【国家标准(GB)】 数码照相机 光电转换函数(OECFs)的测量方法

ICS 37. 040. 10
中华人民共和国国家标准
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 optu-electronic conversion functions( OECFs)(1S0 14524:1999.IDT)
2005-09-09 发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2006-04-01实施
规范性引用文件
术语和定义
诚验方法
测试条件
数据分析
9结果的表述
附录A（规范性附求）ISO照相机()FCF测试标板次
险水B（整料性谢录）1S07589光谱分衣指数的关联性11
GB/T19B94—2005/[SO 14524:199910
附录 C（资料性附录）采用相对的反射系数单位的照相机 OFCF 报告廖考文献
T:B/T 19894—2005/IS0 14524:1999本标准等同采用1S014524:1999%摄影数码照相机光电转换函激（OFCFs）的测量方法（英文版。
本标准等问翻译IS）14524：190（E）。为广便丁使用本标准做了如下编辑性修改：a）“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孕\，\（）删除际标准的前言：
根据我国照和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数不用了表示，因此本标准中用e、F来分别代替了e。本标逛的附录A为规范性附录,附录B、附录为资料性附录。本标推由中国机械工业联合会挺出。本标雅由全国照梢机械标准化技术委员会心本标雄的主要起草单位：杭州照相机械研究所、奥林巴斯（深圳）1业有限公司。本标雄闷王要起草人：上林、张宁锋、李维刚、GB/1 19894—2005/IS0 14524:1999引言
本标推建立了测试平-面的对数喂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标准测试方法，这些信息被用于开发和测试数码相机，也被用于其他数码照相机的测量标推,对数字影像数据的处理很有帮助：
光电转换函数（OECI\)测量标准的确立有以下几个原因：a）制定好的测量方法用于测定视频照和机的特性册线，这里的持性曲线是指“伽马校正曲线”，对于卤化银摄影，这里的特性曲线被称为“H&.L)\或者“DlogH”曲线。然而，这些方法并不能被简单地和明确地应用于数码照相机的特性。数字系统中的采样和量化是需要通过个标准的方式来处理的基本问题。b
）数字系统的活性使定义和表述照相机光学输人和数字输出电半之间的函数关系变得复杂，本标准势力说明所有的变量并保证结果的一致性。数码相机的OFCF看起来可能和用于摄影和电视的特性曲线相似：但并非完全相同。特性断线表明一个物理量的输人（如列数光量或反射量）与物理输出（如密度或电压）之问的关系，而（ECF表明了类似物理信号输入与由输入引起的表示物理响应的数字代码之间的关系，因为这种赋值是任意的，数值本身没有物理意义和单位。例如，数值变化一倍，则对应的物理响应可能增加一倍，或一个数显级的变化，或其他的变化，这取决了编码值是如何赋值的。在数码摄影应中，通常没有必要知道数码相机的物理嘛应，只要知道一个变化的输入产生多少数码值就已经足够了，所以本标准并没有规定如何测量数码相机的真实特性曲线。更确切的讲，它规定了如何测量数码格机的输入和产生的数码值之间的关系，这些数值仪仪山于它们代表信息而有了绝对的意义。在本标准详细说明的图形报告格式支持这样的观点，即允诈将要报告的ECF用数码值或垂自坐标上的单位来表亦。这是信息学的惯例，本标准的使用者应该怠识到一个数码相机或一个完善的数宇影像系统的真实的物理响应能是线性的：对数的，或者其他形式，无论是光电转换函数OECF还是数字代码值·在出具的报传中以纵轴表示。1范围
数码照相
GB/T 19894—2005/1S0 14524:1999光电转换函数（OFCFs）的测量方法本标准详纠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（（)EF）的测量方法。（ECF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摄系统的数字输出信号值之间的关系。
本标推适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。凡是江月期的引用文件，其随后所有的修故单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标雅，然而，鼓励根据不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。IS05-1：1984摄影密度测量第1部份：术语，符号和标志IS05-2：1991摄影密度测量第2部份：透射密度的几何条件摄影密度测量第3部份：光谱条件IS0 5-3:1995
