Báo cáo Kiểm tra Sức khỏe của Các mô-đun Vision

Hiểu rõ về kiểm tra MTF và SFR trong một bài viết

Trong phòng tối của một phòng thí nghiệm kiểm tra, camera của một chiếc smartphone hướng về một bảng thử nghiệm có cạnh nghiêng được chiếu sáng cẩn thận. Một kỹ sư nhấn nút phân tích, và một đường cong mượt mà lập tức xuất hiện trên màn hình—từ cao xuống thấp—dự đoán chính xác mức độ rõ nét mà camera này sẽ ghi lại thế giới.

Khi đánh giá một máy ảnh, ống kính hoặc thậm chí cả hệ thống hình ảnh, độ sắc nét thường là yêu cầu trực quan nhất. Nhưng làm thế nào để chuyển đổi nhận thức thị giác chủ quan này thành Dữ liệu khách quan, có thể lặp lại và khoa học.?

Đây chính xác là vai trò của Hàm truyền tải điều chế (MTF) và Phản ứng tần số không gian (SFR). Họ là ngôn ngữ phổ quát của quang học và hình ảnh, và tiêu chuẩn vàng Để đánh giá định lượng độ sắc nét và khả năng tái tạo chi tiết của hình ảnh trong các mô-đun thị giác.

---

01 Khái niệm cơ bản: Từ mờ nhạt đến định lượng

MTF là gì?

Nói một cách đơn giản, MTF đo lường “độ chính xác” của một hệ thống hình ảnh.. Nó mô tả khả năng tái tạo độ tương phản của các mẫu đường nét đen trắng ở các mức độ tinh tế khác nhau (tần số không gian) của hệ thống.

Công thức điều chế cơ bản là:

M = (Imax − Imin) / (Imax + Imin)

Giá trị MTF được định nghĩa là tỷ lệ giữa độ điều chế hình ảnh và độ điều chế của đối tượng gốc.
Giá trị MTF lý tưởng là 1 đại diện cho sự tái tạo hoàn hảo.

Trong quá trình thử nghiệm, tần số không gian được đo bằng Số cặp đường trên mỗi milimet (lp/mm) và có thể được hiểu là độ mịn Chi tiết hình ảnh. Tần số không gian cao hơn tương ứng với các đường nét dày đặc hơn và chi tiết tinh tế hơn.

Một quy tắc chung áp dụng: Khi tần số không gian tăng, MTF thường giảm., vì khả năng tái tạo chi tiết cực kỳ nhỏ của một hệ thống hình ảnh luôn bị giới hạn.

Ví dụ:

• Tại 20 lp/mm, giá trị MTF lớn hơn 80% Cho thấy chất lượng hình ảnh xuất sắc.

• Nếu MTF giảm xuống dưới 30%, Chất lượng hình ảnh đã kém ngay cả ở kích thước in tiêu chuẩn.

---

SFR là gì?

SFR thường được mô tả là “phiên bản kỹ thuật số” của MTF. Nó được thiết kế đặc biệt để đánh giá. Hệ thống hình ảnh kỹ thuật số hoàn chỉnh, bao gồm cả Thấu kính, cảm biến hình ảnh và xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP).

Mục tiêu của SFR là chuyển đổi “độ sắc nét” mà con người cảm nhận thành các thông số vật lý có thể đo lường được.

SFR hoạt động bằng cách phân tích phản ứng của hệ thống hình ảnh đối với một mép nghiêng sắc nhọn, Từ đó, có thể xác định được đáp ứng tần số tổng thể của hệ thống.

---

02 Nguyên lý vật lý: Cách các chi tiết bị mất

Tại sao hình ảnh bị mờ? Từ góc độ vật lý, sự suy giảm chất lượng hình ảnh trong hệ thống xử lý hình ảnh kỹ thuật số xuất phát từ nhiều yếu tố, có thể được phân loại thành ba nhóm chính:

Hạn chế phần cứng

• Thấu kính vốn dĩ bị ảnh hưởng bởi các sai số hình học còn lại và hiện tượng nhiễu xạ.

• Kích thước lỗ mở của pixel cảm biến và hiện tượng nhiễu điện giữa các pixel dẫn đến mất chi tiết.

Tác động của thuật toán phần mềm

Để tạo ra những hình ảnh đẹp mắt hơn, các thuật toán như giảm nhiễu, làm đẹp và làm mờ nền chủ động điều chỉnh dữ liệu pixel. Trong quá trình giảm nhiễu, chúng thường... Loại bỏ các chi tiết tinh tế thực sự.

Ảnh hưởng của môi trường

Rung máy ảnh, nhiễu khí quyển và ánh sáng lạc dưới điều kiện chiếu sáng mạnh đều có thể làm giảm độ sắc nét của hình ảnh.

MTF và SFR định lượng tác động tổng hợp của các yếu tố này bằng cách xem quá trình chụp ảnh như một Hệ thống xử lý tín hiệu:

• Đầu vào: Thông tin cảnh gốc

• Kết quả đầu ra: hình ảnh cuối cùng

Hệ thống điều chỉnh độ tương phản (độ lớn) của các thành phần tần số khác nhau.
The Đường cong MTF/SFR cho thấy trực quan mức độ tương phản được bảo toàn ở mỗi tần số không gian..

