圖像質量指標及測試方法.ppt

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1、監(jiān)控攝像機基礎知識IQ篇,2018,Outlines,一、攝像機成像部分主要器件及其作用 二、與圖像相關的常用術語 三、攝像機的常用指標及測試方法 常用指標及其測試方法 影響圖像質量的因素 四、CCTV鏡頭基礎知識 五、FAQ,攝像機成像部分主要器件及其作用,,鏡頭 通過利用不同形狀、不同材質的多片透鏡組合，將所需視野中所有物體的發(fā)出的光線匯聚到成像傳感器上的光學系統(tǒng)； 濾光片 濾光片可以將特定波段的光線進行阻隔；目前監(jiān)控常用的濾光片主要為可移動濾光片（IR-cut，ICR），移動濾光片由兩片濾光片組成，一片可通過可見光，阻隔其他波段的光；一片可通過任何波段的光。這種濾光片需要用帶IR糾正的鏡

2、頭來彌補其兩種濾光片折射率不一致造成的失焦問題。,攝像機成像部分主要器件及其作用, 圖像傳感器 圖像傳感器的作用是將光信號轉換成電信號。 監(jiān)控用的圖像傳感器有CCD和CMOS兩種； CCD 優(yōu)點：成像質量好，信噪比高 缺點：功耗較大，成本較高，制作工藝復雜 CMOS 優(yōu)點：功耗較小，相同分辨率下成本比CCD低，工藝簡單 缺點：噪點較大，成像質量相對較差,攝像機成像部分主要器件及其作用,常用CCD/CMOS標稱芯片尺寸,有效像素（ Effective Pixels ）,有效像素數(shù)是指真正參與感光成像的像素值。最高像素的數(shù)值是圖像傳感器的真實像素，這個數(shù)據(jù)通常包含了感光器件的非成像部分。,,,總像

3、素,有效像素,攝像機成像部分主要器件及其作用, ISP（Image Signal Processor） 圖像處理器的作用是將Sensor輸出的圖像信號進行各種圖像處理，如降噪（Noise Reduction）、銳化（Sharpness）、白平衡（AWB），自動曝光控制（AE），亮度控制，Gamma調(diào)整等等。,公司現(xiàn)有產(chǎn)品使用的ISP平臺： 海思、Mstar、Sony、EN,攝像機成像部分主要器件及其作用,,清晰度 清晰度是指攝像機捕捉圖像細節(jié)的能力，通常用電視線（TVL）來衡量 色彩還原性 指攝像機對各種顏色的還原能力 亮度靈敏度 衡量攝像機在低照度環(huán)境下的圖像表現(xiàn)能力,與圖像相關的常用術語,

4、,色溫 光源的色溫是通過對比它的色彩和理論的熱黑體輻射體來確定的；熱黑體輻射體與光源的色彩相匹配時的開爾文溫度就是那個光源的色溫，它直接和普朗克黑體輻射定律相聯(lián)系；色溫對攝像機的AWB功能影響很大。,與圖像相關的常用術語,,與圖像相關的常用術語,常見光源色溫,,與圖像相關的常用術語,信噪比（S/N ratio） 信噪比是信號電壓對于噪聲電壓的比值，通常用符號S/N來表示。由于在一般情況下，信號電壓遠高于噪聲電壓，比值非常大，信噪比的單位用dB來表示。一般攝像機給出的信噪比值均是在AGC（自動增益控制）關閉時的值，因為當AGC接通時，會對小信號進行提升，使得噪聲電平也相應提高；,信噪比越大圖像質

5、量越優(yōu),,與圖像相關的常用術語, Gamma Gamma 校正補償了不同輸出設備存在的顏色顯示差異，從而使圖像在不同的監(jiān)視器上呈現(xiàn)出相同的效果。Gamma值的修正，可以改變畫面明暗，增加對比。,不同Gamma曲線的圖像效果對比,,與圖像相關的常用術語,最低照度 攝像機輸出端之視頻信號幅度降至額定電平的一半時物體的最小照度。此外，測試時最低照度的數(shù)值，是受諸多因素影響的，包括： 各廠家的定義值有所不同； 鏡頭光圈對數(shù)值影響很大； 受光源色溫影響； 和被攝物體的反射率有關； 和AGC的大小、快門狀態(tài)等有關。,一般最低照度的表示方式： 0.01 lux F1.2，AGC ON,,與圖像相關的常用術語

