izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-4-28-35izmertech-1898Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSОценка эффективности измерений шумов фотосенсоров цифровых камер методами автоматической сегментации неоднородной сцены и стандартным методом EMVA 1288Estimation of efficiency of measurement of digital camera photosensor noise by automatic segmentation of non-uniform target method and the standard EMVA 1288ЕвтихиевН. Н.EvtikhievN. N.

Николай Николаевич Евтихиев

Москва

Nickolay N. Evtikhiev

Moscow

k1121@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6985-9663КозловА. В.KozlovA. V.

Александр Валерьевич Козлов

Москва

Alexander V. Kozlov

Moscow

 

vitaly.krasnov@mail.ruКрасновВ. В.KrasnovV.

Виталий Вячеславович Краснов

Москва

V. Krasnov

Moscow

AlexKozloWV@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3667-8262РодинВ. Г.RodinV. G.

Владислав Геннадьевич Родин

Москва

Vladislav G. Rodin

Moscow

holo_mephi@mail.ruСтариковР. С.StarikovR. S.

Ростислав Сергеевич Стариков

Москва

Rostislav S. Starikov

Moscow

rstarikov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3556-2663ЧерёмхинП. А.CheremkhinP. A.

Павел Аркадьевич Черёмхин

Москва

Pavel A. Cheremkhin

Moscow

cheremhinpavel@mail.ruНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University “MEPhI” (Moscow Engineering Physics Institute)Russian Federation202102082023042835Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1898

Рассмотрена актуальная для современной фототехники задача характеризации используемых цифровых камер – определение их шумовых характеристик. Освещены вопросы ограничения точности данных, получаемых с помощью цифровых камер, связанные с шумом фотосенсоров. Дан сравнительный анализ двух методов характеризации: стандартного метода на основе стандарта Европейской ассоциации машинного зрения EMVA 1288 и оперативного метода на базе автоматической сегментации неоднородной сцены. Исследованы шумовые характеристики фотосенсоров цифровых камер различного назначения: камеры технического зрения PixeLink PL-B781F, камеры для научных исследований Retiga R6 и бытовой камеры Canon EOS M100. Проанализированы полученные значения точности, скорости расчётов и реализации методов. Показано, что при оценке временны́х шумов метод автоматической сегментации неоднородной сцены не уступает по точности стандартному методу и может быть реализован за существенно меньший промежуток времени даже с учётом дополнительных снимков для повышения точности.

In this paper important task of estimation of digital camera’s noise parameters is considered. Relation of accuracy of data obtained with digital camera and photosensor noise is discussed. Both standard European machine vision association EMVA 1288 and fast automatic segmentation of non-uniform target (ASNT) noise estimation methods are compared. Noise characteristics of machine vision PixeLink PL-B781F, scientific Retiga R6 and amateur mirrorless Canon EOS M100 cameras have been investigated. Accuracy of measurements, speed of calculation and experimental realization has been analyzed. Accuracy of temporal noise estimation by modifi ed ASNT method is no less than that one for standard EMVA 1288. But the ASNT method can be implemented much faster than the standard EMVA 1288 even with additional frames for accuracy improvement.

