DCTau®: Testverfahren für digitale Kameras


Entwickelt von Anders Uschold im Frühjahr 1998 als Version 1.0 ist DCTau® in der aktuellen Version 3.0 eine wissenschaftliche Testumgebung für bilddatenverarbeitende Geräte. Im Bereich der Consumercameras stellt es international derzeit das einzige Verfahren dar, das die Auflösung automatisch, d.h. ohne subjektive Beurteilung eines Testers, und mit einer Korrektur und hohen Stabilität gegenüber bildoptimierenden Funktionen berechnen kann. Die negativen Erfahrungen mit bestehenden fourierbasierten Analysen wie der ISO 12233 „Resolution Measurement“ haben zu Initiativen geführt, die in DCTau® entwickelten Verfahren der Kantenverwaschungsfunktion zu einem internationalen Standard nach DIN und ISO führen. Details dazu erhalten Sie unter Neue Standards für DIN und ISO.


Folgende Messergebnisse und Eigenschaften von DCTau® sind nach dem derzeitigen Stand international exklusiv und werden von anderen Verfahren nicht geleistet oder angeboten:



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Auflösungsmessung an Strukturen mit stufenlos
variabler Feinheit

Auflösungsmessung mit beliebiger Ausrichtung von
0 bis 360 Grad

Automatische Berechnung der Auflösung mit Stabilität
gegen bildmanipulierende Kamerafunktionen

Separate Messungen und Rückführung der
Leistungsfähigkeit von Optik, Sensorik, Belichtung,
Interpolation und Bildaufbereitung

Automatische Streuungs- und Zentrierungsmessung

Bildformat- und bildgrössenunabhängige Bewertung
der Auflösung

Berechnung des Nettoinformationsinhaltes zur
Vergleichbarkeit verschiedener Auflösungsklassen

Berechnung eines Systemwirkungsgrades für die
Bewertung und Optimierung des Gesamtsystems

Prüfung auf verdeckte Schäden und Justagedefekte
für höchste Zuverlässigkeit&xnbsp;im Test- und
Hochleistungsbereich

Berechnung des Systemleistungsindex: Optimaler
Blendenbereich zwischen Objektivoffenblendfehler
und Limitierungen durch Beugung

Messung der Scharfzeichnung an horizontalen und
vertikalen Linien mit beliebigem Kontrast

Kantenanalyse mit grafischer Darstellung von
Artefakten und Kontrastverlusten



Übersicht und kurze Beschreibung der Testfunktionen von DCTau® 3.0


1. Auflösung

Die Auflösungsmessung erfolgt über die sog. Kantenverwaschungsfunktion an Testvorlagen mit variabler Strukturfeinheit. Als Testtafel dienen für digitale Kameras 15 angeordnete Siemenssterne, an denen die Auflösung in Ausrichtungen von 0 bis 360 Grad und mit der Verteilung über dem gesamten Bildfeld ermittelt wird.

Diese Messungen liefern die Auflösung von der Bildmitte bis zum Rand bei unterschiedlichen Brennweiten und Blenden, den Systemleistungsindex und das Nettodateivolumen. Besonders praktisch ist das Nettodateivolumen, das unabhängig von der Pixelzahl des Kamerasensors den maximalen nutzbaren Bildinhalt darlegt.

Der Systemleistungsindex beschreibt die Gesamtinformation der Kamera abhängig von der Objektivblende. Das Maximum des Systemleistungsindex zeigt den optimalen Blendenbereich zwischen Offenblendfehlern und Schärfeverlust durch Beugung.


Testvorlage für die
Auflösungsmessung
:

Systemleistungsindex:






Auflösung von der
Bildmitte zum Rand
bei 3 Brennweiten:

Auflösung von der
Bildmitte zum Rand
bei 6 Blendenstufen:





2. Zentrierung und Schadensprüfung

Beobachtungen der letzten drei Jahre ergeben bei Testkameras eine signifikante Streuung von Qualität, Fertigung und Schadensbildern. Besonders kritisch stellen sich sog. latente Defekte dar. Für eine sichtbare Fehlfunktion und Reklamation zu schwach, können sie die Leistung unbemerkt aber teilweise erheblich absenken. Im redaktionellen Test ist die Veröffentlichung der Ergebnisse eines nicht repräsentativen Gerätes in höchstem Masse bedenklich.