6、, AGC （Auto Gain Control） Sensor在照度低時輸出的信號很弱，恢復出來的圖像亮度也很低，為了使最終得到的圖像亮度達到要求，需要對sensor輸出信號進行增強，而照度高時，不需要進行增強，攝像機內(nèi)部會使用AGC模塊，實現(xiàn)這一點。 一般情況下，AGC說的是給攝像機設置的增益最大值，攝像機會根據(jù)照度自行在最大值和最小值之間進行動態(tài)調(diào)整。 說明：提高AGC的值并不能提升信噪比；在低光照環(huán)境下提高AGC值可使畫面亮度提高，但是噪點也會相應增多。,,與圖像相關的常用術語,色調(diào)和飽和度 色調(diào)（Hue） R、G、B三種原色，兩兩以不同比例混合后產(chǎn)生的顏色。,飽和度（Saturati

7、on）/色彩濃度 飽和度是指色彩的鮮艷程度，也稱色彩的純度，濃度。 飽和度越高，顏色越鮮艷；飽和度越低，顏色越暗淡；,,與圖像相關的常用術語,飽和度相同，色調(diào)不同,色調(diào)相同，飽和度不同,,與圖像相關的常用術語, 快門速度（Shutter Speed）、曝光時間 曝光時間是指sensor像素點被通電，開始接收外界的光信號到被切斷電源停止工作的時間間隔。 曝光時間的長短由快門速度決定，快門速度越高，曝光時間越短,運動物體就會在底片呈現(xiàn)更清晰的影象；反之快門速度越低，曝光時間越長,運動的物體就越模糊； 表示方法： 曝光時間25ms、33ms 快門速度1/25, 1/30, 1/100, 1/1000

8、,,與圖像相關的常用術語, AE （Auto Exposure） 攝像機根據(jù)環(huán)境亮度自動調(diào)整曝光量，包括曝光時間、增益等參數(shù)； AWB （Auto White Balance） 白平衡是攝像機的重要指標之一；白平衡的作用是使攝像機在不同色溫的照明環(huán)境下都能正確還原物體的顏色，使其不偏色。 AWB的常用模式：ATW、AWB、Manual,,與圖像相關的常用術語,例子：白平衡不正確引起的偏色,,與圖像相關的常用術語,,與圖像相關的常用術語,降噪（Noise Reduction） 降噪是指對攝像機圖像上的噪點進行處理的過程，分為2D降噪和3D降噪兩種； 2D降噪 對單幅圖像的噪點進行處理，將其減弱，

9、處理后的圖像會相對柔和 3D降噪 通過對前后兩幀的圖像進行對比篩選處理，從而將噪點位置找出，對其進行增益控制，從而減少噪點。采用3D降噪的攝像機，圖像噪點會明顯減少，圖像會更透徹。,,與圖像相關的常用術語,銳度（Sharpness） 銳度是反映圖像邊緣對比度的一個指標。 銳度越高，邊緣越清晰； 銳度越低，圖像越柔和； 如果將銳度調(diào)得過高，則會在物體邊緣出現(xiàn)黑邊、白邊等現(xiàn)象，圖像看起來失真而且刺眼。所以，為了獲得相對清晰而又真實的圖像，銳度應當調(diào)得合適。 說明： A. 過分提高銳度并不能提高清晰度； B. 提高銳度，會相應的增加圖像噪點，銳度越高，噪點越大；,,與圖像相關的常用術語,例子：銳化過

10、高引起的黑邊和白邊,,,,,,與圖像相關的常用術語,寬動態(tài)（Wide dynamic Range，WDR） 寬動態(tài)就是場景中特別亮的部位和特別暗的部位同時都能看得特別清楚。寬動態(tài)范圍是圖像能分辨最亮的亮度信號值與能分辨的最暗的亮光信號值的比值。寬動態(tài)的表現(xiàn)方式以“倍數(shù)”或“dB”來表示,普通攝像機,寬動態(tài),BLC,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,常用指標及其測試方法 清晰度 色彩還原性 低照性能 動態(tài)范圍 白平衡 信噪比 曝光的穩(wěn)定性,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,1、分析圖像指標的常用軟件,HYRes分析攝像機的中心清晰度,Imatest分析色彩還原性、清晰度、動態(tài)范圍等多種圖像指標,

11、,2、清晰度的測試方法,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,,,,,,,,用HYRes分析結果,,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,3、色彩還原性的測試方法,,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,4、低照度的圖像質量測試方法,照度計,24色卡,,5、動態(tài)范圍測試,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,6、白平衡測試,2000K,6500K,4000K,10000K,9000K,2700K,7、信噪比測試,,,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,,,8、曝光穩(wěn)定性測試,,,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,影響圖像質量的因素 1、Sensor Sensor的靈敏度、像素

