Analýza kamer

V rámci bakalářské práce proběhlo testování jednotlivých zařízení experimentálním způsobem. Experiment probíhal u většiny testovaných vad v zatemněné místnosti, z důvodu zachování konstantních světelných podmínek. Byla snaha testovat vady vyfotografováním co největší plochy, aby tak byly nasimulovány podmínky v terénu. Při testování byl využíván stativ pro zachování stability zařízení, v případě testování dronů byl dron položen na pevný podklad. V rámci rešerše bylo vyhledáno několik způsobů testování jednotlivých vad, ze kterých však nemohly být všechny použity, a to z důvodu nemožnosti objektivně porovnat zařízení mezi sebou.

Použitá technika a nastavení

Zařízení byla testována formou experimentu za použití stejných podmínek, aby mohly být výsledky porovnány mezi sebou. Experiment byl prováděn se všemi zařízeními ve stejné místnosti. Přístroje byly, v závislosti na ohnisku, umístěny do stejných vzdáleností při testování jednotlivých vad.
Veškeré vyfocené snímky byly v programu Zoner Photo Studio X pro snazší orientaci přejmenovány vyexportovány ve formátu TIFF.

Testování vinětace

Vinětace je jedna ze základních a velmi častých vad objektivu. Projevuje se ztmavnutím rohů snímku. Nejvíce je patrná u širokoúhlých objektivů. Je ovlivněna počtem optických členů v objektivu. Další faktor, který vinětaci ovlivňuje je nastavená clona. Čím je clona více otevřena, tím je vinětace na snímku patrnější.
Vzhledem k tomu, že je vinětace ovlivněna objektivem, byla testována u výměnných objektivů pouze na dvou tělech fotoaparátu. Na Olympus OMD E-M1 Mark II a na Nikon D750. Testování vinětace probíhalo vyfotografováním bílého plátna, které bylo rovnoměrně nasvíceno dvěmi zábleskovými světly GODOX AD600Pro s difuzory.
Byla fotografována co největší plocha, aby bylo nasimulováno použití ve fotogrammetrii, tedy z velké vzdálenosti. Fotografování probíhalo ze stativu ze stejných míst pro jednotlivá ohniska.
Při testování fotoaparátů byl nastaven manuální režim, čas závěrky na 1/160 a nativní hodnota ISO, pro Nikon 100 pro Olympus 200. Nastavení výkonu zábleskových světel proběhlo pomocí expozimetru Sekonic L-558. V místnosti byla zatemněna okna, avšak množství světla se v průběhu celkového testování lehce měnilo, proto musel být výkon zábleskových světel přizpůsoben aktuálním světelným podmínkám.

Použitá výkony zábleskových světel

Při testování vinětace na dronech a telefonu byla použita halogenová světla, a to z důvodu, že tato zařízení nedisponují paticí blesku. Fotografováno bylo na režim priority clony, kdy hodnota ISO byla co nejnižší a čas závěrky se dopočítával automaticky. Z důvodu malého výkonu halogenových světel muselo být testované zařízení mnohem blíž k fotografované bílé stěně. Při svícení halogenovými světly došlo k ovlivnění, výsledky mohou mít nižší přesnost.
Snímky byly převedeny do odstínů šedi a po vyexportování ve formátu TIFF naimportovány do programu ArcGIS Pro.
V programu ArcGIS Pro byly u každého snímku zobrazeny metadatové informace, které znázorňují maximální a minimální hodnotu jasu ve všech pixelech.
Tyto hodnoty byly přepsány do tabulky a navzájem od sebe odečteny. Předpokládá se, že nejtmavší pixel je v rozích snímku a nejjasnější v jeho středu. Z výsledných hodnot byly vytvořeny grafy k porovnání nastavení u jednotlivých objektivů a grafy k porovnání ohnisek objektivů mezi sebou.

Testování chromatická aberace

Chromatická aberace vzniká z důvodu lomu světla o různé vlnové délce, sklo ohýbá každou barvu jinak. Dá se minimalizovat již při výrobě objektivu, kombinací skleněných prvků s různými rozptylovými vlastnostmi. Nejvíce na chromatickou aberaci trpí ultra široké objektivy a extrémní zoomy.
Na chromatickou aberaci má také vliv nastavená clona, kdy při nižších hodnotách je aberace výraznější. Zároveň se projevuje jinak na rozích snímku a v jeho středu. Na rozích bývá nejvýraznější, ve středu zpravidla nepatrná. Proto byly objektivy posuzovány zvlášť na středech a zvlášť v rozích, ve výsledném hodnocení se porovnávaly pouze rohy.
K testování chromatické aberace lze použít různé testovací diagramy, pro tuto část byl vytvořen autorem testovací diagram, který vychází ze standardu eSFR ISO 12233 obr v programu Adobe Illustrator. Diagram byl vytisknut na plotru Canon ImagePROGRAF TX-4000 o rozměrech 1350 × 900 mm a umístěn na stěnu. Opět byla použita záblesková světla Godox a při testování dronů halogenová světla. Zařízení byla testována při stejném nastavení, jako při testování vinětace. Vzdálenost, ze které bylo foceno, byla volena tak, aby testovací diagram vyplňoval celý snímek s tím, že při testování Olympusu a dronu Mavic Mini, které fotí ve formátu 4/3 byl snímek oříznut na delší straně.
Nafocené snímky byly převedeny do formátu TIFF v programu Zoner Photo Studio X a následné naimportovány do programu Adobe Photoshop 2019. Každý snímek byl zkoumán na pěti místech. Vzhledem k tomu, že je aberace nejvýraznější v rozích, byla zde hodnota aberace vyhodnocována na třech místech. Ze středu snímku na dvou. Síla aberace se udává v pixelech, kdy udávaná hodnota znázorňuje vzdálenost, kam aberace dosahuje. Každý snímek byl přiblížen tak, aby bylo možné spočítat obarvené pixely. Poté byly hodnoty z těchto tří a dvou míst zprůměrovány a zaneseny do grafu.

