ISO 15529:2010
(Main)Optics and photonics — Optical transfer function — Principles of measurement of modulation transfer function (MTF) of sampled imaging systems
Optics and photonics — Optical transfer function — Principles of measurement of modulation transfer function (MTF) of sampled imaging systems
ISO 15529:2010 specifies the principal MTFs associated with a sampled imaging system, together with related terms, and outlines a number of suitable techniques for measuring these MTFs. It also defines a measure for the “aliasing” related to imaging with such systems. ISO 15529:2010 is particularly relevant to electronic imaging devices such as digital still and video cameras and the detector arrays they embody.
Optique et photonique — Fonction de transfert optique — Principes de mesure de la fonction de transfert de modulation (MTF) des systèmes de formation d'image échantillonnés
L'ISO 15529:2010 décrit les principales MTF associées à un système de formation d'image ainsi que les conditions connexes et expose plusieurs méthodes de mesure possibles de ces MTF. Elle définit également une mesure pour le repliement du spectre lié à la formation d'image avec ce type de système. L'ISO 15529:2010 s'applique particulièrement aux dispositifs d'imagerie électroniques tels que les appareils photonumériques et les caméras vidéo numériques, et les groupements de détecteurs qu'ils renferment.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15529
Third edition
2010-08-01
Optics and photonics — Optical transfer
function — Principles of measurement of
modulation transfer function (MTF) of
sampled imaging systems
Optique et photonique — Fonction de transfert optique — Principes de
mesure de la fonction de transfert de modulation (MTF) des systèmes
de formation d'image échantillonnés
Reference number
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ISO 2010
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms, definitions and symbols .1
3.1 Terms and definitions .1
3.2 Symbols.4
4 Theoretical relationships.5
4.1 Fourier transform of the image of a (static) slit object.5
4.2 Fourier transform of the output from a single sampling aperture for a slit object scanned
across the aperture .6
4.3 Fourier transform of the average LSF for different positions of the slit object.8
5 Methods of measuring the MTFs associated with sampled imaging systems .8
5.1 General .8
5.2 Test azimuth.9
5.3 Measurement of T of a sampled imaging device or complete system .9
sys
5.4 Measurement of the MTF of the sampling aperture, T .15
ap
6 Method of measuring the aliasing function, the aliasing ratio and the aliasing potential.15
Annex A (informative) Background theory.17
Annex B (informative) Aliasing in sampled imaging systems.20
Bibliography.25
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 15529 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee SC 1,
Fundamental standards.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 15529:2007) which has undergone a minor
revision to include measurement and test procedures for aliasing of sampled imaging systems.
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Introduction
One of the most important criteria for describing the performance of an imaging system or device is its MTF.
ISO 9334 covers the conditions to be satisfied by an image system for the MTF concept. These conditions
require that the imaging system be linear and isoplanatic.
For a system to be isoplanatic, the image of a point object (i.e. the point spread function) must be independent
of its position in the object plane to within a specified accuracy. There are types of imaging systems where this
condition does not strictly apply. These are systems where the image is generated by sampling the intensity
distribution in the object at a number of discrete points, or lines, rather than at a continuum of points.
Examples of such devices or systems are: fibre optic face plates, coherent fibre bundles, cameras that use
detector arrays such as CCD arrays, line scan systems such as thermal imagers (for the direction
perpendicular to the lines), etc.
If one attempts to determine the MTF of this type of system by measuring the line spread function of a static
narrow line object and calculating the modulus of the Fourier transform, one finds that the resulting MTF curve
depends critically on the exact position and orientation of the line object relative to the array of sampling points
(see Annex A).
This International Standard specifies an “MTF” for such systems and outlines a number of suitable
measurement techniques. The specified MTF satisfies the following important criteria:
⎯ the MTF is descriptive of the quality of the system as an image-forming device;
⎯ it has a unique value that is independent of the measuring equipment (i.e. the effect of slit object widths,
etc., can be de-convolved from the measured value);
⎯ the MTF can, in principle, be used to calculate the intensity distribution in the image of a given object,
although the procedure does not follow the same rules as it does for a non-sampled imaging system.
This International Standard also specifies MTFs for the sub-units, or imaging stages, which make up such a
system. These also satisfy the above criteria.