12、大小對攝像機的低照效果起決定性作用；像素面積越大，低照效果越好； Sensor的工藝水平影響低照環(huán)境下的圖像噪聲狀況；,,,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,有FPN,無FPN,2、ISP 各個平臺的ISP算法不同，同樣的圖像做處理，效果區(qū)別也會很大。 ISP的功能，如：有無3D NR對低照效果有影響；有無Smart IR對夜視效果有影響等； 3、鏡頭 鏡頭的清晰度要和sensor的分辨率配合；邊緣清晰度和中心清晰度相差不能過大； 鏡頭的通光量（F值）影響攝像機的低照性能 鏡頭的色差程度，影響圖像的紫邊/藍邊等 好的鏡頭反光狀況會輕微一些，差的鏡頭反光嚴重，圖像發(fā)蒙 鏡頭的裝配要求比較高：平整

13、度、對焦點,,,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,4、圖像參數(shù)設置 亮度設置越高，圖像越亮，圖像越容易發(fā)蒙、過曝；低照時噪點越多； 對比度越高，圖像亮度越高，越容易過曝；對比度越低，圖像越暗； 色調(diào)，調(diào)整后容易偏色； 飽和度越高，色彩越濃，低照時彩色噪聲越多； 銳化：值越高，邊緣越銳利，同時圖像噪聲越多 降噪：值越高，邊緣越柔和，圖像噪聲越少，與銳化是矛盾的 AGC：值設置越高，低照時圖像亮度越高，噪聲越多,,,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,5、結構、組裝 對于紅外產(chǎn)品，結構對夜視的影響非常大；鏡頭和燈板的高度配合、與球罩、前殼玻璃的距離都有要求，高度配合不好，夜視容易發(fā)蒙；外殼的反光程度

14、也對夜視效果有影響； 燈板角度與鏡頭視場角要配合；燈板角度大于鏡頭視場角，夜視距離不夠；燈板角度小于鏡頭視場角，夜視會有手電筒效應；,,,衡量圖像質量的常用指標及測試方法,,鏡頭 的原理 通過利用不同形狀、不同材質的多片透鏡組合，將所需視野中所有物體的發(fā)出的光線匯聚到成像傳感器上的光學系統(tǒng)。,CCTV鏡頭基礎知識,鏡頭內(nèi)部光路圖,,鏡頭的構造,,,CCTV鏡頭基礎知識,CS接口,CS型安裝座攝像機上使用C型鏡頭的話，需要加一個高度為5mm的轉換接圈。,,清晰度,焦距,成像靶面,支持IR功能,鏡頭F值,,CCTV鏡頭基礎知識,鏡頭的種類 按照光圈調(diào)節(jié)方式分類： 手動光圈鏡頭 自動光圈鏡頭：直流驅

15、動自動光圈鏡頭（DC Auto） 視頻驅動自動光圈鏡頭（Video Auto Iris） 按照焦距不同分類： 定焦鏡頭：單一焦距段可聚焦 變焦鏡頭：在一段焦距范圍內(nèi)都可聚焦成像,,,CCTV鏡頭基礎知識,鏡頭的規(guī)格,,,CCTV鏡頭基礎知識,,1、分辨率 鏡頭的分辯率是指在成像平面上1毫米間距內(nèi)能分辨開的黑白相間的線條對數(shù)，單位是“線對/毫米”（lp/mm）。 象元大小可以大致計算出需要鏡頭的線對數(shù) 根據(jù)實際配合的經(jīng)驗，計算結果的2/3，Sensor可以接受,,CCTV鏡頭基礎知識,2、焦距透鏡的光心到光聚集之焦點的距離。鏡頭的焦距決定了該鏡頭拍攝的物體在傳感器上所形成影像的大小。

16、假設以相同的距離面對同一物體進行拍攝，那么鏡頭的焦距越長，則物體所形成的影像就越大。,,CCTV鏡頭基礎知識,,CCTV鏡頭基礎知識,同一臺攝像機，不同焦距時成像大小的對比,,3、光圈（F值） 為了控制通過鏡頭的光通量的大小，在鏡頭的后部均設置了光圈。鏡頭焦距和鏡頭有效孔徑的比值稱為光圈系數(shù)，也稱為F值，光圈系數(shù)決定被攝像的照度(亮度)，F(xiàn) 值越小，光圈越大，到達SENSOR的通光量就越大。鏡頭的最大光圈系數(shù)往往標示在鏡頭上，如1:1.2或F1.2 。,CCTV鏡頭基礎知識,,4、視場角（FOV） 鏡頭所能覆蓋的范圍，通常以角度來表示，這個角度就叫鏡頭的視角FOV。鏡頭的焦距越長，視場角越小。

