增加清晰度測(cè)試可重復(fù)性的五個(gè)方法

一致性是成功的圖像質(zhì)量測(cè)試的基本方面。系統(tǒng)中的每個(gè)組件都可能會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的變化。對(duì)于通過(guò)/失敗測(cè)試等任務(wù)，主要目標(biāo)是識(shí)別由于組件造成的變化并忽略由于噪聲引起的變化。能夠準(zhǔn)確地復(fù)制測(cè)試結(jié)果，變異性限制在1-5％，可以更準(zhǔn)確地描述產(chǎn)品的性能。

由于Imatest直接從圖像像素進(jìn)行測(cè)量，因此任何對(duì)圖像添加噪點(diǎn)的來(lái)源都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。圖像中噪聲的主要來(lái)源是電子傳感器噪聲。在弱光情況下，光子散粒噪聲也有顯著影響。

為了減少銳度結(jié)果的變化并提高測(cè)試的重復(fù)性，您應(yīng)該采取措施減少圖像中的噪點(diǎn)。

這里有5個(gè)技巧來(lái)限制測(cè)試結(jié)果中的噪聲：

最大化您的樣品

由于大多數(shù)噪聲源在曝光中的不同曝光和像素位置都是獨(dú)立的，因此可以通過(guò)平均多個(gè)樣本來(lái)有效地消除它們的影響。

為了利用噪聲的時(shí)間方面，當(dāng)使用Imatest的固定模塊選擇多個(gè)圖像文件進(jìn)行分析時(shí)，可以使用“組合文件進(jìn)行信號(hào)平均”選項(xiàng)合并同一場(chǎng)景的多個(gè)圖像。這個(gè)技巧適用于Imatest的所有分析。

類似地，對(duì)于基于比例不變的感興趣區(qū)域（ROI）的分析，例如優(yōu)選的MTF測(cè)量?jī)A斜邊緣技術(shù)，增加在圖像中分析的傾斜邊緣周圍的ROI的面積增加了獨(dú)立隨機(jī)使用的樣品。一般來(lái)說(shuō)，您希望在圖表中選擇盡可能大的一個(gè)窗口周圍的傾斜邊緣，并保留在圖像字段的所需區(qū)域內(nèi)（因?yàn)镸TF通常在字段周圍變化）。這個(gè)技巧不適用于圖像中具有固定特征尺寸的測(cè)試，如西門子星和雙曲線楔。

通過(guò)圖表對(duì)比確保足夠的信號(hào)水平（但不要太多）

對(duì)于銳度測(cè)量，您要測(cè)量的信號(hào)與圖像中的對(duì)比度有關(guān)。對(duì)比度越高，信噪比（SNR）越高，噪音對(duì)結(jié)果的影響越小。然而，可能有太多好東西：當(dāng)傳感器中的像素達(dá)到飽和點(diǎn)，削波點(diǎn)或非線性響應(yīng)區(qū)域時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不切實(shí)際的銳度增加。ISO 12233：2014標(biāo)準(zhǔn)指定以4：1對(duì)比度打印的測(cè)試圖邊緣，以防止大多數(shù)系統(tǒng)出現(xiàn)飽和。

傾斜的邊緣信號(hào)電平與邊緣的明暗邊對(duì)比度密切相關(guān)。為了獲得可靠的結(jié)果，您應(yīng)該嘗試實(shí)現(xiàn)傾斜邊緣的最佳對(duì)比度范圍。這部分涉及選擇適合您的測(cè)試設(shè)置的圖表。

增加陰影影響最大的測(cè)試圖的外部區(qū)域的對(duì)比度是增加信號(hào)電平的一種技術(shù)。從Imatest訂購(gòu)圖表時(shí)，可以根據(jù)需要請(qǐng)求自定義。

請(qǐng)注意處理圖像的效果

一些使用Imatest進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備可以生成捕捉后未被軟件處理的原始圖像。在這種情況下，Imatest可以提供鏡頭和傳感器組合系統(tǒng)的精確測(cè)量。每當(dāng)照相機(jī)設(shè)備在輸入給Imatest之前處理圖像時(shí)，可以觀察，研究和理解該處理的效果，但是不能被忽略。

當(dāng)圖像從較高位深傳感器轉(zhuǎn)換為8位（24位彩色）JPEG時(shí)，由于量化，噪聲會(huì)稍微增加。如果需要廣泛的圖像處理（閃避和刻錄），則噪聲增加可能會(huì)更糟（可能出現(xiàn)“條帶化”）。通常最好轉(zhuǎn)換為16位（48位顏色）文件。處理還經(jīng)常包括銳化，這可以在較高頻率下增加噪聲的相對(duì)功率。

處理圖像的最后一個(gè)警告是，許多消費(fèi)類相機(jī)（特別是移動(dòng)設(shè)備相機(jī)）使用非線性降噪（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)。（注意：當(dāng)涉及到這樣的非線性處理時(shí)，如上所述對(duì)多個(gè)圖像求平均值將不起作用）。在這種情況下，傾斜的邊緣測(cè)量可能無(wú)法告訴整個(gè)銳度的故事，而隨機(jī)（紋理分析）圖可能更合適。