A very important aspect of sampled imaging systems is the “aliasing” that can be associated with them. The
importance of this is that it allows spatial frequency components higher than the Nyquist frequency to be
reproduced in the final image as spurious low frequency components. This gives rise to artefacts in the final
image that can be considered as a form of noise. The extent to which this type of noise is objectionable will
depend on the characteristics of the image being sampled. For example, images with regular patterns at
spatial frequencies higher than the Nyquist frequency (e.g. the woven texture on clothing) can produce very
visible fringe patterns in the final image, usually referred to as moiré fringes. These are unacceptable in most
applications if they have sufficient contrast to be visible to the observer. Even in the absence of regular
patterns, aliasing will produce noise-like patterns that can degrade an image.
A quantitative measure of aliasing can be obtained from MTF measurements made under specified conditions.
This International Standard defines such measures and describes the conditions of measurement.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15529:2010(E)
Optics and photonics — Optical transfer function — Principles
of measurement of modulation transfer function (MTF) of
sampled imaging systems
1 Scope
This International Standard specifies the principal MTFs associated with a sampled imaging system, together
with related terms, and outlines a number of suitable techniques for measuring these MTFs. It also defines a
measure for the “aliasing” related to imaging with such systems.
This International Standard is particularly relevant to electronic imaging devices such as digital still and video
cameras and the detector arrays they embody.
Although a number of MTF measurement techniques are described, the intention is not to exclude other
techniques, provided they measure the correct parameter and satisfy the general definitions and guidelines for
MTF measurement as set out in ISO 9334 and ISO 9335. The use of a measurement of the edge spread
function, rather than the line spread function (LSF), is noted in particular as an alternative starting point for
determining the OTF/MTF of an imaging system.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 9334, Optics and photonics — Optical transfer function — Definitions and mathematical relationships
ISO 9335, Optics and photonics — Optical transfer function — Principles and procedures of measurement
ISO 11421, Optics and optical instruments — Accuracy of optical transfer function (OTF) measurement
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document the terms and definitions given in ISO 9334 and the following apply.
3.1.1
sampled imaging system
imaging system or device, where the image is generated by sampling the object at an array of discrete points,
or along a set of discrete lines, rather than a continuum of points
NOTE 1 The sampling at each point is done using a finite size sampling aperture or area.
NOTE 2 For many devices “the object” is actually an image produced by a lens or other imaging system (e.g. when the
device is a detector array).
3.1.2
sampling period
a
physical distance between sampling points or sampling lines
NOTE Sampling is usually by means of a uniform array of points or lines. The sampling period may be different in two
orthogonal directions.
3.1.3
Nyquist limit
maximum spatial frequency of sinewave that the system can generate in the image, equal to 1/(2a)
NOTE See also 3.1.9.
3.1.4
line spread function (LSF) of the sampling aperture of a sampled imaging system
L (u)
ap
variation in sampled intensity, or signal, for a single sampling aperture or line of the sampling array, as a
narrow line object is traversed across that aperture, or line and adjacent apertures or lines
NOTE 1 The direction of traverse is perpendicular to the length of the narrow line object and in the case of systems
which sample over discrete lines, is also perpendicular to these lines.
NOTE 2 L (u) is a one-dimensional function of position u in the object plane, or equivalent position in the image.
ap
3.1.5
optical transfer function (OTF) of a sampling aperture
D (r)
ap
Fourier transform of the line spread function, L (u), of the sampling aperture
ap
D rL=⋅u exp−i2πur du
() ( ) ( )
ap ap
∫
where r is the spatial frequency
3.1.6
modulation transfer function (MTF) of a sampling aperture
T (r)
ap
modulus of D (r)
ap
3.1.7
reconstruction function
function used to convert the output from each sampled point, aperture or line, to an intensity distribution in the
image
NOTE The reconstruction function has an OTF and MTF associated with it denoted by D (r) and T (r) respectively.
rf rf
3.1.8
MTF of a sampled imaging system
T (r)
sys
product of the aperture MTF, T (r), and the MTF of the reconstruction function, T (r), with the MTF of any
ap rf
additional input device (e.g. a lens) and output device (e.g. a CRT monitor) which are regarded as part of the
imaging system
NOTE When quoting a value for T it should be made clear what constitutes the system. The system could, for
sys
example, be just a detector array and associated drive/output electronics, or could be a complete digital camera and CRT
display.
