在平常的影象質量測量中,我們常常會由於錯誤的測量,而將不良影象誤解為好的影象質量。那麼有哪些影象質量測量會容易引起錯誤的解讀呢?我們又該如何獲得有效的測量方法呢?
關於清晰度(Sharpness)
清晰度:
由調製傳遞函式(MTF)曲線測量。
調製傳遞函式(MTF)是影象清晰度的一個關鍵引數,通常表示為空間頻率的函式,它可以有幾個單位:
Cycles per Pixel
(Cy/Pxl)
Cycles per mm
(Cy/mm)
Line Widths per Height
(LW/PH)
MTF 效能通常由以下測量引數之一表示:
MTF50,MTF降到50%時對應的低頻空間頻率值
MTF50P,MTF在其峰值降低至50%對應的空間頻率
MTF面積歸一化(MTF Area Normalized),MTF曲線下的面積(低於奈奎斯特頻率,fNyq=0。5C/P)歸一化為峰值1。
有時使用MTF50以外的值。如MTF10對應消失解析度(根據Rayleigh準則-可以區分兩個點的間隔,舉個例子:MTF10=0。25C/P時為4畫素),但不建議使用MTF10,因為dMTF(f)/df遠低於50%的水平,使其對噪聲高度敏感。
我們經常用MTF50(MTF降低50%的空間頻率)來評價清晰度。但由於MTF50對過度銳化非常敏感,以至於高度銳化的影象(強烈的銳化,導致邊緣出現明顯的
‘halos’現象
)會得到較高的MTF50測量值。
基於斜邊和星圖測試MTF產生的銳化影響
裝置
:高質量的2400萬畫素的相機
採集影象
:調節ISO 200 採集斜邊和星圖
影象
:DCRAW將RAW轉換為TIFF(設定為sRGB色彩空間,沒有銳化或降噪)
圖① 用於銳化研究的原始影象的平均邊緣和MTF曲線
我們對圖①的圖片應用了一系列反銳化掩模演算法的引數(半徑R=1和2;範圍:A=0-4)。
USM(Unsharp Masking)反銳化掩模是透過影象本身中減去高斯模糊的影象副本實現的,雖然在MATLAB文件(1) 中並沒有明確說明USM方程,但可能具有以下形式:
USM方程形式
△ USM與標準銳化類似,後者會減去影象在空間偏移的副本,並且廣泛應用於常規的相機中。使用R≌2銳化在相機中很常見。圖②就是一個例子,它由適度的銳化(R=2,a=1)
清晰度(Sharpness) 研究的結果顯示了測量引數對銳化量A和半徑R的響應,如圖③ 和圖④
這些圖中要注意的關鍵是:增加銳化量A可以改善所有三個測量引數;從圖⑤中可以看出,當R=1的A≌1。5和R=2的A≌0。5時,出現了過度銳化。
MTF50在銳化後繼續增加,但MTF50P和MTF面積歸一化保持相對恆定,僅略有增加。這意味著MTF50P和MTF Area Normalized是展現基本成像系統性能更好的引數,而MTF50是更容易受軟體演算法影響的引數。由於過度的調節銳化造成MTF50資料偏高,所以我們推薦MTF50P
圖② 和圖⑤說明了兩種不同型別的銳化:空間域(圖⑤ 曲線1和2)和頻率域(圖⑤,曲線3-6)。兩者高度相關。對於擁有漸變畫素級的斜邊(即有黑白過渡的斜邊)來說:
空間域銳化=(Pmax-Pasymp)/Pasymp (2)
頻率域銳化=MTF(max)-MTF(0)/MTF (0) (3)
銳化對於系統性能是必不可少的,因此與MTF50P一起報告。
我們對噪聲在MTF50P和MTF區域的影響進行了研究
,結果表明:這兩者對噪聲的敏感度影響都不及MTF50大,即儘管這些指標的隨機變隨噪聲而增加,但沒有系統的變化。
關於MTF測量小建議
由於MTF50對銳化非常敏感,當過度應用時會降低可見影象的質量,因此對於影象系統性能來說,它不是一個很好的引數指標,我們應避免單獨使用MTF50,尤其是對於做過影象處理相機來說。對於過度銳化的影象,這可能極具誤導性,建議使用MTF50P(過度銳化的情況下它更穩定。)
對於處理後的影象,每當報告清晰度引數時,都應包括空間或頻域中的銳化測量;單個引數是不足以來描述影象的清晰度。
(未銳化或稍微銳化的影象,MTF50P和MTF50的資料應該很接近)