攝像頭測(cè)試方法及應(yīng)用

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖卡：

要判定攝像頭成像質(zhì)量的好壞，我們需要對(duì)攝像頭成像的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試并評(píng)價(jià)，而我們?nèi)搜鄣姆直媸怯邢薜摹Ｒ粡埻昝赖膱D像所涉及的評(píng)價(jià)參數(shù)有很多，比如分辨率、清晰度、動(dòng)態(tài)范圍、對(duì)比度、顏色、灰階等級(jí)等，因此需要用到多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖卡。固潤(rùn)光電所代理的Imatest和Applied Image公司能提供多種圖像測(cè)試卡以及圖像測(cè)試設(shè)備和相應(yīng)的分析軟件，能夠滿足多種測(cè)試需求，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，為行業(yè)提供多種測(cè)試圖卡。通過(guò)測(cè)試圖卡和相應(yīng)的圖像測(cè)試軟件來(lái)對(duì)攝像頭成像質(zhì)量來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而判定工廠所生產(chǎn)的攝像頭質(zhì)量的好壞。

本文以QA-76數(shù)字影像分辨率測(cè)試卡來(lái)對(duì)攝像頭的成像分辨率進(jìn)行測(cè)試，探討研究如何根據(jù)數(shù)字圖像處理理論進(jìn)行攝像頭準(zhǔn)確調(diào)焦，以獲得較為清晰的圖像，主要分為兩個(gè)部分實(shí)現(xiàn)，第一部分首先選取合適的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試卡，采集圖像并進(jìn)行感興趣區(qū)域的圓心定位。第二部分是對(duì)其圖樣進(jìn)行像素采樣、處理、比較特征值，以判定目前采集圖片是否清晰，確定攝像頭成像分辨率選取合適的數(shù)字圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，以評(píng)定不同清晰度下的圖像相應(yīng)特征值。

ISO12233分辨率圖卡，該分辨率圖卡中包含各種圖樣，使用時(shí)不一定直接使用該圖卡，也可以裁剪出必需的部分，并經(jīng)過(guò)重新拼接排列后使用。

圖2-1 ISO12233分辨率圖表

ISO12233分辨率圖卡使用分析：

1.暗室：不能反光、透光、關(guān)燈后照度低于 1Lx，墻面用 18 度灰的灰布。如無(wú)特殊規(guī)定， 為保證攝像設(shè)備拍攝測(cè)試圖卡時(shí)能夠輸出足夠的信號(hào)，拍攝時(shí)測(cè)試圖卡表面照度范圍應(yīng)在 700Lx～1200Lx 之間，測(cè)試時(shí)飽和度和均勻度可根據(jù)實(shí)際調(diào)節(jié)，正常測(cè)試使用 D65 光源，光強(qiáng)度不足需使用相同光源補(bǔ)光。

2.在 D65 光源色溫下，測(cè)試圖卡上任何一點(diǎn)的照度與測(cè)試圖卡中心照度差不大于 10%； 在其他色溫下，測(cè)試圖卡上任何一點(diǎn)的照度與測(cè)試圖卡中心照度差不大于 30%，光源應(yīng)采取必要的遮光措施，防止光源直射鏡頭。測(cè)試圖卡周圍應(yīng)是低照度，以減少炫光，測(cè)試時(shí)應(yīng)盡量避免外界光線照射。測(cè)試圖卡背景采用黑或吸光型中性灰。

3.測(cè)試中可使下列標(biāo)準(zhǔn)色溫：D65 光源色溫 6500K、泛光燈色溫 3400K。實(shí)際測(cè)試環(huán)境的色溫標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)不大于 200K，色溫從 2700k－7500k 可調(diào)換。

4.溫度 20±2℃，相對(duì)濕度 50±20%。

5.測(cè)試距離可根據(jù)實(shí)際任意調(diào)整。攝像頭與圖卡距離建議為 80-130cm，實(shí)際測(cè)試中若超過(guò)以上范圍需要標(biāo)注。

6.在攝影時(shí)讓圖表的有效高度（橫向長(zhǎng)邊看圖2-1時(shí)粗框內(nèi)側(cè)的高度）正好占滿畫(huà)面，圖案的數(shù)字x100（乘以“整個(gè)畫(huà)面的垂直像素/畫(huà)面中圖表的每有效高度的像素?cái)?shù)”進(jìn)行標(biāo)定。）即為畫(huà)面中每單位高度的條數(shù)。拍攝時(shí)不一定要讓有效高度占滿整個(gè)畫(huà)面，但此時(shí)需要進(jìn)行標(biāo)定。

