Das lineare Kameramodell des bisherigen EMVA 1288 Standards. (Bild: HCI Heidelberg Collaboratory for Image Processing)
Neu: Verzicht auf ein Modell
Bei einer Kamera mit einer nichtlinearen Kennlinie kann das lineare Modell nicht angewendet werden. Die Modellbildung ist schwierig, da man je nach Art der Nichtlinearität nicht ein, sondern viele mögliche Modelle berücksichtigen muss. Die Charakterisierung einer nichtlinearen Kamera oder einer Kamera mit unbekannter Vorverarbeitung ist aber auch ohne Modell möglich. Das liegt an dem universellen systemtheoretischen Ansatz des EMVA 1288. Das Eingangssignal (Photonenzahl) ist durch die absolute Kalibrierung der Bestrahlung des Bildsensors bekannt. Das Ausgangs-SNR lässt sich direkt aus dem Mittelwert und der zeitlichen Standardabweichung des digitalen Kamerasignals bestimmen. Die Kennlinie kann ebenfalls ohne Modellvorgabe gemessen werden. Aus der Steigung der Kennlinie kann die Ausgangs-SNR in die qualitätsbestimmende Eingangs-SNR umgerechnet werden. Daraus ergeben sich, wie beim linearen Kameramodell, die anwendungsbezogenen Qualitätsparameter. Die Photontransferkurve wird bei diesem Ansatz nicht benötigt. Das Entscheidende ist aber, dass die gleichen Messungen wie bisher durchgeführt werden. Abhängig von den Eigenschaften der Kamera kann die Auswertung nach dem linearen oder generellen Modell benutzt werden. Entsprechend ist der Standard in zwei Dokumente aufgeteilt. Die generelle Auswertemethode wird im Dokument ´Release 4.0 General´ beschrieben, die nach dem linearen Modell, als direkte Fortführung des Release 3.1, im Dokument ´Release 4.0 Linear´.
Zahlreiche Erweiterungen
Außer der nun zwei Auswertemöglichkeiten umfasst Release 4.0 zahlreiche Erweiterungen, um moderne Bildsensoren und Kameras applikationsgerecht charakterisieren zu können:
- • Erweiterter Wellenlängenbereich vom UV bis SWIR
- • Rohdaten beliebiger Bildaufnahmemodalitäten können charakterisiert werden. Damit wurde eine gängige Praxis explizit in den Standard aufgenommen.
- • Am Beispiel der Polarisationsbildsensoren wird gezeigt, wie die Analysetools des EMVA 1288 auch auf aus mehreren Kanälen berechnete abgeleitete Größen angewendet werden können.
- • Moderne CMOS-Sensoren erfordern eine erweiterte Charakterisierung der Inhomogenitäten. Im Gegensatz zu CCD-Sensoren können CMOS-Sensoren charakteristische spalten- oder zeilenorientierte Inhomogenitätsmuster aufweisen. Daher werden die Inhomogenitäten nun in Spalten-, Zeilen-, und Pixelvariationen zerlegt.
- • Optional können nun auch Kameras mit Optiken oder Beleuchtung nach dem Standard vermessen werden. Damit ist dieser nun auch für Bildsensoren mit zum Rand hin verschobenen Mikrolinsen geeignet.
- • Ein besser geeignetes Maß für die Linearität der Kennlinie wird eingeführt.
- • Die doppelt-logarithmische Darstellung des SNR als Funktion der Bestrahlung wird erweitert. Neben der Modellkurve für das totale SNR, das sowohl zeitliches Rauschen als auch die räumliche Variation durch die Inhomogenitäten berücksichtigt, werden jetzt zusätzlich Messpunkte für alle Intensitätsstufen dargestellt.
Fazit
Mit der Release 4.0 erweitert sich das Spektrum der Bildsensoren und Kameras, die nach dem EMVA Standard 1288 vermessen werden können, deutlich. Neben monochromen und Farbbildsensoren kann der Standard auch für UV-, SWIR-, multispektrale, Polarisations- und bildverstärkende Kameras sowie EM-CCDs, multilineare oder andere Kameras mit erweitertem Signalumfang (HDR) und Optiken benutzt werden. Ebenso kann der EMVA 1288 auf Kameras mit Vorverarbeitung wie Rauschunterdrückung oder Bildverschärfung angewendet werden. Lediglich für (Noch)-Exoten wie neuromorphe bzw. event-basierte Kameras ist Release 4.0 noch nicht geeignet. Allerdings haben die Vorarbeiten bereits begonnen, um diese Kameras zukünftig auch charakterisieren zu können. Der Release-Kandidat wird voraussichtlich im Spätsommer 2020 publiziert.
