Программа RightMark Video Analyzer для тестирования видеотракта


Концепция

Не секрет, что многие камеры имеют встроенное искусственное повышение резкости кадров, позволяющее «вытянуть» картинку с посредственной матрицы. Повышение резкости включает в себя подчёркивание краёв путём завышения контраста. Программа RightMark Video Analyzer (далее RMVA) позволяет объективно оценить видеотракт камеры, включающий оптику, матрицу/матрицы, АЦП, видеопроцессор и сравнить первый с «идеальным» видеотрактом. Video Analyzer строит график контрастно-частотной характеристики (КЧХ, в английской транскрипции MTF), являющийся исчерпывающей объективной характеристикой качества изображения. График КЧХ выглядит ниспадающей линией, где по оси абсцисс отложено разрешение, а по оси ординат — контраст (разность яркости самых светлых и самых тёмных точек) для заданного разрешения. Получающийся график удобен для выявления нарушений в передаче крупных, средних и мелких деталей Также КЧХ позволяет точно оценить горизонтальное разрешение камеры (место на вертикальной клиновой мире, где полоски сливаются), так как субъективный метод даёт большую погрешность. Существующие методики построения КЧХ требуют использования нескольких программ и большого количества ручных операций.
RMVA также может использоваться для анализа АЦП устройств видеозахвата или любой системы «источник-канал передачи-приёмник». Она компактна, не требует инсталляции и может обрабатывать картинки от любых видеоисточников стандартов PAL/SECAM/NTSC и форматов 4:3/16:9, в том числе камер DV/HDV. Имеется специальный режим для тестирования HDV-камер. В комплекте к программе идёт образец анализируемого изображения от «идеальной» камеры (см. ниже).
В качестве тестовой картинки используется традиционная EIA1956, т. к. в интернете эта таблица наиболее распространена и накоплен большой массив изображений, снятых различными камерами. К сожалению, таблица неудобна с точки зрения последующей обработки результатов, т. к. содержит не одну непрерывную тестовую область с чередующимся полосками увеличивающейся частоты, а 3 узкие клиновые миры для диапазона четкости 200-1600 твл (телевизионных линий). Напомним, что из-за разных пропорций экрана телевизионные инженеры решили считать линии по горизонтали не на всей строке, а на её части, равной высоте экрана, т.е. в квадрате. Поэтому для широкоэкранного видео 16:9 значения при том же видеотракте будут на 25% меньше значений, измеренных при съемке в традиционных пропорциях 4:3.
За 100% яркости берётся белое поле (усреднение яркости массива точек на большом белом круге в центре таблицы). Если камера использует искусственное повышение резкости (шарпенинг, от англ. to sharpen — «затачивать, заострять»), то контраст может превышать 100%. В дальнейшем для корректного построения КЧХ должна быть введена коррекция нулевого уровня яркости (усреднение яркости точек самой тёмной части градиента плотностей на таблице).

Инструкция

  • Закрепите распечатанную таблицу EIA1956 на стене, обеспечьте достаточное и равномерное освещение. Расположите камеру на штативе так, чтобы таблица занимала весь экран по горизонтали при средних значениях зума. При съемке в широкоэкранном формате рекомендуется размещать таблицу в центре экрана. Следите за горизонтальностью. Обеспечьте абсолютно устойчивое положение камеры и снимите таблицу в течение нескольких секунд;
  • Если позволяют освещение и настройки, используйте среднюю величину диафрагмы (iris) при отключенном усилении (gain) — это позволит достичь максимальной разрешающей способности. Помните, что автофокусировка может приводить к флуктуациям чёткости, поэтому после наведения на таблицу первую рекомендуется отключить. Обращайте внимание и на величину резкости (sharpen/detail level), обычно задаваемую из меню;
  • Важное условие при съемке: маленькие белые треугольники снизу и сверху таблицы должны касаться границ кадра, а не ограниченной области в видоискателе, то есть необходимо контролировать изображение на внешнем мониторе с видимой областью 100% или в программе захвата. Это позволит задействовать всю площадь матрицы и обеспечит правильные результаты. В будущих версиях программы будет введена компенсация этого фактора, которая, однако, не может быть стопроцентно эффективной.
  • Введите изображение на компьютер и сохраните его в формате grayscale/24-бит BMP или JPG (предпочтительно BMP);
  • Запустите RMVA;
  • Нажмите кнопку «Load» и загрузите отснятое тестовое изображение;
  • Нажмите кнопку «Zoom» для открытия меню выбора увеличения (1-8х). Двигая изображение мышью, его можно панорамировать;
  • Нажмите кнопку «Region>Vertical Regions», программа выведет 2 красные области анализа, которые будут приблизительно расположены поверх левого и правого вертикальных клиньев, для ручной регулировки областей их можно перетаскивать мышью целиком, а можно за углы. При достаточном увеличении постарайтесь расположить эти области так, чтобы они не выходили за тёмные края анализируемых клиньев;
  • Пункт «Region>White Sample» необходим при задании прямоугольника для определения уровня белого. Он должен раполагаться внутри большого белого круга в центре таблицы, средняя яркость точек внутри него будет принята за 100%. Опция «HDV mode» предназначена для тестирования HDV-камер. При этом области анализа меняются местами и используется средний клин, а на графике КЧХ разрешение будет удвоено. Пункт «Reset Regions» приводит области анализа в первоначальное положение;
  • Нажмите кнопку «Graph» для построения масштабируемого графика КЧХ в осях: по X — разрешение (ТВЛ), по Y — «контраст (%)». Определите разрешение по падению контраста до 25%;
  • Нажмите кнопку «Save» для вывода полученных данных в текстовом виде.
Специалистом из С.-Петербурга Андреем Глазуновым была подготовлена картинка от «идеальной» DV PAL-камеры.

