图像质量的因素.doc

汇总表图像质量的因素和相应的测试图和模块
锐度

噪音

动态范围，色调，对比度和

色彩准确度
镜头畸变

光衰减和不均匀性

瑕疵

ISO感光度
横向色差

眩光

彩色云纹

软件构件
打印的Dmax

打印色域

纹理细节

概述和测量的Imatest
图像质量是这些概念是大于部分的总和之一。但你不能忽视的部分，如果你的目标是生产出最高质量的图像。每幅图像质量因子计数。
此页面介绍了关键的图像质量的因素，并简要介绍了如何使用Imatest™测量它们，链接到详细页面。这是一个引导者的Imatest图像质量的因素举办。其他指南包括旅（由模块组织），并使用Imatest文件（目录表）。
为了说明质量的因素，我们采用纪念碑山谷的这个清晨图像从亨特的梅萨，靠近亚利桑那州，犹他州边界。一个13 × 19 的打印（可购买）是惊人的，尽管它无法捕捉抓住相机齿轮和卡车运行的风暴爆发的经验。亨特的梅萨是不公开的土地; 你需要一个纳瓦霍引导到那里。汤姆·菲利普斯做了出色的工作。

图像质量测量包括：受
· 镜头 -  的Imatest自己无法衡量的镜头，但镜头可以有效地相互比较使用单相机机身一致的影像处理设定。 
· 传感器 -  的Imatest可以测量从最低限度加工的镜头+传感器的性能RAW图像（如果有）。锐度，畸变，暗角，横向色差，噪声和动态范围，可以在此阶段进行测量的主要因素。大多数这些测量可以清楚地分类为好/坏。
· 图像处理流水线 -通常包括去马赛克，色彩校正，白平衡，伽玛应用和色调反应曲线，锐化和降噪。测量从发送到用户（例如，在相机的JPEG图像）的图像。附加的图像质量的因素包括色调响应（对比度等），颜色响应，等等。管道的输出进行比较，以最低限度地处理透镜+传感器的测量。
管道的主观图像质量的影响可以是高度场景和依赖于应用程序，使得它难以分配的“好”或“坏”的排名。的Imatest对需要这些因素来仔细解释的结果。示例：
o 高对比度的图像通常得分较高的视觉质量评估测试，但高对比度可以导致削波（如烂花亮点可见）的反差（通常阳光照射）的场景。以“肩膀”色调响应曲线可以提供帮助。见Stepchart和Multicharts。
o 大多数消费者找到准确的色彩很无聊，所以相机厂商“加强”的颜色在许多方面，如提高色度。见Colorcheck和Multicharts。
o 大多数消费者不喜欢嘈杂的图像，但软件降噪（在缺乏反差功能区典型的低通滤波）可以去除细小的纹理，造成了卡通般的“塑料”的样子。看到日志的F-对比度和随机/枯叶。
汇总表
下表总结了详细描述的图像质量的因素如下。大多数图表都可以从Imatest的商店。
品质因数
图
模
评论
相机，镜头
瑕疵，传感器缺陷
平原，均匀照射面
污点
可以用显示纯平显示器屏幕上的图案。乳白玻璃扩散建议。注[1]
色彩准确度
爱色丽色卡（24补丁）
Colorcheck，Multicharts

IT8.7
Multicharts

使用ColorChecker SG，一般m × n个网格，和许多其他图表
Multicharts
注[1]
动态范围，色调响应，对比度
步骤图表
Stepchart
传输的图表，如使用Imatest 36-补丁动态范围图表或斯托弗T4110建议对DR  算法
反光一步图表
动态范围
更方便的用于测量DR比Stepchart因为它不需要传输图表。
特别图表：ISO-16067-1 ，QA-62，EIA灰度，ISO-14524 
OECF，ISO-15739 
噪声
Stepchart
注[1]。很多都可以从使用Imatest商店。
色卡，色卡SG，IT8.7，步骤图
Multicharts