IS0 5-4: 1995
IS0 515: 1999
IS()554:1976
密度测量第4部份：反射密度的几何付镶潮
摄影照相机快门时间的测定
调节和/或测试用标准人气现定
1S07589：1984摄影测量感光度用光源日光灯和自炽灯钨丝的规池3术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。3.1
照相机光电转换函数
canera opto-electronic conversion function照相机OEcFcameraOECF
输人景物亮度的对数（单位为lcd/m）和光电数字影像拍摄系统的数字输出信导值之问的关系。
见光电转换函数（3.11)和焦平面光电转换函数（3.5），3.2
数字编码digitnl codevalue
数字输山电平digital(putlevel在一个数字系统非被分配用来描述输出电平或输出也平范围值的数值。3.3
电子机械快门electromechanical shutter出电路控制的机械快门
数码照相机digitalstill-pictarecanera使用影像传感器并产生可内现静态影像的数了编码的照相机。GB/T19894—2005/1ISO14524:19993. 5
焦平面光电转换函数Focalplaneoptor-eleciruniconversianfunction焦平简OECFFocalPlHnOFF
对下个光电数字影像拍摄系统，输人焦平面曝光量的对数（单位为lg1x·s）和数了输出值之间的美系。
见光电转换函数（3.11)和照相机光电转换函数（3.）3.6
增益函数incremrntalgainfunction输为量（数字编码)的变化率除以输人俏号（充度或噪光）的变化率作为输人的一个函数，注1：对于增益的确定，不使用对数输人值往注2：如果舱人腰光点间隔非常的小,或箱哚声小于些化问所,则增益幽数可能会且有齿型、这种特性是一种些化效应，应该通过使月合适的下滑运算法则或者通过对数据进行曲线识合来消除它，有此时候需要对输人输出效据进们曲线拟合，然后延过求拟合曲缓,方程的一次导激来测定增益函数。3.7
增量输出信号 incremental output signal输人信号(不取对数的亮度或噪光量)和对应的系统增益相乘。见增益函数(3.6)。
照度标度光序列illuminancescale exposure series用相同的瞬光时间和不同的焦中面照度产生的光序列。见时间标度曝光序列（3.15）
maximumexposprelimit
最大曝光量极限
产生与最人川测曝光虽（也称为和成垦化于限)的数输相应的最小爆光量，见最小曝光量极限（3.19）.
最小喔光量极限minimuni exposue limit低于绝和的丑所产生的增量输归信号的幅度与输出噪声相等的最大操光量，见增量输出信号（3.7），最大曝光量极限（3.9)和输出噪声（3.13)。3.11
光电转换函数
opto-electronic conversion FunclionOECF
光电数于影像拍摄系统的信号输人值的对数与对应的数字输而值之间的关系。注：如果摘人噬点在一个很好的范周之大而巨抢出的噪市和至化仅间相比十分小，则（汇可能会具有阶梯特性-这科效应应该通过便卫近似平指运算法则或片通过刘效据进行缓拟合来消除它，3. 12
光电数字影像拍摄系统opto-electronicdigitalimagecapturesystem把焦乎面上的瞬光避或按景物亮度的空闯分布转换为数了信息的系统，3.13
输出噪声ontputRise
对于恒定的输入在数宁输出中围缔均值的均力根起伏。3.14
scene luminanttalio
景物亮度比
景物的最高亮度值和最低亮度值的比率，3.15
时间标度曝光序列timescaleexposureseries使用恒定的焦平面照度和不同曝光时问产牛的爆光序列。3.16
白平衡white balance
GB/T19894—2005/ISO 14524:1999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：另外的重费定义见IS(）12232。4试验方法
4.1总则