Испытание

В качестве тестовых образцов мы будем использовать последние модели трёхматричных DV-камер Sony DCR-HC1000E и DCR-VX2100E, а также HDV-камкордер Sony HDR-FX1E.
Как показало изучение реальных тестовых образцов, шум и артефакты компрессии оказывают большое влияние на разброс получаемых данных, поэтому данные в текстовом виде были импортированы в Excel, где мы построили полиномиальную линию тренда 5 порядка. Посмотрим, как графики КЧХ коррелируют с субъективным восприятием картинки.

VX2100, нормальная чёткость



HC1000, нормальная чёткость


Как вы можете наблюдать на графиках, картинка от полупрофессиональной VX2100 более приближена к изображению от «идеальной камеры». График начинается почти со 100% и плавно ниспадает до отметки 500 твл, где долго держится на уровне 20-25%, создавая иллюзию более чёткого изображения. График от HC1000 имеет «бугор» в начале, поднимается до 75% и круто спадает до 450 твл, где остаточная контрастность уже не более 10%.
Теперь установим sharpening в крайнее положение и по характеру изменений посмотрим, насколько хорошо работает искусственное повышение четкости.

VX2100, максимальная чёткость



HC1000, максимальная чёткость


Шарпенинг хорошо отработал на VX2100, повысив контрастность до 110% и продлив видимую разрешающую способность до впечатляющих 750 твл (просьба не путать с теоретическим пределом по разрешению для стандарта DV PAL, составляющим 540 твл). Конечно, сразу стала видна белая окантовка на контурах тёмных деталей, раздаражающая одних и не очень — других. В общем, воприятие искусственного, да ещё и почти бесплатного, зависит от воспитания :) Повышение резкости у HC1000 вообще не даёт заметных результатов, картинка остаётся мягкой и имеет контрастность не больше 80%. Видимая разрешающая способность — всё те же скромные 450 твл.
Стоит ещё раз оговориться, что полученные результаты пока можно трактовать большей частью как предварительные, т. к. RMVA строит не полностью нормализованный по яркости график КЧХ.

Наконец, первенец HDV 1080i, который мы в его обзоре обещали испытать по готовящейся методике. Как показала проверка, Pinnacle Liquid 6 действительно делает деинтерлейсинг при сохранении кадров от Sony FX1, но это не должно помешать определению горизонтального разрешения. Камеру мы тестировали при отключенных Picture profile, что предположительно должно устанавливать sharpness в значение 9 (доступный диапазон 0-15).

FX1, Picture Profile off (16:9)


Конечно, мы немного разочарованы низким значением разрешающей способности, тем более, что шарпенинг здесь всё же используется. «Горб» на 1300-1400 твл. объясняется неидеальностью использованного алгоритма. Максимум 800 твл. Впрочем, теоретически в HDV 1080i он и составляет 1440/16×9=810 твл.

Выводы

Несмотря на замеченные погрешности и недоработки, RightMark Video Analyzer может применяться для тестирования видеокамер, прослеживается зависимость характера КЧХ от визуального анализа картинки. На данном этапе использован упрощенный алгоритм нахождения контрастности, заключающийся в обнаружении всего лишь одного минимума и максимума яркости на каждом срезе клиновой миры. Это приводит к «разброду и шатанию», однако дополнительная обработка в Excel позволяет получить адекватные результаты. Также необходимо доделать нормализацию графика по яркости. Надеемся, что программа будет активно совершенствоваться. Планируется и определение уровня шума.

Использованные источники

  1. afanas.ru
  2. normankoren.com (на англ.)
  3. bealecorner.com (на англ.)
  4. hobbymaker.narod.ru
  5. zenit.istra.ru
  6. potrebitel.ru
  7. prodav.narod.ru
  8. imatest.com (на англ.)
Внимание: при опубликовании результатов, полученных при помощи программы RightMark Video Analyzer, ссылка на данное описание обязательна.





Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.