SFRplus，ESFR ISO
SFRplus，ESFR ISO

不测量DR。高度自动化。测量的几个因素。可从Imatest的商店。
曝光准确
步骤图表（反射）
Stepchart

爱色丽色卡
Colorcheck

ISO感光度
（密切相关的
曝光指数）
步骤图表
Stepchart
两个ISO感光度的测量显示，当入射光（勒克司）进入。在细节ISO感光度和曝光指数
各种颜色和步骤图
Multicharts
SFRplus，ESFR ISO
SFRplus，ESFR ISO

爱色丽色卡
Colorcheck
横向色差
斜边，ISO 12233的图表
SFR
可从Imatest的商店。注[2]
SFRplus，ESFR ISO

可从Imatest的商店。注[2]
圆点图案
圆点图案
可从Imatest的商店。注[2]
镜头畸变
正方形或矩形网格或棋盘，
失真
由可打印测试图表或显示LCD平面显示器屏幕上的图案。
SFRplus，ESFR ISO
SFRplus，ESFR ISO

高度自动化。测量的几个因素。结果在图像和几何图形的显示。
圆点图案
圆点图案
 从可用的Imatest商店。
光衰减，渐晕
平原，均匀照射面
光衰减
可以用显示纯平显示器屏幕上的图案。乳白玻璃扩散建议。
噪音
步骤图表
Stepchart

爱色丽色卡
Colorcheck

SFRplus，ESFR ISO
SFRplus，ESFR ISO

措施之一倾斜，边侧。低（4:1）的对比图效果最好。
各种各样的灰度stepcharts和彩色图表
Multicharts
有大量的各种灰度和彩色图表的作品，如果补丁是足够大的。可以测量传感器（原始）的噪声。
锐度（MTF）
倾斜的边缘，ISO 12233
SFR，Rescharts

ISO 12233的图表提供的Imatest商店。通过边打印测试图表。  算法
SFRplus，ESFR ISO
SFRplus，ESFR ISO

高度自动化。测量的几个因素。从可用的Imatest商店。
纹理细节
登录F-对比度溢出硬币（枯叶）
登录F-对比度
随机/枯叶

眩光（镜头光晕）
反光Q-13或Q-14步骤图与“黑洞”
Stepchart
看到的眩光。注[1]
色彩摩尔纹
登录频率
登录频率

软件构件
登录F-对比度
登录F-对比度
注[1,2]
打印
DMAX（最深的黑色调）
自定义测试图从印刷文件，在扫描异形平板扫描仪
打印测试
Gamutvision从ICC配置文件中提取这些属性。
色域
注释： [1]不适用于Imatest的工作室。可在主，图像传感器等[2]可以从打印测试图，但我们建议从购买它的Imatest商店。
图像质量因素的相机和镜头
锐度
清晰度无疑是最重要的单一图像质量的因素：它决定细节的图像可以传送量。右上角的图说明降低清晰度（从的效果图片窗口临模糊操作）。
设备或系统的清晰度是衡量一个空间频率响应（SFR） ，也称为调制传递函数（MTF） 。MTF是在给定的空间频率（以每间距周期或线对测定）相对于低频率的对比度。50％的MTF频率相关性以及与感知比旧的消失分辨率的测量，这表明那里的细节清晰度，更好的是不是。
清晰度和MTF在介绍锐度：它是什么以及它是如何衡量？
的打印或显示的感知清晰度是衡量主观质量因子（SQF）或锐度，这是从MTF，人眼的对比敏感度函数导出，观看条件。
使用Imatest的主要清晰度测量使用由分析倾斜边缘模式的SFR，倾斜的边缘SFR（的一部分Rescharts），SFRplus（高度自动化的，强烈推荐），或ESFR ISO（高度自动化的ISO 12233:2014边缘分析SFR（E-SFR）图），使用你的目标可以购买或使用Imatest的打印测试图模块。简洁的指令被发现在如何使用Imatest的测试镜头。
几种可供选择的模式，这导致摄像机应用不同的锐化和噪声降低的量的，可用于测量的MTF。所有这些都需要更多的房地产比倾斜边缘。它们包括
· 登录频率，它采用了正弦波模式图表中的频率，增加对数。它提供了倾斜边缘的方法进行检查。更直接的，但不太准确，

· 登录F-对比度，出色的审查细节损失，由于降噪，
· 星图，
· 随机/枯叶，是衡量质地十八\ rpness。尺度不变随机模式最大限度地减少锐化，最大化降低噪音。枯叶模式是比较有代表性的典型图像。