временно́й шумпространственный шумцифровые камерыфотосенсорыдробовый шумцифровая обработка изображенийnoisetemporal noisespatial noisedigital camerasphotosensorsshot noisedigital image processingReferencesHandbook of Practical Astronomy, ed. G. Roth, Springer, 2009, 736 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-76379-6Handbook of Practical Astronomy, ed. G. Roth, Springer, 2009, 736 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-76379-6Stuurman N., Ronald D., Biol. Bull., 2016, vol. 231, no. 1, pp. 5–13. https://doi.org/10.1086/689587Stuurman N., Ronald D., Biol. Bull., 2016, vol. 231, no. 1, pp. 5–13. https://doi.org/10.1086/689587Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), ed. O. Pianykh, Springer, 2012, 602 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-10850-1Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), ed. O. Pianykh, Springer, 2012, 602 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-10850-1Thaker A., Patel S., Solanki P., Planetary and Space Science, 2020, vol. 184, pp. 104856. https://doi.org/10.1016/j.pss.2020.104856Thaker A., Patel S., Solanki P., Planetary and Space Science, 2020, vol. 184, pp. 104856. https://doi.org/10.1016/j.pss.2020.104856Cerrato-Alvarez M., Frutos-Puerto S., Miró-Rodríguez C., Pinilla-Gil E., Microchem. J., 2020, vol. 154, pp. 104535. https://doi.org/10.1016/j.pss.2020.104856Cerrato-Alvarez M., Frutos-Puerto S., Miró-Rodríguez C., Pinilla-Gil E., Microchem. J., 2020, vol. 154, pp. 104535. https://doi.org/10.1016/j.pss.2020.104856Cai F., Wang T., Lu W., Zhang X., Optik, 2020, vol. 207, pp. 164449. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.164449Cai F., Wang T., Lu W., Zhang X., Optik, 2020, vol. 207, pp. 164449. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.164449Mai H., Le T., Computer Optics, 2020, vol. 44, no. 2, pp. 189–194. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-604Mai H., Le T., Computer Optics, 2020, vol. 44, no. 2, pp. 189–194. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-604Cheremkhin P., Evtikhiev N., Krasnov V., Kulakov M., Kurbatova E., Molodtsov D., Rodin V., Proceedings of SPIE, 2016, vol. 9889, pp. 98891M. https://doi.org/10.1117/12.2227767Cheremkhin P., Evtikhiev N., Krasnov V., Kulakov M., Kurbatova E., Molodtsov D., Rodin V., Proceedings of SPIE, 2016, vol. 9889, pp. 98891M. https://doi.org/10.1117/12.2227767Кулеш В. П. Особенности применения видеограмметрии в экспериментальной аэродинамике // Измерительная техника. 2018. № 11. С. 40–45. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-11-40-45Kulesh V. P., Measurement Techniques, 2019, vol. 61, no. 11, pp. 1091–1097. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01554-9Евтихиев Н. Н., Краснов В. В., Кузьмин И. Д., Молодцов Д. Ю., Родин В. Г., Стариков Р. С., Черёмхин П. А. Оптическое кодирование QR-кодов в схеме с пространственнонекогерентным освещением на базе двух микрозеркальных модуляторов света // Квантовая электроника. 2020. Т. 50, № 2. С. 195–196. https://doi.org/10.1070/QEL17139Evtikhiev N. N., Krasnov V. V., Kuzmin I. D., Molodtsov D. Yu., Rodin V. G., Starikov R. S., Cheremkhin P. A., Quantum Electronics, 2020, vol. 50, no. 2, pp. 195–196. https://doi.org/10.1070/QEL17139Абрамов А. Д., Никонов А. И. Измерение параметров микрорельефа на основе корреляционного метода обработки изображений исследуемых поверхностей // Измерительная техника. 2018. № 11. С. 36–39. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-11-36-39Abramov A. D. Nikonov A. I., Measurement Techniques, 2019, vol. 61, no. 11, pp. 1086–1090. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01553-wМочалов А. А., Вараксин А. Ю., Арбеков А. Н. Измерения полей скорости нестационарных воздушных вихрей методом анемометрии по изображениям частиц // Измерительная техника. 2019. № 3. C. 37–41. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-3-37-41Mochalov A. A., Varaksin A. Yu., Arbekov A. N., Measurement Techniques, 2019, vol. 62, no. 3, pp. 242–248. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01611-3European Machine Vision Association, EMVA Standard 1288 Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras, Release 3.1, 2016. URL: http://www.emva.org/cms/upload/Standards/(датаобращения:12.12.2020).European Machine Vision Association, EMVA Standard 1288 Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras, Release 3.1, 2016, available at: http://www.emva.org/cms/upload/Standards/(accessed:12.12.2020).Rakhshanfar M., Amer M., IEEE Trans. Image Process, 2016, vol. 25, no. 9, pp. 4175–4184. https://doi.org/10.1109/TIP.2016.2588320Rakhshanfar M., Amer M., IEEE Trans. Image Process, 2016, vol. 25, no. 9, pp. 4175–4184. https://doi.org/10.1109/TIP.2016.2588320Fundamentals of Image Processing, ed. I. T. Young, J. J. Gerbrands, L. J. van Vliet, Delft, Delft University of Technology, 2007, 113 p.Fundamentals of Image Processing, ed. I. T. Young, J. J. Gerbrands, L. J. van Vliet, Delft, Delft University of Technology, 2007, 113 p.Varuna De Silva, Viacheslav Chesnokov, Daniel Larkin, Proceedings of Electronic Imaging, Digital Photography and Mobile Imaging XII, San-Francisco, USA, February 14–18, 2016, Society for Imaging Science and Technology, 2016, pp. 1–5. https://doi.org/10.2352/ISSN.2470-1173.2016.18.DPMI-249Varuna De Silva, Viacheslav Chesnokov, Daniel Larkin, Proceedings of Electronic Imaging, Digital Photography and Mobile Imaging XII, San-Francisco, USA, February 14–18, 2016, Society for Imaging Science and Technology, 2016, pp. 1–5. https://doi.org/10.2352/ISSN.2470-1173.2016.18.DPMI-249Cheremkhin P., Evtikhiev N., Starikov S., Krasnov V., Rodin V., Optical Engineering, 2014, vol. 53, no. 10, pp. 102107. https://doi.org/10.1117/1.OE.53.10.102107Cheremkhin P., Evtikhiev N., Starikov S., Krasnov V., Rodin V., Optical Engineering, 2014, vol. 53, no. 10, pp. 102107. https://doi.org/10.1117/1.OE.53.10.102107Foi A., Alenius S., Katkovnik V., Egiazarian K., IEEE Sensors Journal, 2007, vol. 7, pp. 1456–1461. https://doi.org/10.1109/JSEN.2007.904864Foi A., Alenius S., Katkovnik V., Egiazarian K., IEEE Sensors Journal, 2007, vol. 7, pp. 1456–1461. https://doi.org/10.1109/JSEN.2007.904864Cheremkhin P., Evtikhiev N., Krasnov V., Rodin V., Starikov R., Starikov S., Proceedings of SPIE, 2015, vol. 9648, pp. 96480R. https://doi.org/10.1117/12.2194979Cheremkhin P., Evtikhiev N., Krasnov V., Rodin V., Starikov R., Starikov S., Proceedings of SPIE, 2015, vol. 9648, pp. 96480R. https://doi.org/10.1117/12.2194979Grunwald M., Laube P., Schall M., Umlauf G., Franz M., Proceedings of SPIE, 2017, vol. 10395, pp. 103950. https://doi.org/10.1117/12.2272559Grunwald M., Laube P., Schall M., Umlauf G., Franz M., Proceedings of SPIE, 2017, vol. 10395, pp. 103950. https://doi.org/10.1117/12.2272559

The authors declare that there are no conflicts of interest present.