確保更好的曝光

較低的光照環(huán)境通常需要更高的ISO感光度，以獲得良好的曝光，從而導(dǎo)致傳感器噪音和變化增加。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(duì)影響。提高曝光值的兩種主要方法（盡管要小心保持光線區(qū)域低于傳感器的飽和度，如上所述）：

1. 通過(guò)增加光源的亮度來(lái)增加圖表反射的光量
2. 只要照相機(jī)和目標(biāo)都是靜止的，就增加曝光時(shí)間以聚集更多光線

選擇一個(gè)可重復(fù)的測(cè)量

MTF曲線的形狀在有噪聲的情況下會(huì)受到干擾。比較兩個(gè)完整的MTF曲線或在報(bào)告中加入一條曲線通常是不切實(shí)際的，所以工程師通常會(huì)將關(guān)于曲線的信息減少為一個(gè)或兩個(gè)總結(jié)指標(biāo)。這些是為了在單個(gè)數(shù)字中傳達(dá)關(guān)于曲線的最重要的信息。常見(jiàn)的例子是：

• 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，則可以大于在DC中找到的值1）
• 在1/4和1/2奈奎斯特時(shí)的MTF：在奈奎斯特采樣速率的一半和四分之一處的MTF值（分別為0.125和0.25個(gè)周期/像素）。
• MTF面積：從DC到0.5個(gè)周期/像素的MTF曲線下的面積，通常曲線歸一化到峰值為1（不太常見(jiàn)）。

下面以合成的無(wú)噪聲MTF曲線為例進(jìn)行說(shuō)明。MTF面積值是曲線下面淺紅色區(qū)域的積分。

每一個(gè)不同的噪聲實(shí)現(xiàn)（即每張照片的傾斜邊緣），這些度量值的值都會(huì)有所變化，但是在噪聲存在的情況下，一些度量值往往不太穩(wěn)定（具有更多的方差）。確保使用體現(xiàn)您所關(guān)心的MTF特性的指標(biāo)是非常重要的，但考慮到您可能遇到的噪音量也是可重復(fù)的。

下面顯示的是一組10個(gè)不同的MTF曲線（使用Imatest的SFR模塊）從一組模擬的傾斜邊緣圖像中計(jì)算出來(lái)的。我們的仿真過(guò)程包括產(chǎn)生5度傾斜的邊緣（雙線性插值），應(yīng)用高斯模糊核，添加高斯白色像素噪聲（下面的每條曲線的不同實(shí)例）以及使用不銳化掩模技術(shù)應(yīng)用銳化。在MTF曲線族上重疊的是與不同總結(jié)度量相對(duì)應(yīng)的箱形圖（簡(jiǎn)潔地表示整個(gè)人口的重要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在這種情況下，使用上述過(guò)程的100次模擬）。

這些討論框中最重要的方面是它們每個(gè)的長(zhǎng)度，它表示每個(gè)度量在噪聲邊緣圖像的總體上顯示多少差異。（垂直方向度量的長(zhǎng)度已經(jīng)在該圖像中的不同軸比例上進(jìn)行了補(bǔ)償，以允許與水平繪制的長(zhǎng)度進(jìn)行視覺(jué)比較。）注意，MTF50和MTF50P具有比相似的常見(jiàn)MTF30，MTF10更小的方差量。1/2和1/4乃奎斯特的MTF的變化規(guī)模不同，因?yàn)樗鼈兊膯挝槐惹懊嫣岬降闹笜?biāo)有所不同，后者受到的噪音影響更大。MTF區(qū)域具有最小的變化，盡管這也是不同的規(guī)模，并且與銳度有不同的關(guān)系。（我們將研究MTF Area的適用性，這是一個(gè)非常有希望但不常用的指標(biāo)，

下面的圖進(jìn)一步顯示了不同的MTF度量在不同的銳化和噪聲水平下是如何變化的。在每個(gè)噪聲水平上的每個(gè)度量上計(jì)算每個(gè)度量的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ?度量，超過(guò)100個(gè)隨機(jī)實(shí)例。原始的模擬傾斜邊緣測(cè)試圖像在[0,255]和4：1對(duì)比度之間被估值。

以上數(shù)據(jù)顯示了所有指標(biāo)的變化性增加的預(yù)期總趨勢(shì)，包括噪聲增加和銳化水平不斷提高。有趣的是，各種噪聲和銳化水平的變化的值排序基本不變。另一個(gè)值得注意的問(wèn)題是，在奈奎斯特1/2的MTF10和MTF對(duì)銳化特別敏感 - 當(dāng)應(yīng)用銳化時(shí)，它們的變化性跳動(dòng)最大。這兩個(gè)指標(biāo)通常也是整體上變化最大的，而MTF區(qū)域是最一致的。

當(dāng)選擇用于報(bào)告成像系統(tǒng)的清晰度的度量時(shí)，重要的是要記住易受影響的報(bào)告值由于隨機(jī)噪聲而變化。通過(guò)使用更穩(wěn)定的匯總度量標(biāo)準(zhǔn)值，可以確保將來(lái)測(cè)試中結(jié)果的可重復(fù)性。

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