MTF的测量矩阵比较了不同的方法。
系统的清晰度是由透镜（设计和制造的质量，在图像场的位置，孔径，及（变焦透镜）的焦距），并且传感器（像素计数和抗混叠滤波器）的影响。在现场，清晰度是由相机抖动（一个好的三脚架可以是有益的），对焦精度和大气扰动（热效应和气溶胶）的影响。
有些失去锐度可以通过恢复锐化，锐化，但有限制。它无法还原细节，其中MTF是非常低（小于10％）。Oversharpening，右图所示，也可以通过引起“晕”出现不久的对比界限降低图像质量（尤其是在大的放大倍率）。从众多的紧凑型数码相机的图像oversharpened。
原图|模糊 

         原图| Oversharpened 

纹理细节
许多消费类相机，具有体积小图像传感器或像素（移动成像设备和点和竹笋），特别是摄像头，具有幅度在图像平面的信号处理。锐化是附近反差的功能应用（如边缘），但降噪（低通滤波）所申请往往强没有尖锐特征，导致纹理细节的损失。这种相机将在倾斜的边缘测试中表现良好，而产生不理想的图像。为了强调这一点，我们展示一个真正的拍照手机图像，其中窗口和带状疱疹一直强烈削尖，但质地松树灌木已完全丧失。

测量的Imatest清晰度的纹理在两个模块：
· 登录F-对比度，涉及模式的对比质感损失，

· 随机/枯叶，它支持两种类型的图表。尺度不变随机模式最大限度地减少锐化，最大化降低噪音。枯叶模式是比较有代表性的典型图像。枯叶模式已经吸引了相当多的关注来自业界，特别是从照相手机的图像质量（CPIQ）组。Imatest的新的溢油硬币（枯叶）图表有比现有图表几个很强的优势。

    原来|加工
噪音

噪声是随机变化的图象密度的，如谷物中膜和像素电平的变化在数字图像中可见。它产生于光的基本物理光子性质和热的内部图像传感器和放大器的热能的影响。
噪声及其测量引入的噪声在摄影图像。
噪音是由几个测量的Imatest模块。Stepchart和  Multicharts产生最详细的结果，但噪声也是衡量Colorcheck，SFR，SFRplus，ESFR ISO和光衰减。
噪声与像素大小强烈地磅秤。它可以是非常低的数码单反相机，它的像素有至少4平方微米。但它可以变得丑陋的紧凑型数码相机和照相手机用微型传感器，特别是在高ISO感光度，或在昏暗的光线。这也是受传感器技术和制造质量。
软件降噪（NR）降低噪声的平滑图像，不包括近反差边界地区的知名度。这种技术的效果很好，但它可以掩盖细小，低对比度的细节。对数频率校正对比度模块清晰地衡量软件降噪的效果。的随机/枯叶模块使用倾向于最大化降噪（这是最坏的情况，以降低噪声）的图案-在相反的倾斜的边缘（相对的限制的情况下），这往往最大化锐化和减少噪音减少。
        加噪声|原文 

动态范围，色调响应和对比度
原来|剪辑 

动态范围（或曝光范围）是光强度的范围内的相机可以捕捉，通常在光圈值，EV（曝光值），或测量区域（两个在曝光的所有因素）。这是密切相关的噪声：高噪声意味着低动态范围。它也涉及到音调响应的光以及像素值的关系（如下所示）。相反，也被称为伽马，是色调响应曲线的斜率。高对比度（如右图所示）通常包括动态范围，细节的损失，或丧失剪裁，在高光或显示图像时的阴影。（该映像文件通常具有更大的动态范围比所显示的图像。）
动态范围，色调响应和γ的测量（A）由Stepchart使用透射型梯级光楔，优选1与在最大密度免得4.0（相当于13.3光圈值），或（B）在动态范围，一个后处理器用于Stepchart使用结果从最多四个不同的曝光反射stephart图像。后一种技术往往是最方便的，因为它不需要在黑暗的房间在特殊光源。

