攝像頭測試方法及應用

國際標準測試圖卡：

要判定攝像頭成像質量的好壞，我們需要對攝像頭成像的質量進行測試并評價，而我們人眼的分辨是有限的。一張完美的圖像所涉及的評價參數有很多，比如分辨率、清晰度、動態范圍、對比度、顏色、灰階等級等，因此需要用到多種國際標準測試圖卡。固潤光電所代理的Imatest和Applied Image公司能提供多種圖像測試卡以及圖像測試設備和相應的分析軟件，能夠滿足多種測試需求，符合國際標準，為行業提供多種測試圖卡。通過測試圖卡和相應的圖像測試軟件來對攝像頭成像質量來進行評價，從而判定工廠所生產的攝像頭質量的好壞。

本文以QA-76數字影像分辨率測試卡來對攝像頭的成像分辨率進行測試，探討研究如何根據數字圖像處理理論進行攝像頭準確調焦，以獲得較為清晰的圖像，主要分為兩個部分實現，第一部分首先選取合適的標準測試卡，采集圖像并進行感興趣區域的圓心定位。第二部分是對其圖樣進行像素采樣、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字圖像清晰度評價函數，以評定不同清晰度下的圖像相應特征值。

ISO12233分辨率圖卡，該分辨率圖卡中包含各種圖樣，使用時不一定直接使用該圖卡，也可以裁剪出必需的部分，并經過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、關燈后照度低于 1Lx，墻面用 18 度灰的灰布。如無特殊規定， 為保證攝像設備拍攝測試圖卡時能夠輸出足夠的信號，拍攝時測試圖卡表面照度范圍應在 700Lx～1200Lx 之間，測試時飽和度和均勻度可根據實際調節，正常測試使用 D65 光源，光強度不足需使用相同光源補光。

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

3.測試中可使下列標準色溫：D65 光源色溫 6500K、泛光燈色溫 3400K。實際測試環境的色溫標準偏差應不大于 200K，色溫從 2700k－7500k 可調換。

4.溫度 20±2℃，相對濕度 50±20%。

5.測試距離可根據實際任意調整。攝像頭與圖卡距離建議為 80-130cm，實際測試中若超過以上范圍需要標注。

6.在攝影時讓圖表的有效高度（橫向長邊看圖2-1時粗框內側的高度）正好占滿畫面，圖案的數字x100（乘以“整個畫面的垂直像素/畫面中圖表的每有效高度的像素數”進行標定。）即為畫面中每單位高度的條數。拍攝時不一定要讓有效高度占滿整個畫面，但此時需要進行標定。

7.相機條件設定的原則：根據本標準測量分辨率時，相機參數原則上采用出廠時的設定。采用出廠設定以外的設定進行測量時必須注明所采用的設定。若存在根據出廠時的設定無法確定的參數時，廠商將按照該相機的用戶最可能使用的設定進行測量，并注明可確定該設定的信息。曝光條件、對焦、變焦位臵沒有特別規定；相機的白平衡必須相對照明光源進行適當調節。

8.測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，對該圖像進行視覺評估，也可以使用可執行與視覺評估同樣處理的軟件進行評估。為了盡量縮小評估的離散性，以如下2點作為評估基準。

A) 將視覺分辨率評估圖案的楔形線數發生變化（如由5條變為4條）的空間頻率作為分辨率。單位以畫面中每高度的條數來表示。

B) 觀察時需要從低頻開始跟蹤。

固潤光電代理的圖像測試設備如下圖：

基于二次模糊的清晰度算法

如果一幅圖像已經模糊了，那么再對它進行一次模糊處理，高頻分量變化不大；如果原圖是清晰的，對它進行一次模糊處理，則高頻分量變化會非常大。因此可以通過對 待評測圖像進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（經過模糊處理后的圖像）相鄰像素值的變化情況，根據變化的大小確定清晰度的高低，計算結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

基于感興趣區域清晰度評價

本文所采用的實驗測試圖樣由多個不同方位的圓形區域構成，考慮到攝像頭拍攝圖像時聚焦中心以及圖像四周等各個不同方位清晰度情況不同，所以選用多個方位的圓形區域的測試卡進行檢測，然后再均衡評價整體圖像的清晰度。

測試評價整體流程如圖3-5所示：

圖3-5基于感興趣區域清晰度評價整體流程

根據攝像頭調焦要求，引入中央條紋清晰度判斷，這里需要先對中央條紋中心圓心處定位，對比于四周兩側圓形區域圓心定位而言，中央條紋處圓心高亮度圓環帶較窄，在檢測到兩側圓形區域圓心的情況下，若中央條紋處圓心未能有效定位時，根據圖形對稱等距特點，利用距離比較判斷，確定中央條紋區域圓心位置坐標。

在確定了中央條紋圓心坐標后，設定條紋區域檢測框，并從檢測框圖內左上角開始掃描條紋各點像素，對每點像素與其橫向相鄰像素求方差值，并累計方框內總體像素方差和。同時計算檢測框內像素總體灰度和，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，乘以一定的系數縮放到100以內，以便于圓形區域評價值做比較融合。

取得中央條紋區清晰度評價值后，與圓形區域評價值按一定比例權值綜合，獲得調整后的評價曲線圖。

以下是攝像頭調焦過程中從模糊到清晰再到模糊的對應評價曲線。