三恩時ISO14524愛莎TE197同款OECF測試圖卡

攝像機、安防鏡頭、手機鏡頭的動態(tài)范圍測試方法

　　對攝像機動態(tài)范圍的測試方法可能不盡相同，但其測試原理大同小異，這里介紹鏡頭的一種基本測試方法如下：

　　測試攝像機動態(tài)范圍所需的設備及條件

　　測試攝像機動態(tài)范圍所需要的設備如下5點：

　　·透射灰度卡與反射灰度卡；

　　·亮度可調的背光燈箱與亮度可調的照射光源（如TILO臺式燈箱或者臥式多光源燈箱）；

　　·視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器(如LEADER5222/5212）；

　　·測光表或照度計(如美能達LC-200A和世光C500)；

　　·標準內鏡頭等。

　　測試攝像機動態(tài)范圍的條件：需要在暗室內進行。

　　測試攝像機動態(tài)范圍的基本方法與步驟

　　·*步：在暗室中一桌子的同一垂直平面上安裝2套雙階灰度測試卡，其中1套透射灰度卡采用亮度可調的背光光源作為恒定參照，調整背光源亮度，確保自正面中心確認白塊表面的發(fā)散照度為2500Lx；另外1套反射灰度卡采用位于其正面的亮度可調的照射光源，以用于測定動態(tài)范圍的臨界值；

　　·第二步：架設待測攝像機與灰度測試卡中心同水平面高度，并保持與灰度測試卡垂直平面呈90°夾角，同時使攝像機鏡頭視角能涵蓋2套灰度測試卡；

　　·第三步：將攝像機的輸出信號連接到視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器；

　　·第四步：在攝像機加電穩(wěn)定后，開啟擴展動態(tài)范圍功能，將正面的照射光源的亮度調整到2500Lx。顯然，在這種照度下是曝光過度的(出廠的標準照度多為2000Lx)，此時反射灰度卡的白色端條紋可能會出現(xiàn)層次混合，即有2條或更多灰度條表現(xiàn)出相同的白色，而分辨不出亮度的差別；

　　·第五步：再不斷緩慢降低光源亮度，并不斷從波形監(jiān)視器上觀察與記錄反射灰度測試卡波形的頂電平。當頂電平因為光源照度降低而開始相應降低時，記錄此時的照度值(如L1)，這一照度值即為該攝像機動態(tài)范圍的上限。此時的攝像機應當正好可以表現(xiàn)出亮度較大的白色條紋之間的亮度層次區(qū)別；

　　·第六步：然后再不斷繼續(xù)緩慢降低亮度，并不斷從波形監(jiān)視器上觀察與記錄反射灰度測試卡波形的頂電平。當頂電平不再因為光源照度降低而繼續(xù)相應降低時，記錄此時的照度值(如L2)，這一照度值即為該攝像機動態(tài)范圍的下限。此時攝像機拍攝的灰度卡圖像中在亮度暗的2個灰黑色條紋之間的亮度層次區(qū)別應當正好消失而混合成一塊黑色。

　　測試結果計算

　　用上述實際測試方法計算動態(tài)范圍的公式如下：

　　動態(tài)范圍=20logL1/L2(dB)(3)用上述測試方法測得JVC的CCD寬動態(tài)攝像機TK-WD310EC的頂電平變化自2200Lx開始至1.1Lx結束，由式(2)可得

　　動態(tài)范圍=20log2200/1.1=66dB

　　用上述測試方法測得某公司的CCD寬動態(tài)攝像機的頂電平變化自1500Lx開始至5Lx結束的動態(tài)范圍為

　　動態(tài)范圍=20log1500/5=49dB

　　JEITA的動態(tài)范圍測試方法

　　JEITA是日本電子資訊技術產業(yè)協(xié)會的簡稱，其對攝像機動態(tài)范圍的測量方法也是采用灰階測試卡。實際上，是否能夠準確確定動態(tài)范圍，一個重要的限制因素是灰階測試卡是否能夠有效測出動態(tài)范圍的全部取值。比如KodakQ-14或Q13測試卡，相鄰灰階格的刻度差是1/3光圈級數(shù)(f-stop)，zui多只能測量出5.66檔或大約34分貝的動態(tài)范圍。

　　使用JEITA方法測量動態(tài)范圍和動態(tài)范圍擴展比率時，灰階測試卡的gamma值為2.2，總共有十個灰階級別，能夠測出的動態(tài)范圍與Q-14灰階測試卡基本相同。按照這種方法的規(guī)格說明書所述，將兩張灰階測試卡并排放置，二者中間以屏幕相隔。再用兩臺不同的照明光源分別照射屏幕兩側的測試卡，如圖2所示。

　　

圖2JEITA動態(tài)范圍擴展比率測量裝置

　　JEITA方法中規(guī)定，對測試卡較亮的一端不斷增加照明強度或增大光圈，直到剛好可以區(qū)分出zui亮的兩個灰階級別，然后對測試卡較暗的一端不斷減小照明強度直到zui亮的灰階級別(白色)達到50IRE。用前述測試法中的公式(3)即可計算動態(tài)范圍的擴展比率(dB)，即

　　動態(tài)范圍擴展比率(dB)=20log(L3/L4)

　　這種方法雖然算出了動態(tài)范圍擴展值，但它*忽略了成像器捕捉中間色調的能力。JEITA方法并沒有克服兩次曝光CCD傳感器的主要缺陷，因為該方法只關注于對較高和較低色調范圍以內的不同灰階值的區(qū)分。

　　JEITA方法的缺陷是：所有的測試裝置都沒有明確；沒有指明怎樣放置照明設備，使用何種類型的光線，甚至沒有說明如何準確衡量照明強度。這就意味著，實驗裝置和測量條件的變化都會影響zui終的測量結果。值得注意的是，JEITA方法測量的是動態(tài)范圍擴展值，而不是總體的測量范圍，因為該方法并未指明如何確定基準動態(tài)范圍或總體動態(tài)范圍。

　　Pixim的動態(tài)范圍測量方法

　　為了消除上面的缺陷，讓測量實驗具有可重復性，使得在測量過程中可以對所有色調級別同時進行觀察和比較，Pixim使用一套定制的儀器裝置來測量動態(tài)范圍。該套裝置包含一個TILO臺式燈箱，它使用700瓦的白熾燈光對透光步進卡進行背光投射。測量使用的步進式光楔均由SinePatternsLLC公司生產，兩個光楔重疊在一起zui高可測量ND值為0.1到6.1或大約120分貝的密度范圍。

　　要在計算機監(jiān)視器上或在打印文檔中準確顯示很寬的動態(tài)場景顯然并不容易，但是PiximDPS技術卻能很好地捕捉到超寬動態(tài)圖像，同時呈現(xiàn)單調灰階和中間灰階響應。

　　使用兩次曝光方法的CCD攝像機拍攝的同一圖片，請注意，盡管該相機自稱具有很高的動態(tài)范圍，但事實上還是可以從圖片中場景高亮部分的暈光現(xiàn)象和中間色調的串色現(xiàn)象看出其明顯的局限性。另外，就對中間色調的響應來說，該相機的響應過于平乏，與PiximDPS相機單調分明的響應相比，誰優(yōu)誰劣，一看便知。

三恩時ISO14524愛莎TE197同款OECF測試圖卡