动态范围是像素区域，它正比于电子的像素可存储数的强函数。它总是更好在数码单反相机（其具有相对较大的像素;至少5平方微米）比紧凑型数码相机。它可以通过设置相机的最低ISO感光度最大化。
显示大动态范围（可超过1000:1; 10光圈值）图像可以是有问题的印刷媒体，它具有约100:1最大动态范围（超过6级光圈少许; 200： 1在绝对最大值）。降低对比度可以使图像显得扁平，失去光泽。一些处理，通常需要采用像一个“S”形曲线或减淡和加深的形象。的（减轻或变暗）部分的对比度掩蔽是一种特别有效的方法。音质和动态范围在数码相机提供额外的提示。
透镜具有一个固有对比度越高越好，这主要是由喇叭形光灯始发内部和观点，即透镜元件之间和关闭镜筒的内部反弹透镜的字段以外的限制。火炬灯趋于雾图像和模糊阴影细节：它降低了动态范围。眩光是镜头的易感性火炬之光测量好。
色彩准确度
         原图|色移

色彩准确度是一个重要但又模棱两可的图像质量的因素。它可以在医疗和技术摄影的关键，但没有那么的图案（消费者）拍摄，其中很多观众更喜欢增强色彩饱和度，特别是在“记忆色彩”：树叶，天空，和皮肤。准确的色彩是不一样的“赏心悦目”的色彩。
其颜色的变化，饱和度，白平衡和效果：无论何种应用，来测量摄像机的色彩响应是很重要的。
色彩响应是衡量Colorcheck，采用广泛使用的24补丁的X-Rite 的ColorChecker ®   和Multicharts使用24色块ColorChecker，使用ColorChecker SG，IT8.7，QPcard，以及许多其他标准和自定义图表， 这些图表可以包括在场景的白平衡测试。
颜色精确度可以衡量标准图表的参考值或包含测得的颜色值，其可以被改变，以反映顾客偏好的CSV参考文件。
颜色精确度由受影响的Bayer彩色滤波器阵列和由所述信号处理和在相机或RAW转换器白平衡算法。火炬灯（眩光）的镜头往往会降低色彩饱和度。Multicharts可以计算出一个色彩校正矩阵。
镜头畸变

透镜（光学） 畸变像差导致的直线到附近图像的边缘曲线。这可能会很麻烦，适合建筑摄影和摄影（从图像导出测量）。最简单的近似三阶方程，R U = R D + KR ð 3其中r u是失真和r d是扭曲的半径。根据k的标志，它可以是“桶”（如右图所示）或“枕形”。被称为“胡须”失真的混合物，可能会出现复杂的镜头时，第5阶近似（的系数 r U = R D + H 1 R D 3 + H 2 R D 3）有相反的迹象。

镜头畸变和系数修正它指的失真，其中包含3阶，5阶和正切/反正切值失真模型。圆点执行一个I3A CPIQ兼容失真测量。SFRplus和ESFR ISO近尽可能详细地测量失真失真连同锐度和其他一些因素。SFRplus失真的结果是在图像，几何失真，视角范围和径向变形曲线。
失真是最严重的广角，长焦，和变焦镜头。它往往是特写影像比在距离图像更糟。它可以在软件中很容易纠正。画面窗口Pro和PTLens有移除工具。

       原图|枪管扭曲 

光衰减（暗角）和传感器不均匀性

光衰减（暗角）变暗靠近角落的图像。它可以是特别强的广角镜头。它是通过测量光衰减（均匀性）和均匀性，互动（设计与工作的互动模块的Imatest图像传感器版）。
光衰减通常可以提高时，镜头停了下来。它可以在软件或图像处理流水线。很容易纠正画面窗口临，PTLens，和其他几个方案有移除工具。因为适量的光衰减可以形象地赏心悦目，它并不总是可取彻底清除它。
光衰减（均匀性）还可以测量其它传感器的不均匀性，包括色差（不均匀），卡住像素，局部灵敏度变化，斑点（灰尘），和噪音。它拥有一套特别丰富的显示器使用Imatest硕士。