本标准叙述厂相机OECF和焦平面的OECF测量方法照相机的UIECF包括广照样机镜头利柜关的杂散光的影响，而焦平面的CEC正不存在这些影喇。这些成像效应随整个录物的充度比、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，果可能仪在特殊的场合中才能测定出一个可重复的照相机的OECF，例如一个测试标板。此标准中描述的照相机的（E的测量方法考虑到广基于测试标板的不同亮度比测量不同的照相机（FF，但没有考虑到呆物亮度不同或其空间排列不向的影响，照相机的OCF测试标板是设计用米模拟由一个其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。当测定照相机的（F时，要牢记的根重婴一点是（)FCF测定结果可能和邮些通过照相机拍摄特是景物时的显示存在极大的别。相机（ECF测定方法的确定有下列儿个原因：-些强制自动爆光控制功能的照相机不适合做焦平面E（的测定；a)
b）照相机的OFCF测定方法允许通过使用测试标板模拟景物的特征来一步测定照相机系统特性：
假设便用的测试标板包含了重要区域，焦平面的门F值可以道过测试标板像人部分中性色调和高完区域所反映的相机OECF值来评估。焦平面的（FC.F仪是照相机的特性，和景物无关。注：许多期机和/或提供的软件可能含有随景物补偿的运算，当进行焦面（EC测试的时候这些运算通常可以忽略·为人射在焦平面上的光照是近似均匀的，在不川能或不希望忽略补偿运算耐，则进行照和机的UECF测单才是更恰当的。
下面描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（力法B)有较高的精度。方法B仅对有固定镜头的照相机应用。焦面光电转换函数的优点如下：
孔）光学影像的形成阶段跟焦平面小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，影像的形成阶段对录物的依赖性很强；而焦面图像的输出阶段只依赖丁传感器和照相机的电子特性，刃·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幽效足未知的，就会便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，对于胶片来说只要测量密度与对数曝光壁之间的关系，即特性曲线。这条曲线和焦平面光电转换函数很类似。
在景物较暗的面积上影响照相机光电转换函数值的主要四系尽照相机的杂散光，所以，这些值要依赖于景物，而且并没有提供更多的有关一照相机特性的信息。d）焦平面光电转换函数覆盖照相机的整个可用范围，H.不受测试标板完度比的限制，上述的光转换函数的测量方法在4.2到4.1中给出。3
GB/T 19894-2005/ISO 14524:19994.2照相机ECF测量
使用ISO照相机OFCF测试标极可以测量照相机整个光电数字影像拍摄系统的)ECF：这个测定通过使用照相机系统在受控条件下拍摄测试标板的影像来实现。应该注意的是照相机的OECF的自变星是景物亮度的对数，而不是焦平面噪光的对数，不间于方法和方法B的测试方法。4.3焦平面OHCF测方法A
方法A的做法是，御掉照相机镜头，把电子影像传感器直接放到特定的均匀照明中暖光，照明应具备如5.1条中规定的光谱特性，而H应该由一个小光源在一定距离产生,光源和传感器的最人尺寸不人于光源到传感器距离的二十分之“，而耳，不能让任何反射光进人传感器。4.4焦平面0ECF的测量方法B
如果数码照相机不允许卸掉镜头，可以使用方法B。此方法使用均句发射的、近似朗们分布的日标（反射面或发光体）,后出照相机镜头将它成像在传感器上：如果来用方法B则传感器表面的照度励该按照公武（1)计算见参考文献[]）。E, - 0. 65Lr/Fe
E。传感器表面上的照度，单位为勒克斯(Ix):—目标亮度的算术平均值，单位为坎德拉每平方米(cd/m);fe——镜头的有效F数。
++--(1)
如果使用方法13.应该测量且标以确定日标近似朗伯分布而且照即均匀，目标的照度读数应该在对照相机视场的四个角和中心处读取，读取时于月标，所有读数和算术平均值的偏差在2%以内。在目标中心与法线成30°角读取4个读数，所有读数和算术平均值的偏差在2%之内。当拍摄测试标时，标的表面底该虽直丁照相机的光轴（士5\）并且应该扩展到至少超过照相机视场边缘15°，目标的光潜辑射特性应符合5.2条的描述。使用方法B时测试ISC）OECF应该标明。5照明
5.1焦平面OECF测量方法A
