相机图像质量概述

新机器视觉

共 2314字,需浏览 5分钟

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2022-06-27 16:47

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“  对很多刚入行做camera tuning的小伙伴来说,可能对图像质量还不是很了解,包括我自己刚开始接触这一行的时候也是一样,不清楚ISP是什么,为什么要调它,影响画质的因素又有哪些,哪些是ISP能调的,哪些又不能调的,所以本文主要是从概念上简单介绍下图像质量,包括成像产品的分类、不同成像产品图像质量的要求、以及成像系统的介绍,希望对刚入行的小伙伴能有所帮助,可以加深一下对图像质量的理解。




1、成像产品的分类



2、图像质量分类

审美型 (  人眼评判 ):

no artefacts !  color,noise,detail,focus speed、etc

信息型( 机器识别、检测 ):
fast,no information lost,visibility,certain level tolerace to artefacts、etc

根据图像质量需求的成像产品分类:



3、成像产品的图像质量要求

审美类成像产品的图像质量要求

  • 单反相机 -- 真实的还原现实世界,需要遵循一定的客观成像标准CIPA,ISO,如有艺术创作的需要可以用PS等软件对照片进行后处理;

  • 手机相机 -- 偏向于人眼视觉,对人/人脸的拍摄有一定要求;

  • 无人机/ 运动相机 -- 视频的稳定性(防抖、不允许画面突变),对人/人脸的拍摄有一定要求;

  • 监控相机 -- 低照度噪声(时域,空域)、HDR、高锐度、对人/人脸的拍摄有一定要求;  

  

信息类成像产品的图像质量要求

  • 机器视觉相机 -- 人/人脸、 高感光度;

  • Home Camera -- 家用相机,和监控相机类似,对人脸识别有一定要求;

  • 车载相机 -- 高动态范围、高感光度、高帧率、motion artefacts、stitching artifacts、满足一定的人眼视觉(有前视/后视的摄像头是人眼来看的);



4、成像系统组成

       

要理解图像质量,就必须要了解整个成像系统的组成,搞清楚整个成像系统中有哪些模块会影响图像质量,如上以成像过程来描述,


光源(包含人造光、自然光、闪光灯)照到物体上,光线反射进入成像系统,经过镜头(对于变焦镜头有驱动马达调整镜片位置,实现变焦)、光圈、滤光片、快门到达Sensor上成像,


接着出来数字信号传到ISP进行图像处理,ISP输出YUV格式的数据,用于显示或者经过编码后进行存储,又或者用于机器视觉;所以影响图像质量的因素有很多,包括光源、镜头、滤光片、Sensor、ISP、显示器的显示、编码 ........


理解一下就是光源、镜头、光圈、滤光片、快门、Sensor构成了一个完整的光学成像系统,但由于光学和半导体的缺陷与局限会导致成像的一系列问题,


就需要经过ISP,用数字信号处理的方法去克服光学,半导体的缺陷导致的成像问题,处理完并得到较好的图像后,就用来进行图像的显示、存储、或者机器视觉的检测识别等应用;


总结:整个成像系统是一个软硬结合、光机电结合的复杂系统,做有些系统架构和硬件架构的人,有必要了解整个系统,才能够设计出正确的架构,包括做图像质量的也是从系统角度去处理问题,同样要了解整个系统,才能更好的完成工作;

  

  

5、成像系统的两条基本主线

图像重建图像重建的过程,就是用数字信号处理的方法去克服光学、半导体的缺陷,清晰勾画出正确的景物 ;


图像重建要克服的光学缺陷与局限:MTF、像差、场曲、vignetting(光晕,暗角)/luma shading(亮度阴影)、glare(眩光)、Geometry Distortion(几何失真);


图像重建要克服的半导体缺陷与局限:defect pixel、sensitivity、dynamic range、noise:temperal noise、fix pattern noise、color noise、spatial noise;


色彩重建 ,还原出准确丰富的色彩 ,有时还要符合人们主观倾向的色彩 ;


彩重建要克服的光学缺陷与局限:Color shading、chromatic aberration、purple fringe;


彩重建要克服的半导体缺陷与局限:Cross talk、balck level;



6、成像系统的实时控制

ISP中,关于图像质量的控制,包含如下3部分:

  • 系统的静态参数标定:如black level、shading、noise profile、white balance、chromatic aberration correction、etc,主要是针对不同的硬件拍出的raw图,去做Calibration;


  • AE\AWB\AF(自动曝光、自动白平衡、自动对焦):主要是软件的3A算法去控制,要求达到曝光/白平衡/对焦的“快”、“准”、“稳”;


  • 系统的动态参数调整:基于上述的静态标定参数,在各个场景下去调整ISP中相应模块的动态参数,以达到满意的效果输出,shading,CCM, black level,noise reduction,sharpening、etc;


注:一般从硬件厂商那边拿到的相同产品,成像效果都是差不多的,所以要有更好的用户体验就必须在软件上面增加自己的优化,如3A算法、后处理算法;



本文仅做学术分享,如有侵权,请联系删文。

—THE END—
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