           原图|渐晕

瑕疵（可见传感器缺陷）

瑕疵是在图像中可见的斑点或痕迹，引起传感器的缺陷或灰尘在传感器的前面（通常由拜耳，抗混叠和红外（IR）滤波器分隔）。他们是非常重要的制造业。它们是由测量淡斑检测（使用Imatest硕士只）。
淡斑检测使用从派生的传递函数滤波器的图像对比敏感度函数的人类视觉系统的。正因为如此，当过滤器的参数设置不当，不见瑕疵将被标记和知名度的门槛之下的瑕疵会被忽略。这可以显著提高生产产量。
瑕疵检测还可以测量热和坏点。

           原图|瑕疵

曝光准确性和ISO感光度
曝光精度没有太多用手动调节相机的问题。您通常可以迅速判断它（与直方图的帮助下），如果你不喜欢它，你可以改变曝光补偿或你的方式计。
但曝光精度可以是一个问题，全自动相机及摄录机，提供接触后色调调整很少或根本没有机会。 

曝光精度可以通过拍摄的场景中有任何测试图与灰度图案，并与分析它来测量Stepchart（灰度stepchart仅型态，如Q-13/Q-14）， Colorcheck（为的X-Rite的ColorChecker ）或Multicharts（ 任何图与灰阶模式）。
ISO感光度（密切相关的曝光精度）是照相机的感光度。的量度的Imatest模块，分析步骤的图表（其可以被包含在彩色图表）显示在勒克斯入射光时输入灵敏度的两项措施。在细节ISO感光度和曝光指数

           原图|曝光过度 

横向色差
横向色差（LCA），也称为“色边”是透镜的像差引起的色彩集中在距图像中心的距离不同。这是附近图像的四角最为明显。它是在解释色像差。
LCA是衡量SFR和SFRplus和ESFR ISO使用（大部分）切线边缘图像边界附近。圆点图案使用点的网格，以使一个I3A CPIQ兼容LCA测量。

LCA是最坏的不对称镜头，包括ultrawides，真正的长焦和缩放。强烈影响去马赛克。它可以完全在软件之前去马赛克纠正，但只有部分事后纠正。画面窗口Pro拥有一个相当有效的转变。在未来，通过使用Imatest（详细LCA配置文件）提供的信息可能会提高矫正的程度。

           原图|彩色流苏

眩光（镜头光晕）
杂散光的杂散光引起的透镜元件和透镜的内筒之间的反射镜和光学系统。它预测的严重性镜头光斑图像雾化（损失暗部细节和色彩），以及“鬼”的影像-这可以发生在亮光源或附近的视场的存在。（它不测量详细鬼。）

眩光是衡量Stepchart标准的柯达Q-13和Q-14步骤图安装一个“黑洞”，即用旁，一箱内衬黑色背后一个小口，装在一个大的白板，进行了详细介绍在眩光。
眩光只能使用RAW图像时，最好用γ= 1解码可靠计量的，因为图像处理（特别是转换为sRGB色彩空间）能够影响到“脚趾”区域的色调响应曲线，这是杂光测量至关重要。 

        原图|眩光

色彩摩尔纹
色彩摩尔纹是可以出现在高空间频率的重复模式的图像，像织物或栅栏人造色素带。右边的例子是以其优良的套机镜头捕捉到了佳能Rebel XT的衬衣的细节。通常的图像没有被使用，因为它不包含一个重复的图案和颜色，因为云纹很难模拟。
色彩摩尔纹是混叠（图像能量高于结果奈奎斯特频率在采用Bayer彩色滤波阵列图像传感器），如解释在这里。它是由镜头的锐度，传感器的抗锯齿（低通）滤波器（它柔化图像），以及去马赛克软件的影响。它往往是最差的锐利的镜头。
彩色云纹是衡量Rescharts 登录频率，它采用的对数增加空间频率的正弦图。

色彩摩尔纹

软件构件：降噪和锐化
软件（在RAW转换进行特别操作）可能会导致显著的视觉假象，包括oversharpening“光晕”和精细，低对比度的细节损失。这些伪影导致的非线性（不均匀）信号处理（所谓的，因为它与信号不同）。图像可能会激化（MTF提升）在反差的功能，如在其缺席的边缘和模糊（低通滤波）附近。这通常可以提高测量的性能（既锐度从倾斜边和噪声/信号-噪声从图表补丁比（SNR）），但它可能会导致感知的图像质量的劣化，例如，一个“plasticy”卡通一样的外观皮肤，即使边缘被强烈激化。这个损失的细节不能被测量的SFR。