17、,CCTV鏡頭基礎知識,,視場角和分辨率的關系 當攝像機的分辨率是截取輸出時，視場角會隨之改變,CCTV鏡頭基礎知識,,,視場角和Sensor像素的關系 Sensor像素點大小影響視場角,CCTV鏡頭基礎知識,,同樣是1080P的攝像機，同一個2.8mm鏡頭，CMOS像素點大小決定了視場角,CCTV鏡頭基礎知識,,CCTV鏡頭基礎知識,5、景深 景深是指能清晰成像的范圍,相同焦距，光圈不同，景深的區(qū)別,,景深的現(xiàn)象，在焦距長、對焦距離近的時候容易出現(xiàn) 對安防鏡頭來說，設計時考慮的是近似無窮遠的最大景深 景深是一個模糊的概念，因為無法界定到底什么是清晰和模糊 攝像機像素高、顯示屏面積大、觀察者站

18、得近都會影響景深 對攝像機調(diào)試來說，景深的影響體現(xiàn)在： 如果對焦距離太近，遠處成像是模糊的 長焦鏡頭需要的調(diào)試距離非常大，對場地空間有要求,CCTV鏡頭基礎知識,,6、摩爾紋 被拍攝物體的細節(jié)正好和成像系統(tǒng)的極限分辨率相當時圖像上出現(xiàn)的雜訊；,CCTV鏡頭基礎知識,,CCTV鏡頭基礎知識,7、畸變 畸變是廣角鏡頭很正常的一種光學現(xiàn)象，8mm以上幾乎就沒有畸變了 光學設計低畸變需要增加鏡片數(shù)量，增大鏡頭體積，成本較高 安防鏡頭的設計就是為了監(jiān)控較廣的區(qū)域，畸變大，視角也就更大,,CCTV鏡頭基礎知識,8、鬼影，眩光 任何一顆鏡頭，在特定的焦距、角度，都有鬼影現(xiàn)象 攝像機的IR-CUT（反射式紅外

19、濾光片），它產(chǎn)生的鬼影是最嚴重的 CMOS表面的保護玻璃也會產(chǎn)生嚴重的反射,,CCTV鏡頭基礎知識,9、色散 白光是由多種顏色的光復合而成的； 不同波長的光線的焦距是不同的； 相同材質，對不同波長的光線，折射率是不同的；,,CCTV鏡頭基礎知識,色差（又稱為“色散現(xiàn)象”）是由于鏡頭沒有把不同波長的光線聚焦到同一個焦平面而形成的，俗稱紫邊。,,,CCTV鏡頭基礎知識,鏡頭各參數(shù)間的相互影響關系 1. 焦距大小的影響情況 焦距越小，景深越大，視場角越大，畸變越大; 2. 光圈大小的影響情況光圈越大，圖像亮度越高，景深越??； 3. 像場中央與邊緣 一般像場中心較邊緣分辨率高; 一般像場中心較邊

20、緣光場照度高;,FAQ,Q1：圖像效果不滿意如何微調(diào) 顏色偏淡適當調(diào)高飽和度； 圖像偏暗適當調(diào)高亮度； 提高對比度可稍微提高圖像亮度和通透性； 圖像噪聲大可適當提高降噪/降低銳度； 提高增益可提高低照圖像亮度，但同時噪聲會增加,Q2：圖像有紫邊/藍邊 屬于鏡頭固有缺陷，更換質量更好的鏡頭；,FAQ,Q3：顯示的圖像不停閃爍 可能是在市電頻率為50Hz的地方使用NTSC制式的攝像機，或在市電頻率為60Hz的地方使用PAL制攝像機。,Q4：圖像整體偏色嚴重； AWB出問題,如下圖這種情況是ICR不良導致。,FAQ,Q5：圖像出現(xiàn)光斑 反光導致的鬼影/眩光現(xiàn)象,FAQ,,FAQ,Q6：夜視亮度非常低 紅外燈沒有開啟 ICR切換不良,FAQ,Q7：夜視圖像非常蒙，白天效果正常 鏡頭臟 半球產(chǎn)品的話，可能是球罩臟或被刮花；或者是紅外燈罩被撥得太高，在球機結構內(nèi)部反光導致發(fā)蒙 遮陽罩或者紅外燈旁邊有物體反光,,The End,