2 © ISO 2010 – All rights reserved
3.1.9
Fourier transform of the image of a narrow slit produced by the i
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15529
Troisième édition
2010-08-01
Optique et photonique — Fonction de
transfert optique — Principes de mesure
de la fonction de transfert de modulation
(MTF) des systèmes de formation d'image
échantillonnés
Optics and photonics — Optical transfer function — Principles of
measurement of modulation transfer function (MTF) of sampled imaging
systems
Numéro de référence
©
ISO 2010
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Publié en Suisse
ii © ISO 2010 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes, définitions et symboles.2
3.1 Termes et définitions .2
3.2 Symboles.4
4 Relations théoriques .5
4.1 Transformée de Fourier de l'image de la fente objet (statique).5
4.2 Transformée de Fourier de la sortie d'une ouverture d'échantillonnage simple impliquant
une fente objet explorée à travers l'ouverture .7
4.3 Transformée de Fourier de la LSF moyenne impliquant différentes positions de la fente
objet .7
5 Méthodes de mesure des MTF associées aux systèmes de formation d'image .8
5.1 Généralités .8
5.2 Azimut d'essai.9
5.3 Mesurage de la MTF du système, T (r), d'un dispositif de formation d'image
sys
échantillonné ou d'un système complet .10
5.4 Mesurage de la MTF de l'ouverture d'échantillonnage, T .16
ap
6 Méthode de mesure de la fonction de repliement du spectre, du rapport de repliement du
spectre et du potentiel de repliement du spectre .17
Annexe A (informative) Théorie fondamentale .18
Annexe B (informative) Repliement du spectre dans les systèmes de formation d'image
échantillonnés .21
Bibliographie.26
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 15529 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-comité SC 1,
Normes fondamentales.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 15529:2007), qui a fait l'objet d'une
révision mineure afin d'inclure les modes opératoires de mesure et d'essai pour le repliement du spectre des
systèmes de formation d'image échantillonnés.
iv © ISO 2010 – Tous droits réservés
Introduction
La fonction de transfert de modulation, MTF, constitue l'un des principaux critères de description des
performances d'un système ou d'un dispositif de formation d'image. Les conditions d'application du concept
MTF auxquelles satisfait un système de formation d'image sont spécifiées dans l'ISO 9334 et impliquent que
le système de formation d'image soit linéaire et isoplanétique.
Pour qu'un système soit isoplanétique, l'image d'un point objet (c'est-à-dire la répartition des éclairements
dans l'image d'un point) doit être indépendante de sa position dans le plan objet, dans les limites d'exactitude
spécifiées. Il existe plusieurs types de systèmes de formation d'image où cette condition n'est pas strictement
remplie. Ce sont des systèmes où l'image est générée en échantillonnant la répartition de la luminance dans
l'objet sur un nombre de points discrets ou de lignes discrètes, plutôt que sur un continuum de points.
Parmi ces dispositifs ou systèmes, on peut citer les lames frontales de fibres, les faisceaux de fibres optiques
cohérents, les caméras utilisant des groupements de détecteurs tels que des matrices de CCD, les systèmes
infrarouges à balayage tels que les caméras infrarouges (dont l'azimut est perpendiculaire aux lignes), etc.
Si l'on essaye de déterminer la MTF de ce type de système en mesurant la répartition des éclairements d'une
droite objet statique étroite et en calculant le module de la transformée de Fourier, on trouvera que la courbe
MTF résultante dépend étroitement de la position et de l'orientation exactes de la droite objet par rapport à la
barrette des points d'échantillonnage (voir Annexe A).
La présente Norme internationale spécifie une MTF s'appliquant à des systèmes de ce type et expose
plusieurs méthodes de mesure appropriées. La MTF spécifiée répond aux principaux critères suivants:
⎯ la qualité du système en tant que dispositif de formation d'image dépend de la MTF;
⎯ la MTF est une valeur unique et indépendante de l'appareil de mesure (c'est-à-dire que l'effet des
largeurs de la fente-mire, etc., peut faire l'objet d'une déconvolution à partir de la valeur mesurée);
⎯ la MTF peut, en principe, être utilisée pour calculer la répartition de luminance dans l'image d'un objet
défini, bien que le mode opératoire ne suive pas les mêmes règles que pour un système de formation
d'image non échantillonné.
