通过测量光谱响应的输出数据对数码相机进行颜色表征分析

新版的分辨率测试卡检测数码相机数据颜色表征分析，可以帮助更多厂家控制相机参数。

 

介绍

这项工作的背景是德国摄影杂志希望有一种方法来测量数码静态照相机的色彩重现质量，以及它们能够被集成到色彩管理工作流程中。对于扫描仪来说，表征并不困难，因为它们总是使用相同的光源，并且再现的照相材料中的颜色具有非常相似的特征。在数字摄影中，照明条件随着每个场景而变化，并且场景中的颜色可能与照相材料中固有的颜色完全不同。因此，表征数码静态照相机的理想方法是测量其光谱响应。然后就可以通过知道传感器的光谱照度来计算Ulbricht积分球测试相机的RGB值。这正是IEC TC100 / 61966-9“多媒体系统和设备中的颜色测量和管理：数码相机”工作草案提出的。这个标准的工作草案是在我们开始工作后发布的，以确定这是否是表征数码相机色彩再现的可能方法。

测试方法

该测试方法需要适应具有自动白平衡和曝光控制功能的消费类相机，以及允许手动设置这些值的单反相机和数码相机背部。 因此，选择一种方法来获得单个图像的整个可见光谱的光谱响应。 这将排除测量过程中不同白平衡和曝光设置的问题。

通过照射衍射光栅，棱镜或连续干涉滤光片，可以创建整个可见光谱的图像。 在这个测试中，使用了Carl Zeiss生产的干涉滤光片。

 

图2.带有连续干扰滤波器的测试图

为了获得连续的光谱，使用卤素灯和Ulbricht积分球来照射干涉滤光片。 大多数可用的数码相机都针对日光照明进行了优化。 因此使用日光转换滤光片来获得图3所示的相对光谱照度。

 

图3.干扰的相对光谱照度

结合视角测量干涉滤光片的光谱透射率。 由于大多数消费类相机使用自动曝光控制，因此前置照明灰色图表放置在滤镜周围。 该图表包含用于确定相机光电转换功能的灰度级，该功能需要排除相机中图像处理的非线性效应。

 

图4.相对光电子转换函数

使用Adobe Photoshop插件分析图片，并将结果数据转换为光谱响应曲线。

图5.带有标记分析区域的干涉滤光片的图像

 

使用不同的相机和不同的红外截止滤光片重复测量，以观察它们对结果的影响。 某些相机的蓝色通道在红色和近红外区域具有非常高的透射率。 通过使用红外阻挡滤光片，红色通道的响应如预期的那样下降，但蓝色通道在红色中的响应没有。 令人惊讶的是，在某些情况下甚至会增加。 这种行为的解释是处理相机中的颜色值，以克服传感器的光谱透射率问题。

 

图6.比较具有和不具有来自Leica的IRa阻挡滤波器的RGB值

图7.使用不同文件格式的RGB值比较

这是通过分析测量结果发现的一个问题，但可能还有其他未知的问题。 为了进一步分析数据，拍摄了已知着色剂（IT-8目标）的场景，并将实际的RGB值与计算出的RGB值进行比较。 通过使用光谱响应测量的结果来计算IT-8测试图的预期相机RBG数据。 它们由以下公式表示：

然后将数据与IT-8实时拍摄的数据进行比较。 如果光谱响应测量结果是正确的，则图像中的RGB值与计算值的比较将以图形表示在一条直线上。 即使镜头的白平衡不同，结果仍然是不同的伽玛线。 然而，结果在任何地方都会下降，但只是一条线。 只有Jenoptik ProgRes相机的结果接近预期。

 

图8.评估光谱响应，显示RGB数据与计算数据的关系

 

图9.评估光谱响应，显示RGB数据与计算数据的关系

通过用原始的颜色值标记不同的RGB值，发现预期的和实际的RGB相机数据之间的差异取决于原始的颜色。 这证明了相机中的颜色处理是颜色和/或图像相关的假设。

 

图10.评估光谱响应，显示R数据与按列分类的计算数据的关系的IT-8图表

 

图11.用于评估光谱响应的IT8图表区域

结论

我们的工作结果表明，数字相机的光谱响应不能通过简单地使用相机的输出数据来测量。因此，只能使用原始的，未渲染的传感器数据才能确定数字静态图片相机的确切颜色特征。尽管我们使用了一种稍微不同的方法来照亮传感器，但我们的结果应该被用于评估IEC特征描述方法。