(ECI的测量应该标明所彩历的是日光还是钩灯照明，对于OHCF测量使用的照明光源口光和钨灯是否合理匹配.ISO7589规定了相应的测量程序。5. 2焦平面 OECF 测量方法 1 和照相机的 OECF 测显因为这些测鼠方法包括照相机镜头，所以焦平面ECF测基方法B中被摄民标的光增射特性或者照相机的OECF中测试标板的照明光源的辆射特性，应等同丁ISO）标准日光或钨灯光源的辐射特性，[SO7589：1981表1和表2的第二列中提供了这些光源的相对光功率分布特性.为了应用JS0/SIDI光谱分布指数·应该测鼠光源或日标的光谱辐射，在乘以加杖光谱灵敏度之前：先乘以IS()标准镜头（在1S07589 的描述)的相对光谱透射比：见附录B3。采用这些测量方法，日标（测试标板）和照相机镜头，都应该屏蔽，挡代包括试空的墙、天花板和地板在内的外米的照明光源和反射光。日标或标板后面的瑞应该涂黑，现场唯一的照明光源应该是用来照明测试标板的光源，对于反射式的目标或图：照明光源应该调整位置以使光源最大辐射方向与月标或标板的法线方向成45°并且与H标或标板上任意一点的法线方向角度介于50°和40°之间。推荐的反射式图照明儿何条件可以参考1SC）12233。6测试条件
6.1温度和相对湿度
按1S0554的规定，测试过程中，环境温度底该在23工2℃，相对逐度应该在：50%120%。4
6. 2白平衡(仅适用于彩色照相机）6.2.1固定单一白平设定
GB/T 19894—2005/ISO 14524:1999如果照相机只行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性中,所有的OECF测定都应该使用该设定，并且那些OECF的白平衡都注明为“固定”6.2.2自光和/或钨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“钨灯”的固定的平衡设定，白平衡应该设定在这些固定设置的相应一个。则（)ECF测定吋的白平衡应该依据选择标明是\光”和/或“灯”。
6.2.3可调整的自平衡
无论是在照相机的电路还是支持软件中，如果照相机的户平衡可以调整.则可选择可调的衡设定。在这种情况下，UI以I测定时的口平衡应该标明为“可调”，对于彩色通道应该设置以提供各中性数字输出信号，中性数字输出值就是相等的RGB值，即充色信号中只有亮度信号无色度信号，6.2.3.1焦平面的0ECF
对于焦平面上人于最大眠光量极限二分之一的光量·白平衡应该调整为能提供中性的数字输出值。
6. 2. 3. 2照相机的 0ECF
对于照相机的OECF测试标板背景户半衡成设置在能提供中性的数牢输出值。6.2. 4自动白平衡
如果照相机每一次赚光都自动调整它的白平衡，则为测定QECF的白平衡应标明为“白动”，应该注意的是这时照机的ECF可能出现在焦平面的FCF中不存在的彩色信息。6.3红外(IR)截止谦光镜
根锯需要应在照相机镜头前而放置一块或多块红外截止滤光镜。判断是否需要红外截止滤光镜的依据是在被照相机前插人一个可见光截止、红外射的滤光镜（该滤光镜截正波长在730m（50为的透射率）和在350nm和74nml之间的波长上有小于1%的透过率）若输出信号电平人于原最大数字输出电平的5%，那么红外截止滤光镜是需要的。选择红外截止滤光镜时应该使红外灵敏度的减小达到所需的要求，并且不收变光度测定的灵敏度，如果需要红外载止滤光镜，应指明所使用的滤光镜的类型。红外截止滤光镜的口的是防止(ECF受红外辐射的重大影响。6.4对虑
6. 4. 1 焦平面 (FCF 测量方法 B如果照相机的镜头对您可调，底该设置在无穷远，或者设为可用的最大物距6.4.2照相机的ECF测试
照相机镜头应该对焦在测试标板：，以使产准的影像清楚。(CF测屋不要求雄确对焦，但是严重离焦的试标板的影像将由于模糊的条纹边界而产生错误的结来。案焦图像时的行效F数Fe应按公式(2)计算：下载标准就来标准下载网
F _(1/R+1)F
R-图高和图在焦平面上的像高的比率。.(2)
辅助镜头也可以用来产生测试标板清晰的像。如果采用辅助镜头，则有效F数应该在照相机镜头在问样对焦位置和不带附加镜头时产生的效大率的基础1：计算。任何使用的附归镜头应该是够大，不能影响照相机镜头的通光孔径。如果使用了辅助镜头，则应该在测试结果的表达中注明。GB/T19894—2005/ISO14524.19997输入
7.1焦平面对数瞬光
传感器应该在特定辐射光源照明的条件下曦光·范围从最小的瞬光鼠极限到最大的曝光量极限，时问标度序列利照度标度序列都是允许的，但是获得的（)ECF应该指定为时间或点度比例菌数，并且标明光时问和/或焦平面照度序列-原因是噪声可能随曦光时间加变化。输人的对数曝光的增量相隔不应该超过一档（一档等于两倍亦即约0.3个对数噪光单位）。照相机快门被用来调整赚光时间.仙.是机械和电动快门的精度应该使用1S0516中规定的方法来检验，
7.2照相机的OECF图的对数亮度
标推的照相机（)ECF测试标板应该如附录A所述。测望测试标板亮度的选方法是使而一个放置在照相机位置的望远光度计。如果使用这个方法，整个测试标板面积，除被测量的区域外，都应该使用黑色蒙罩遮盖，防止杂散光对光度计测量的影响。如果没有望远光度计可用，测试标板的亮度可用测试标板的密度和照度使用下列公式计算t反射图：
I.. -- 10 -. E/.