Testování Modular Transfer Function (MTF)

Vada MTF neboli relativní kontrast při dané prostorové frekvenci je klíčem k měření ostrosti.
Nejčastěji se pro porovnání různých zařízení mezi sebou používá MTF50 kde MTF je 50% hodnoty nízké frekvence. Hodnoty se udávají v jednotkách LW/PH, kde LW je šířka čar a PH je výška snímku.
MTF je ovlivněna především objektivem, částečně i velikostí čipu. Pro tuto práci se však velikost čipu zanedbala. Ostrost se liší na rozích a ve středu snímku, ve středu bývá snímek zpravidla nejostřejší.
Pro vyhodnocení vady MTF byly použity snímky pořízené při testování chromatické aberace. Vzhledem k tomu, že ostrost od středu k rohům klesá, byly rohy a středy snímků vyhodnocovány zvlášť.
Jednotlivé snímky ve formátu TIFF byly vloženy do programu Imatest Master, byl zvolen vyfotografovaný testovací diagram a program spočítal hodnotu MTF50 v rohu snímku a ve středu.
Získaná data byla vložena do Excel tabulky a vyhodnocena.

Distorze objektivu

Distorze objektivu je jedna ze základních vad zkreslení objektivu. Způsobuje zakřivení přímých čar především na okrajích snímku. Má dva základní tvary, může být soudkovitá nebo poduškovitá, případně pak bez zkreslení.
Na distorzi má největší vliv ohnisko objektivu. Největší zkreslení se projevuje na extrémně širokoúhlých objektivech, případně pak na teleobjektivech.
V programu Agisoft Metashape, který disponuje pluginem Agisoft Lens, byla zobrazena pravidelná mřížka, která byla následně promítnuta na obrazovku televize. Tato mřížka byla vyfocena jednotlivými objektivy v testovaných ohniscích z pěti úhlů. Vždy z čela, kolmo k obrazovce, dále pak ze stran, z vrchu a ze spodu. Byly vytvořeny i další čtyři snímky z rohů obrazovky, se kterými se však následně nepracovalo, protože je program nedokázal správně zpracovat.
Tyto snímky byly převedeny do formátu TIFF a vloženy do programu Agisoft Metashape. Snímky analyzovány spuštěním nástroje Calibrate Lens. Po otevření nástroje Camera Calibration program zobrazí vypočítané koeficienty, případně i graf vývoje distorze. Tyto hodnoty byly vyexportovány do textového souboru a vloženy do Excel tabulky, kde byly následně porovnány s ostatními objektivy.

Testování úroveň šumu v obraze

Úroveň šumu byla poslední testovaná vada. Šum je náhodná změna hustoty obrazu, vzniká zesílením původního signálu na snímači. Je ovlivněn velikostí snímače, na velkých snímačích se neprojevuje tak viditelně. Existuje několik druhů šumu, viditelný, ovlivněný dobou expozice a ovlivněný nastavenou hodnotou ISO. V této práci je zkoumán šum ovlivněný nastavením ISO. Šum se dá zkoumat různými způsoby. Jedním z nich je vyfotografování standardizovaného kalibračního terče ColorChecker. Alternativním způsobem hodnocení úrovně šumu je vyfotografování tmavé plochy a pomocí programu s histogramem a vyhodnocení za použití vzorců. Tento způsob nemohl být v této práci použit, protože vypočtené hodnoty nelze porovnávat mezi zařízeními. Byla pořízena série snímků na každém zařízení při nastavení těchto hodnot ISO: 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400, 12800, respektive při nastavení hodnot, které dané zařízení umožňuje. Fotografovaný terč byl při testování fotoaparátů v nejkratší zaostřovací vzdálenosti, při testování dronů byl umístěn blíže než lze zaostřit, proto mohou být výsledky u těchto zařízení zkresleny. Výsledné snímky byly přejmenovány a bez dalších úprav převedeny do formátu TIFF. Následně byly vloženy do programu Imatest Master, kde byl zvolen testovací diagram ColorChecker. Snímky program zarovnal, případně byly zarovnány ručně, a provedl analýzu na všech barevných čtvercích. Pro tuto práci byl zkoumán a porovnáván pouze základní šum na černém, bílém a čtvercích šedých odstínů. Výsledky z analýz jednotlivých snímků byly uloženy ve formátu JSON a hodnota Y-Luminance, která udává hodnoty šumu ve zkoumaných čtvercích byla přepsána do tabulky Excel, kde proběhlo celkové vyhodnocení a porovnání mezi zařízeními.

Vyhodnocení těchto vad

Vyhodnocení těchto vad se nachází v levém panelu a je pro přehlednost rozděleno jednak podle typu vady, kde jsou přístroje porovnávány na jednotlivých testovaných ohniscích. Dále pak jsou výsledky strukturovány podle samotných zařízeních - objektivy, drony a fotoaparáty.