这些构件可以由被测量日志的F-对比度在模块Rescharts，其中分析在右侧，这对数变化的空间频率在水平轴和垂直轴上的对比所示的图表。
           原图| NR +磨刀棒

数据压缩与传输损耗
数据压缩与传输损失可能对图像质量产生显著作用。右侧图像的左侧已被保存为一个低质量的JPEG。捆扎，损耗低对比度的细节，和“起伏”边缘附近是可见的。
数据压缩和传输损失的全面分析，
还没有提供的Imatest。
其中的一些损失，特别是低对比度细节的丢失，可与所分析的日志F-反差模块Rescharts。压缩损失更详细的分析正在开发中。

      原图|低质量JPEG

质量因素的打印机          
打印的Dmax
DMAX =日志10（最小打印反射率）是最深的黑色基调的打印机/墨水/纸张组合可以重现的措施。它是一个极其重要的打印质量的因素。打印较差的Dmax显得苍白无力。DMAX = 1.7是良好的价值磨砂印花一个; 2.0良好的价值为光面，亚光和光泽打印一个是。曾有报道，爱普生世纪虹彩K3打印机具有的Dmax高达2.3与高质量绒面纸。这将是优秀的。
DMAX是衡量打印测试，随着打印机的色调响应曲线和下面描述的色彩因素。打印测试需要一个像样的平板扫描仪，并获得最佳精度，步骤图。
DMAX是由打印机，纸张和油墨的影响。响应曲线也受了ICC配置文件。打印测试可以帮助用品和印刷问题诊断的选择。

           原图|缩小的Dmax 

打印色域
打印色域是颜色的打印机/墨水/纸张组合可以重现范围。它是一种重要的品质因数，但其重要性可能有些高估。（这条语句必然会产生争议。）相对不饱和的颜色，如皮肤色调主宰我们的印象的打印质量。这些颜色必须准确地复制。色域只影响高饱和度的颜色。整体颜色反应，特别是对于低到中度饱和的色彩，比色域更重要。
印刷的色域和颜色整体响应是由测量打印测试，随着上述密度的因素。
打印色域是由打印机中，纸张，油墨，和工作色彩空间的影响。颜色反应也受了ICC配置文件和渲染意向。打印测试可以帮助配置文件，软件设置以及颜色问题诊断的选择。

         原图|色域减少 

链接
文化遗产的直接数字图像捕捉从RIT是一个金矿的信息，链接到一些针对性的博物馆和文化机构对图像质量的报告。在78页的最终项目报告伯恩斯，弗雷，罗森，Smoyer和塔普林2005年7月，可能是最好的总结，除非你有时间艾琳P（墨菲）Smoyer的345页的硕士论文的平均pH值（大约两倍的长度。D.论文）。
本研究图书馆集团（RLG）已发表 ​​了一份优秀的系列文章，指南，质量在Visual资源成像（2000） 。这些文章是前辈上述RIT直接数字图像采集工作。
欧洲广播联盟（EBU ）的技术文件库（欧洲广播联盟科技3000系列），一些涉及到电视的图像质量，例如T3249，测量和影视相机镜头（1995）的性能分析，并T3281，方法为CCD相机（1995）的特性的测量。
沃尔克·吉尔伯特写了一个极好的Imatest法国语言描述。（PDF版）
SMIA（标准移动图像体系结构），由诺基亚与意法半导体成立一个财团，出版了一本相机表征规范照相手机的图像质量测量。要获得规范你必须加入SMIA。它是免费的; 所有你需要做的是回答一个简短的问卷。
保罗凡Walree对一个优秀的页面光学，覆盖退化的几个来源。
得克萨斯大学实验室的图像和视频工程正在做一些有趣的工作图像和视频质量评估，采用哪些方法问题的信息理论，自然风光统计，小波等具有挑战性的材料！
几个细节的Imatest算法都包含在附录C中的，视频采集测量方法（第91-125），公共安全救赎之魂（需求说明）第二卷V 1.0，由发布SAFECOM，一份由NTIA的（一个部门，美国商务部）。没有信用给出，但风格和插图将是辨认。