圖像清晰度測試

我們使用分辨率測試卡、SFR測試卡、白平衡測試卡、灰階卡、動態(tài)范圍測試卡等等檢測相機(jī)鏡頭的性能，主要目的為了實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)參數(shù)以及一致性的確定。其實很多參數(shù)對于不是專業(yè)攝影的用來說都不是很多，只有清晰度時最直觀也是客戶最關(guān)注的信息點之一。

一致性是考驗圖像質(zhì)量測試是否成功的一個基本方面，相機(jī)系統(tǒng)中的每個組件可能都會影響這個測試結(jié)果的變化。對于通過或失敗測試等任務(wù)，主要目標(biāo)是識別由于組件引起的變化，并忽略由于噪聲引起的變化。這里和小編一起討論一下如何成功準(zhǔn)確地復(fù)制測試結(jié)果的變化限制在1-5％之內(nèi)。

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使用測試卡分析軟件可以直接從圖像像素進(jìn)行測量，直接可以看出任何將噪聲添加到圖像源都可能影響測量。從分辨率測試卡測試結(jié)果圖像中可以看出主要噪聲源是電子傳感器噪聲。 光子散粒噪聲在低光情況下也有顯著的干擾。同時也可以測試出其他系統(tǒng)的測量變異性來源，例如自動聚焦滯后，將不在本文中討論。

為了減少清晰度結(jié)果的變化并提高測試的可重復(fù)性，應(yīng)該盡可能的采取措施減少圖像中的噪聲量。

這里有5種方法可以限制測試結(jié)果中的噪音：

最大樣品

由于大多數(shù)噪聲源在曝光中不同曝光和像素位置兩者是獨立的，因此可通過平均多個樣本來有效地消除它們的影響。

為了利用噪聲的時間方面，當(dāng)使用測試卡分析軟件的固定模塊選擇多個圖像文件進(jìn)行分析時，可以使用“合并文件進(jìn)行信號平均”選項組合同一場景的多個圖像。這個技巧適用于Imatest中的所有分析。

類似地，對于基于尺度不變的有效區(qū)域（ROI）的分析，例如優(yōu)選的MTF測量傾斜邊緣技術(shù)，增加在圖像中分析傾斜邊緣周圍的ROI的面積增加獨立隨機(jī)使用的樣品。一般來說，希望在圖表中選擇盡可能大的窗口圍繞傾斜邊緣，并保持在圖像字段的所需區(qū)域內(nèi)(因為MTF通常在字段周圍變化)。這個技巧不適用于在圖像中具有固定特征大小的測試，例如西門子星和雙曲楔分辨率測試卡。

通過圖卡對比確保足夠的信號電平(但不要太多)

對于銳度測量，要測量的信號與圖像中的對比度的量相關(guān)。對比度越高，信噪比(SNR)越高，噪聲對結(jié)果的影響就越小。但是不要同時選擇過多的最優(yōu)：當(dāng)您的傳感器中的像素達(dá)到飽和點，限幅或非線性響應(yīng)區(qū)域時，會出現(xiàn)不切實際的銳度增加。ISO 12233:2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以4:1對比度打印的分辨率測試卡邊緣最佳，以防止大多數(shù)系統(tǒng)的這種飽和。
傾斜邊緣信號電平與邊緣的明暗側(cè)的對比度密切相關(guān)。為了獲得可靠的結(jié)果，您應(yīng)該嘗試實現(xiàn)傾斜邊緣的對比度的最佳范圍。這部分涉及選擇適合您的測試設(shè)置的圖表。

增加受陰影影響最大的測試圖的外部區(qū)域中的對比度是用于增加信號電平的一種技術(shù)。當(dāng)用測試軟件排序圖表時，可以請求適當(dāng)?shù)淖远x。

注意處理圖像的效果

某些測試的設(shè)備可能會產(chǎn)生未經(jīng)軟件處理的原始圖像。在這種情況下，Imatest可以提供透鏡和傳感器的組合系統(tǒng)的精確測量。每當(dāng)相機(jī)設(shè)備在輸入到Imatest之前處理圖像時，該處理的效果可以被觀察，研究和理解，但是不能被忽略。

當(dāng)圖像從較高位深度傳感器轉(zhuǎn)換為8位(24位彩色)JPEG時，可能是由于量化、噪聲略有增加。如果需要大量的圖像處理（閃避和燃燒），噪聲增加可能更糟（可能出現(xiàn)“條帶化”）。通常最好轉(zhuǎn)換為16位（48位彩色）文件。處理還經(jīng)常包括銳化，其可以增加在較高頻率處的噪聲的相對功率。

處理的圖像的最后的提醒是許多消費(fèi)者相機(jī)（特別是移動設(shè)備相機(jī)）使用非線性噪聲減少（諸如雙邊濾波），這可以消除傾斜邊緣目標(biāo)上的圖像噪聲，但也減少紋理細(xì)節(jié)。（側(cè)面注釋：如上所述平均多個圖像將不會工作，當(dāng)涉及非線性處理時）。在這種情況下，分辨率測試卡傾斜邊緣測量可能不能告訴整個圖像的清晰度，枯葉（紋理分析）測試卡可能更合適。