La présente Norme internationale décrit également les MTF destinées aux unités secondaires, c'est-à-dire les
étapes de formation d'image constituant ce type de systèmes. Ces dernières répondent également aux
critères susmentionnés.
Un aspect très important des systèmes de formation d'image échantillonnés est le repliement du spectre qui
peut leur être associé. L'importance de ce phénomène réside dans le fait qu'il permet la production de
fréquences spatiales supérieures à la fréquence de Nyquist dans l'image finale sous forme de basses
fréquences parasites. Cela génère dans l'image finale des artefacts qui peuvent être considérés comme une
forme de bruit. Le degré de nuisance de ce type de bruit dépendra des caractéristiques de l'image
échantillonnée. Par exemple, des images à motifs réguliers ayant des fréquences spatiales supérieures à la
fréquence de Nyquist (par exemple textures tissées de vêtements) peuvent se traduire par des motifs à
franges très visibles dans l'image finale, communément appelés franges moirées. Celles-ci sont inacceptables
dans la plupart des applications si le contraste les rend visibles pour l'observateur. Même en l'absence de
motifs réguliers, le repliement du spectre peut produire des motifs bruités susceptibles de dégrader une image.
Une mesure quantitative du repliement du spectre peut être obtenue à partir des mesurages de la MTF
effectués dans des conditions données. La présente Norme internationale définit ce type de mesurages et
décrit les conditions de mesure.
NORME INTERNATIONALE ISO 15529:2010(F)
Optique et photonique — Fonction de transfert optique —
Principes de mesure de la fonction de transfert de modulation
(MTF) des systèmes de formation d'image échantillonnés
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale décrit les principales MTF associées à un système de formation d'image
ainsi que les conditions connexes et expose plusieurs méthodes de mesure possibles de ces MTF. Elle définit
également une mesure pour le repliement du spectre lié à la formation d'image avec ce type de système.
La présente Norme internationale s'applique particulièrement aux dispositifs d'imagerie électroniques tels que
les appareils photonumériques et les caméras vidéo numériques, et les groupements de détecteurs qu'ils
renferment.
Bien qu'un certain nombre de méthodes de mesure MTF soient décrites ci-après, la présente Norme
internationale n'a pas vocation d'exclure les autres méthodes si tant est qu'elles fournissent des résultats
similaires et qu'elles correspondent aux définitions générales et aux lignes directrices visant à mesurer la MTF
conformément à l'ISO 9334 et à l'ISO 9335. L'exploitation du mesurage de la répartition des éclairements
dans l'image d'un «bord de plage», plutôt que de la répartition des éclairements dans l'image d'une ligne,
LSF, est mentionnée comme solution de départ optionnelle pour déterminer l'OTF/MTF d'un système de
formation d'image (OTF = fonction de transfert optique).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 9334, Optique et photonique — Fonction de transfert optique — Définitions et relations mathématiques
ISO 9335, Optique et photonique — Fonction de transfert optique — Principes et procédures de mesure
ISO 11421, Optique et instruments d'optique — Exactitude du mesurage de la fonction de transfert optique
(OTF)
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 9334 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1.1
système de formation d'image échantillonné
système ou dispositif optique où l'image est générée par échantillonnage de l'objet sur un alignement de
points discrets ou le long d'un ensemble de lignes discrètes, plutôt que sur un continuum de points
NOTE 1 L'échantillonnage sur chaque point est réalisé à partir d'une ouverture ou d'une zone d'échantillonnage finie.
NOTE 2 Pour de nombreux dispositifs, «l'objet» est en fait une image produite par une lentille ou un autre système
d'imagerie (par exemple lorsque le dispositif forme un groupement de détecteurs).
3.1.2
période d'échantillonnage
a
distance physique entre les points ou les lignes d'échantillonnage
NOTE L'échantillonnage est souvent effectué au moyen d'une barrette uniforme de points ou de li
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.