Một nguyên tắc quan trọng là rằng Đường cong MTF tổng thể của hệ thống là tích của các đường cong MTF của các thành phần riêng lẻ. (ống kính, cảm biến, bộ lọc quang học thấp, v.v.).
Do đó, việc phân tích đường cong MTF cho phép các kỹ sư Xác định chính xác các điểm nghẽn và tối ưu hóa thiết kế hệ thống với độ chính xác cao.

---

03 Kiểm tra trong thực tế: Cách đánh giá độ sắc nét như thế nào?

Các phương pháp kiểm tra tiêu chuẩn hóa là nền tảng cho việc so sánh kết quả.
Tiêu chuẩn quốc tế được công nhận cho thử nghiệm SFR là Tiêu chuẩn ISO 12233, lần đầu tiên được phát hành vào năm 2000 và liên tục được cập nhật kể từ đó.

Nguyên tắc kiểm thử cốt lõi

Tiêu chuẩn sử dụng một viền nghiêng (thường nghiêng khoảng ~5°) làm mục tiêu thử nghiệm.
Sự nghiêng nhẹ này là rất quan trọng—nó tạo ra nhiều mẫu pha, cho phép Lấy mẫu quá mức.

Phương pháp này bù đắp cho các sai số do mảng pixel rời rạc của cảm biến hình ảnh gây ra, cho phép tính toán chính xác của Hàm lan truyền biên (ESF).

---

Quy trình kiểm tra tiêu chuẩn

1. Cài đặt môi trường
   Thử nghiệm được thực hiện trong phòng tối sử dụng ánh sáng tiêu chuẩn (ví dụ: nhiệt độ màu 6500K, 800 lux), đảm bảo ánh sáng đồng đều trên bảng thử nghiệm.

2. Chụp ảnh
   Thiết bị đang được kiểm tra (DUT) được lắp đặt chắc chắn, điều chỉnh tiêu cự chính xác và được sử dụng để chụp ảnh bảng thử nghiệm.

3. Phân tích phần mềm
   Phần mềm chuyên nghiệp như Imatest Master hoặc RIQA Tự động phát hiện vùng cạnh nghiêng và thực hiện một chuỗi các phép tính:

   • Áp dụng thuật toán lấy mẫu siêu mẫu Hàm lan truyền biên (ESF)

   • Tính đạo hàm bậc nhất của ESF để thu được Chức năng phân tán đường (LSF)

   • Áp dụng biến đổi Fourier cho hàm đáp ứng xung (LSF) và lấy độ lớn, kết quả là hàm cuối cùng. Đường cong SFR (MTF)

---

Bảng 1: Giải thích các chỉ số SFR chính

---

04 Thiết lập thực tế: Xây dựng hệ thống kiểm thử của bạn

Tùy thuộc vào mục tiêu kiểm thử, yêu cầu độ chính xác và ngân sách, cấu hình hệ thống có thể được phân loại thành nhiều cấp độ.

Cấu hình cơ bản cho Nghiên cứu và Phát triển (R&D) và Xác minh

• Bảng thử nghiệm SFR tuân thủ tiêu chuẩn ISO (viền nghiêng, SFRplus, v.v.)

• Nguồn sáng tiêu chuẩn với nhiệt độ màu và độ sáng có thể điều chỉnh

• Phần mềm phân tích chất lượng hình ảnh chẳng hạn như Imatest Master hoặc RIQA

---

Thiết lập phòng thí nghiệm quang học chuyên nghiệp

• Thêm một Collimator, mô phỏng điều kiện lấy nét vô cực trong không gian hạn chế.

• Cần thiết cho việc đánh giá hiệu suất của ống kính có tiêu cự dài và khả năng lấy nét vô cực.

---

Hệ thống kiểm thử tự động tiên tiến

Các phòng thí nghiệm cao cấp triển khai hệ thống tự động hoàn toàn tích hợp:

• Các bộ định hướng có động cơ

• Các nền tảng chuyển động sáu trục có độ chính xác cao

• Chụp ảnh tự động, căn chỉnh đa góc, phân tích dữ liệu và tạo báo cáo.

---

Bảng 2: Cấu hình thiết bị thử nghiệm điển hình

---

Kiểm soát chất lượng trên dây chuyền sản xuất

Trong sản xuất hàng loạt, ưu tiên chuyển sang Tốc độ, tính nhất quán và tự động hóa. Thiết bị kiểm tra tích hợp trong dây chuyền sản xuất có thể hoàn thành việc chụp ảnh, phân tích và đưa ra kết luận đỗ/trượt trong vòng vài giây, tự động tải kết quả lên hệ thống MES. Giám sát chất lượng thời gian thực và khả năng truy xuất nguồn gốc.

---

Khi các kỹ sư thảo luận về các chiến lược tối ưu hóa trong quá trình nghiên cứu các đường cong MTF chồng chéo, họ không chỉ đơn thuần thảo luận về các tỷ lệ phần trăm trừu tượng.
Mỗi sự cải thiện trên đường cong có nghĩa là:

• Xe tự hành phát hiện biển báo giao thông sớm hơn.

• Các ống nội soi y tế cho phép quan sát chi tiết mô nhỏ hơn.

• Điện thoại thông minh ghi lại những khoảnh khắc thoáng qua với độ rõ nét cao hơn.

Sau mỗi đường cong MTF là một thế giới rõ ràng hơn.