確保更好的暴露

較低的光環(huán)境通常需要較高的ISO速度，以便獲得良好的曝光，這導(dǎo)致增加的傳感器噪聲和變化。確保良好的照相曝光可以減少光子散粒噪聲和圖像中傳感器噪聲的相對影響。增加曝光值的兩種主要方法（盡量如上所述小心將光區(qū)域保持在傳感器的飽和度以下）：
通過增加光源的亮度增加圖表反光量
增加曝光時間以收集更多的光，只要相機(jī)和拍照目標(biāo)都是靜止的

選擇可重復(fù)的測量

在存在噪聲的情況下，MTF曲線的形狀受到干擾。報告中包括一個曲線或比較兩個完整的MTF曲線在通常是不切實際的，因此工程師通常將關(guān)于曲線的信息減少到一個或兩個匯總度量。這些信息主要是用于在單個數(shù)字中傳達(dá)關(guān)于MTF曲線的最重要的信息。

常見的例子有：
MTF10，MTF30和MTF50：MTF曲線分別達(dá)到其歸一化(DC)值的10％，30％和50％的頻率值。
MTF50P：MTF曲線達(dá)到其最大值的50倍的頻率值（如果存在銳化，則其可以大于在DC中發(fā)現(xiàn)的值1）
MTF在1/4和1/2奈奎斯特：MTF值在奈奎斯特采樣率的一半和四分之一（分別為0.125和0.25個周期/像素）。
MTF面積：從DC到0.5周期/像素的MTF曲線下的面積，通常具有歸一化為峰值的曲線，值為1.（較不常見）

這些在下面的合成的，無噪聲的MTF曲線示例中示出。 MTF面積值是曲線下方淡紅色區(qū)域的積分。

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對于噪聲的每個不同實現(xiàn)（即，對傾斜邊緣拍攝的每張照片），這些度量中的每一個的值將稍微改變，但是一些度量值在有噪聲的情況下往往不太穩(wěn)定（具有更多的方差）。 重要的是確保使用體現(xiàn)關(guān)注的MTF特性的度量，但要確保遇到的噪聲量，也是可重復(fù)的。

下面顯示的是從一組模擬傾斜邊緣圖像計算出的一組10個不同的MTF曲線（使用Imatest的SFR分辨率測試卡模塊）。模擬過程包括在5°處產(chǎn)生傾斜邊緣（雙線性插值），應(yīng)用高斯模糊核，添加白高斯像素方面的噪聲（下面每個曲線不同實例），以及使用鈍化掩蔽技術(shù)應(yīng)用銳化。在MTF曲線族上重疊的是對應(yīng)于不同的概括度量的箱線圖（便利圖，簡明地表示整個群體的重要統(tǒng)計，在這種情況下，使用上述過程的100次模擬）。

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這些框的最重要方面是它們中的每一個的長度，其表示每個度量在噪聲邊緣圖像的群體上顯示多少方差。（垂直定向度量的長度已經(jīng)在該圖像中針對不同的軸尺度進(jìn)行補(bǔ)償，以允許與水平繪制的圖像進(jìn)行視覺比較。）注意，MTF50和MTF50P具有與常見MTF30，MTF10比類似的更小方差量。在?和?奈奎斯特的MTF以不同的比例變化，因為它們具有與前面提到的度量不同的單位，后者明顯更多地受噪聲影響。MTF面積具有最小方差，盡管是在不同的尺度上并具有與銳度的不同關(guān)系。（在未來研究MTF Area的適用性，一個非常有前途但未被廣泛使用的度量。）

下面的曲線圖進(jìn)一步示出了不同的MTF度量如何在不同的銳化和噪聲水平上變化。100個隨機(jī)實例中，水平方向為每個噪聲每個度量計算，垂直方向上為標(biāo)準(zhǔn)偏差σmetric。原始模擬分辨率測試卡傾斜邊緣測試圖像的值在[0,255]和4:1對比度之間。

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上述數(shù)字顯示了所有指標(biāo)可變性增加的預(yù)期總趨勢，其中的噪聲增加和銳化水平增加。有趣的是，通過所有級別的噪聲和銳化中基本上對變異性度量的排序是恒定的。另一個值得注意的是，當(dāng)應(yīng)用銳化時?奈奎斯特的MTF10和MTF對銳化特別敏感，在這值其變化性跳躍最多。這兩個指標(biāo)通常是整體變化最大的，而MTF面積卻是最一致的。

當(dāng)選擇用于報告成像系統(tǒng)的銳度的度量時，重要的是要記住易受影響的報告值如何由隨機(jī)噪聲變化的。通過使用更穩(wěn)定的匯總指標(biāo)值，可以確保未來測試中結(jié)果的可重復(fù)性。

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