Die differenzierte Analyse der Auflösungs- und Helligkeitsverteilung ermöglicht eine sehr zuverlässige Detektion solcher „Hidden defects“. Damit liefert DCTau® maximale Sicherheit in redaktionellen Tests und stellt ein sinnvolles Werkzeug für die Endkontrolle und Qualitätssicherung dar.



Kritische Streuung der Auflösung von
der Bildmitte zu den 4 Bildecken
bei 2 Blendenstufen:



Kritische Streuung der Randabdunklung
von der Bildmitte zu den 4 Bildecken:





3. Rauschen und Artefakte

Anhand eines kontinuierlichen Graukeils werden stufenlos Rauschen und Artefakte in den drei Farbkanälen und einem auf die menschliche Wahrnehmung abgestimmten Helligkeitskanal gemessen. Dabei wird zusätzlich zwischen dem farbneutralen Helligkeitsrauschen und dem unangenehmeren Farbrauschen unterschieden.



Rauschen auf der 10 Helligkeitsstufen:

Messkurve Rauschen:




4. Opto-elektronische-Übertragungsfunktion, Eingangsdynamik und Ausgangsdynamik

Die Umwandlung des Eingangssignales zum Ausgangssignal erfolgt parallel zur Rauschmessung. Die Untersuchung dieser Funktion, genannt opto electronic conversion function OECF, findet ebenfalls auf allen Farbkanälen und dem mittleren Grau statt. Für den Anwender haben folgende Messwerte die jeweiligen Auswirkungen:

Die Eingangsdynamik entspricht dem Belichtungsumfang des analogen Filmes. Hohe Werte gewährleisten bei Aufnahmen sehr kontrastreicher Motive und Lichtsituationen kein oder nur geringes Ausbrennen von Lichtern und Schatten.

Die Ausgangsdynamik beschreibt den Tonwertreichtum der Bildwiedergabe. Hohe Werte um 250 bis 255 garantieren tiefe Schwärzen und brillante Lichter.

Nichtlinearitäten der OECF zeigen sich meist in einer weichen Wiedergabe der Schatten und manchmal der Lichter.



OECF Messkurve:





5. Scharfzeichnung, Kantenverläufe

Als besondere Funktion berechnet DCTau® die Kantenverläufe an scharfen Übergängen unterschiedlicher Helligkeit. Dabei auftretende Einschränkungen im Bild entstehen oft durch Scharfzeichnung und Kontrastverluste. Die Scharfzeichnung wird in Ihrer Stärke an horizontalen und vertikalen Kanten separat an der hellen und dunklen Seite der Kante ermittelt. Damit lassen sich auch Richtwerte für eine optimierte Qualitätsverbesserung durch asymmetrische Scharfzeichnung finden.


Verteilung der Scharfzeichnung an
horizontalen und vertikalen Kanten
über allen Bildhelligkeiten:



Verlauf einer Hell / Dunkel-Kante
mit Scharfzeichnung an der Hellseite
und Brillanzverlust an der Dunkelseite:





6. Randabdunklung und Helligkeitsverteilung

Randabdunklung ist eine Eigenschaft fotografischer Objektive und verursacht einen Helligkeitsverlust von der Bildmitte zum Rand. Die Prüfung der Randabdunklung kann abhängig von der Brennweite und Objektivblende erfolgen.

Die Gleichmässigkeit der Randabdunklung zu allen vier Bildecken ist für die homogene Ausleuchtung wichtig, Schwankungen sind oft ein Indiz für Zentrierungsfehler des Objektives.

Randabdunklung bei
drei Brennweiten:

Randabdunklung bei
sechs Blendenstufen:





7. Verzeichnung und Komprimierung

Als weitere Eigenschaft fotografischer Objektive wird die tonnen-, kissen-, oder wellenförmige Verzeichnung nach der Methode der TV-Verzeichnung ermittelt.

Die Komprimierungsstufen der Kamera werden mit einer standardisierten Vorlage IT8 getestet und bezüglich ihrer Stärke, Abstufung und Flexibilität bewertet.