7.相機(jī)條件設(shè)定的原則：根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量分辨率時(shí)，相機(jī)參數(shù)原則上采用出廠時(shí)的設(shè)定。采用出廠設(shè)定以外的設(shè)定進(jìn)行測(cè)量時(shí)必須注明所采用的設(shè)定。若存在根據(jù)出廠時(shí)的設(shè)定無(wú)法確定的參數(shù)時(shí)，廠商將按照該相機(jī)的用戶最可能使用的設(shè)定進(jìn)行測(cè)量，并注明可確定該設(shè)定的信息。曝光條件、對(duì)焦、變焦位臵沒(méi)有特別規(guī)定；相機(jī)的白平衡必須相對(duì)照明光源進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。

8.測(cè)試圖卡照明方法如下圖所示：

拍攝上述ISO圖表后，打印或顯示拍攝圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行視覺(jué)評(píng)估，也可以使用可執(zhí)行與視覺(jué)評(píng)估同樣處理的軟件進(jìn)行評(píng)估。為了盡量縮小評(píng)估的離散性，以如下2點(diǎn)作為評(píng)估基準(zhǔn)。

A) 將視覺(jué)分辨率評(píng)估圖案的楔形線數(shù)發(fā)生變化（如由5條變?yōu)?條）的空間頻率作為分辨率。單位以畫(huà)面中每高度的條數(shù)來(lái)表示。

B) 觀察時(shí)需要從低頻開(kāi)始跟蹤。

固潤(rùn)光電代理的圖像測(cè)試設(shè)備如下圖：

基于二次模糊的清晰度算法

如果一幅圖像已經(jīng)模糊了，那么再對(duì)它進(jìn)行一次模糊處理，高頻分量變化不大；如果原圖是清晰的，對(duì)它進(jìn)行一次模糊處理，則高頻分量變化會(huì)非常大。因此可以通過(guò)對(duì) 待評(píng)測(cè)圖像進(jìn)行一次高斯模糊處理，得到該圖像的退化圖像，然后再比較原圖像和退化圖像（經(jīng)過(guò)模糊處理后的圖像）相鄰像素值的變化情況，根據(jù)變化的大小確定清晰度的高低，計(jì)算結(jié)果越小表明圖像越清晰，反之則越模糊。這種思路可稱為基于二次模糊的清晰度算法，其簡(jiǎn)化流程如圖3-4所示。

圖3-4 二次模糊清晰度算法流程圖

基于感興趣區(qū)域清晰度評(píng)價(jià)

本文所采用的實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖樣由多個(gè)不同方位的圓形區(qū)域構(gòu)成，考慮到攝像頭拍攝圖像時(shí)聚焦中心以及圖像四周等各個(gè)不同方位清晰度情況不同，所以選用多個(gè)方位的圓形區(qū)域的測(cè)試卡進(jìn)行檢測(cè)，然后再均衡評(píng)價(jià)整體圖像的清晰度。

測(cè)試評(píng)價(jià)整體流程如圖3-5所示：

圖3-5基于感興趣區(qū)域清晰度評(píng)價(jià)整體流程

根據(jù)攝像頭調(diào)焦要求，引入中央條紋清晰度判斷，這里需要先對(duì)中央條紋中心圓心處定位，對(duì)比于四周兩側(cè)圓形區(qū)域圓心定位而言，中央條紋處圓心高亮度圓環(huán)帶較窄，在檢測(cè)到兩側(cè)圓形區(qū)域圓心的情況下，若中央條紋處圓心未能有效定位時(shí)，根據(jù)圖形對(duì)稱等距特點(diǎn)，利用距離比較判斷，確定中央條紋區(qū)域圓心位置坐標(biāo)。

在確定了中央條紋圓心坐標(biāo)后，設(shè)定條紋區(qū)域檢測(cè)框，并從檢測(cè)框圖內(nèi)左上角開(kāi)始掃描條紋各點(diǎn)像素，對(duì)每點(diǎn)像素與其橫向相鄰像素求方差值，并累計(jì)方框內(nèi)總體像素方差和。同時(shí)計(jì)算檢測(cè)框內(nèi)像素總體灰度和，作為背景亮度值。將總體方差和與總體灰度和相除獲得其總體灰度變化比例值，乘以一定的系數(shù)縮放到100以內(nèi)，以便于圓形區(qū)域評(píng)價(jià)值做比較融合。

取得中央條紋區(qū)清晰度評(píng)價(jià)值后，與圓形區(qū)域評(píng)價(jià)值按一定比例權(quán)值綜合，獲得調(diào)整后的評(píng)價(jià)曲線圖。

以下是攝像頭調(diào)焦過(guò)程中從模糊到清晰再到模糊的對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)曲線。