式中；
D，款阶块的视觉密度；
正一人射在测试标板上的照度（使用余弦校正光度计测量），单位为勒克斯(Ix)：L：—密度为D，的灰阶块亮度，单位为坎德拉每平方米（rd/m\)。透射图：
式中：
D,—灰度块视觉漫透射密度：
1.放置测试标板处测得的漫射光源亮度，单位为坎德拉每平方米(cd/m*）；L.—密度为D，的灰阶块亮度，单位为坎德拉每平方米（cd/m\）。+*3
a（4)
如果测试标板的亮度足通过测试标板的密度计算，人射在反射式测试标板上照度，或用来照射透过式测试标板的亮度的变化都不应该超过整个测试标板表面亮度平均值的2%。应该注意消除任何组件的镜面反射（咳光）。计算得到测试标板的亮度应该在照相机（)ECF的测试结果披告中标明。当拍摄测试影像时，测试标板的表面应该垂肖照相机光轴（二5\）8数据分析
照相机数字输出电平数据应按如下所述分析：在每个哦光等级都应该进行最少9次试验，如果正在测品的是一个特定的相机，则应对其做些独立的爆光试验；如果该测量足代表一种特定型号的照相机，则应对一些不同的.随机选中的照相机作独立的噪光试验。对下每次试验，数字输出电平的平均值应该选取图像上相应位置的64乘64的像素区域。焦平面测垦方法F.61乘64像系的区域应该位于每幅影像的中心。最然的数字输出信号值应该足所有试骚的乎均数宁输出值的平均值。注：有些分辨率很低的照相机，有可能（>FCF测试标板块的影像的大小不足以包含6乘64像索的区域，在这种情况下，采样区域应该比图块的影像区或略小，从而使影像图块边的影响不他括布内。5
结果的衰述
B/T 19894—2005/1IS0 14524:1999OECF测试结果应该以表丧格和/或图表述。所有的对数亮度和对数噪光以1D为底表格的标题或图形说明应按如下表述：焦平面（ECF测试方法A、焦平面CFCF测试方汰B或者照相机（ECF测量：a)
单免或彩色拍摄和照相机类型：b)
时间利照度标度光序列(不包括照相机OFCF测量）；噪光时间或焦平面照度（不包括照相机（)ECF测堂）：螺光时间：照相机镜义焦i和有效F数（仅对照相机ECF测量）测量或计算测试标板的对数亮度（仅对照和机的(ECF测量）：R光或钨灯熙度；
同定、日光、鸽灯、可调或自动平衡（对彩色照相机）+使用的红外截止滤光镜的描述（假使有：使用的辅助镜头的名称（假使有）。9.1表格表述
焦平面 OECF方法 A 和焦平面 QFCF 方法 B9, 1.1
在表述结果的衣格巾标明照和机的类型、输入对数曝光单、噪光时间和/或焦平面照度，数字输山值。如果照相机系统是一个多光谱系统，应该列出所有波段光谱的数字输出值。见表！。表1数码照相机的焦平面OECF表的例子刘数暖光止
彩色拍撒（单芯片RGB彩色滤镜阵列照相机）。时间标度曦光序列,焦平面照度 3. 98 [x月光照明，日光H平食。
方解石热反射红外藏让滤镜，
Ig 曦光基 -培(H/H,),式中『,=1 Ix*s9.1.2
照相机OFCF
平均输山值
在表述结果的表格中标明照相机的类型，所有测试标板函块输人对数亮度和相应的数字输山值。如果照相机系统是一个多光谱系统，应该列出所有波段的光谱的数字输出值，骤光时间、照相机镜头焦距和有效F数也应该给山。见表2，GB/T 19894--2005/1S0 14524 : 1999数码照相机的照相机 OECF表的例子表2
对数亮度
彩鱼拍长（单芯片RH彩色滤镜库刻题相机）绿光时间1/3！.5trmit.镜头设骨在172.。对数亮度值由测试标密度测品计算得到 光照明, I 光白平衡。
方解石热反射红外截止滤镜
Ig 燥光量lg (L/L,),式中 L, -1 rd/m°。9.2绘图表速
9. 2.1焦平面方法 A 和焦平面方法 B OECF平均输出值
用数字输出值或数字输出值的以2为底的对数与所有测试标板图块的输人对数螺光量的关系曲线图表述结果。如果照相机系统是一个多光谱系统，所行的光谐波段的数字输出值都应该绘制出来。对照度标度的函数要给出赚光时间.对时间标度的数也要给出焦平面照度。见图1、# 260
单色拍摄,时间称变爆光序列-焦平面照度(钙灯)0.285 1x,. t.5
输入对数噪光
g(H/H),式中11x·s.
wrut:cn3!红外戴止滤镜.lg曝光量图
数码照相机焦平面OECF曲线例
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