 65L,/ Fe 式中zE,传感器运挂面上的阳、度,单位为勒克斯Clx); L,一因非益必腔的算术平均值,原位为炊德jjz:
20、馁平方米(cd!m);Fe十一镜头的有效F数。. ( 1 ) 如果使用方法日,应该测最目标以确定目标近似朗伯分布而且照明均匀,目吃标的照度读数应该在对照相机视场的四个角和中心处读耿,读版时垂直于创你,所有读数和;算术平均值的偏爱在2%以内.tE阴;fjic扣心主司法去是成30角i卖浓4个i卖辈虫,所有i卖费生和挥军水平均值的偏荡在夜2%之内。当f自燎测试标饭时,标板的表面应该蠢1:于照相机的光轴(士50),并且应该扩展到至少超过照相机视场边缘15。目标的光谱辐射特性应符合5.2条的描述。使用方法B时测试ISOOECF应该协明。5 照明5.1 焦iJ!i!iOECF测量方法A。ECF的测燎启立i
21、在徐明所采闸的f益阳光i巫烧锅灯照明。对于OECF测量去使用的照明光源阳光和鸽灯是否合理匹配,ISO7589规定了相应的测景程序。5.2 焦平面OECF测量方法B和照相机的OECFJ!U.日y.J这必测量差方法包指照相饥饿头,所以然f匠OECF洲重营方法日中被级自在前的光谱辐射特性或者照中目机的OECF巾测试标板的照明光獗的$自身才将做,应等网子ISO标准阳光成钩灯光源的领射特性。ISO7589,1984表1和表2的第三列中提供了这些光源的相对光谱功率分布特性,为了111用ISO/SDI光谱分布指数,应该测盘光源、或自标的光谱辐射,在乘以加权光谱敏皮之前,先乘以ISO标准饶头(在ISO7589
22、巾的描述)的栩对光弹穿透射比。见附泳队采用这些当测壤方法、目标(测试标板和照栩机镜头,都应该屏蔽,r当1:1:包括测试霉的楠、天花板和地板在内的外来的照明光源和反射光。目标或你板后隘的墙应该涂黑,现场唯-的照明光源应该是用来照明测试你饭的光源。对于反射式的目标域自到.照明光1li1111;在调将佼擞以使光自辱,赚大韬射方向阴榕城标板的法线方向成450,并成与鼠标或标板上役军吉点的法线方向角度介予50和40ZI词。樵稼的反射式图照明几何条件可以参考ISO12233. 6 测试条件6. 1 盟度和相对混度按ISO554的规定,测试过程中,环境混度应该在23l:士2C,相对很度应该在50%土20%。
23、4 GB/T 19894-2005/ISO 14524: 1999 6.2 自平衡(仅适用于彩色照相机)6.2. 1 固定单一臼平衡设定如果照相机只有一个固定的白平衡设定,无论是在照相机的电路中还是在照相机提供的支持软件中,所有的OECF测定都应该使用该设定,并且那些OECF的自平衡都注明为固定。6.2.2 日光和/或锦灯的自平衡设定无论是在照相机的电路还是支持软件中,如果照相机有日光和/或鸽灯的固定白平衡设定,臼平衡应该设定在这些固定设置的相应一个。则OECF测定时的白平衡应该依据选择标明是日光和/或鸽灯。6.2.3 可调整的臼平衡无论是在照相机的电路还是支持软件中,如果j照相机的自平衡可以
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