圖像質(zhì)量指標(biāo)及測試方法

監(jiān)控攝像機根底知識

——IQ篇2021.Outlines一、攝像機成像局部主要器件及其作用二、與圖像相關(guān)的常用術(shù)語三、攝像機的常用指標(biāo)及測試方法常用指標(biāo)及其測試方法影響圖像質(zhì)量的因素四、CCTV鏡頭根底知識五、FAQ.攝像機成像局部主要器件及其作用鏡頭圖像傳感器（CCD/CMOS）鏡頭座（C/CS）濾光片DSP尾板視頻信號ISP.★鏡頭通過利用不同形狀、不同材質(zhì)的多片透鏡組合，將所需視野中所有物體的發(fā)出的光線會聚到成像傳感器上的光學(xué)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。攝像機成像局部主要器件及其作用.★圖像傳感器圖像傳感器的作用是將光信號轉(zhuǎn)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(zhì)量好，信噪比高缺點：功耗較大，本錢較高，制作工藝復(fù)雜CMOS優(yōu)點：功耗較小，相同分辨率下本錢比CCD低，工藝簡單缺點：噪點較大，成像質(zhì)量相對較差攝像機成像局部主要器件及其作用.常用CCD/CMOS標(biāo)稱芯片尺寸感光靶面尺寸1”2/3”1/2”1/3”1/4”對角線16mm11mm8mm6mm4.5mm垂直9.6mm6.6mm4.8mm3.6mm2.7mm水平12.7mm8.8mm6.4mm4.8mm3.6mm有效像素〔EffectivePixels〕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局部?？傁袼赜行袼財z像機成像局部主要器件及其作用.★ISP〔ImageSignalProcessor〕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〔NoiseReduction〕、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攝像機成像局部主要器件及其作用.`★清晰度清晰度是指攝像機捕捉圖像細(xì)節(jié)的能力，通常用電視線〔TVL〕來衡量★色彩復(fù)原性指攝像機對各種顏色的復(fù)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(guān)的常用術(shù)語.`★色溫光源的色溫是通過比照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(guān)的常用術(shù)語`與圖像相關(guān)的常用術(shù)語.常見光源色溫光源色溫范圍鎢絲燈，白熾燈2500-3200K碳棒燈4000-5500K熒光燈，節(jié)能燈4500-6500K氙燈5600K碳精燈5500-6500K日光平均5400K有云天氣下的日光6500-7000K陰天日光12000-18000K`與圖像相關(guān)的常用術(shù)語.★信噪比〔S/Nratio〕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(yuǎn)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(guān)閉時的值，因為當(dāng)AGC接通時，會對小信號進行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高；信噪比越大圖像質(zhì)量越優(yōu)`與圖像相關(guān)的常用術(shù)語.★GammaGamma校正補償了不同輸出設(shè)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，增加比照。不同Gamma曲線的圖像效果比照`與圖像相關(guān)的常用術(shù)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(guān)；?和AGC的大小、快門狀態(tài)等有關(guān)。一般最低照度的表示方式：0.01lux@F1.2，AGCON`與圖像相關(guān)的常用術(shù)語.★AGC〔AutoGainControl〕Sensor在照度低時輸出的信號很弱，恢復(fù)出來的圖像亮度也很低，為了使最終得到的圖像亮度到達要求，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(shè)置的增益最大值，攝像時機根據(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(yīng)增多。`與圖像相關(guān)的常用術(shù)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〔Saturation〕/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(guān)的常用術(shù)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(guān)的常用術(shù)語.★快門速度〔ShutterSpeed〕、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……`與圖像相關(guān)的常用術(shù)語.★AE〔AutoExposure〕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〔AutoWhiteBalance〕白平衡是攝像機的重要指標(biāo)之一；白平衡的作用是使攝像機在不同色溫的照明環(huán)境下都能正確復(fù)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(guān)的常用術(shù)語.例子：白平衡不正確引起的偏色`與圖像相關(guān)的常用術(shù)語.`與圖像相關(guān)的常用術(shù)語★降噪〔NoiseReduction〕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，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比照篩選處理，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(guān)的常用術(shù)語★銳度〔Sharpness〕銳度是反映圖像邊緣比照度的一個指標(biāo)。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，那么會在物體邊緣出現(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(yīng)當(dāng)調(diào)得適宜。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(yīng)的增加圖像噪點，銳度越高，噪點越大；.`與圖像相關(guān)的常用術(shù)語例子：銳化過高引起的黑邊和白邊.`與圖像相關(guān)的常用術(shù)語★寬動態(tài)〔WidedynamicRange，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(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法★常用指標(biāo)及其測試方法清晰度色彩復(fù)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(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法1、分析圖像指標(biāo)的常用軟件HYRes——分析攝像機的中心清晰度Imatest——分析色彩復(fù)原性、清晰度、動態(tài)范圍等多種圖像指標(biāo).`2、清晰度的測試方法衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法用HYRes分析結(jié)果.`衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法3、色彩復(fù)原性的測試方法.`衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法4、低照度的圖像質(zhì)量測試方法照度計24色卡.`5、動態(tài)范圍測試衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法.`衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法6、白平衡測試2000K6500K4000K10000K9000K2700K.7、信噪比測試`衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法.8、曝光穩(wěn)定性測試`衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法.★影響圖像質(zhì)量的因素1、SensorSensor的靈敏度、像素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(zhì)量的常用指標(biāo)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3DNR對低照效果有影響；有無SmartIR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(yán)重，圖像發(fā)蒙鏡頭的裝配要求比較高：平整度、對焦點`衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法.4、圖像參數(shù)設(shè)置亮度設(shè)置越高，圖像越亮，圖像越容易發(fā)蒙、過曝；低照時噪點越多；比照度越高，圖像亮度越高，越容易過曝；比照度越低，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(shè)置越高，低照時圖像亮度越高，噪聲越多`衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法.5、結(jié)構(gòu)、組裝對于紅外產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)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(yīng)；`衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法.`★鏡頭的原理通過利用不同形狀、不同材質(zhì)的多片透鏡組合，將所需視野中所有物體的發(fā)出的光線會聚到成像傳感器上的光學(xué)系統(tǒng)。CCTV鏡頭根底知識鏡頭內(nèi)部光路圖.★鏡頭的構(gòu)造鏡片前組后組鎖緊釘Φ14直插接口M12螺紋接口標(biāo)簽前壓圈主鏡筒自動光圈IR-CUT變焦鏡頭定焦鏡頭`CCTV鏡頭根底知識.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(zhuǎn)換接圈。清晰度焦距成像靶面支持IR功能鏡頭F值`CCTV鏡頭根底知識.★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(qū)動自動光圈鏡頭〔DCAuto〕視頻驅(qū)動自動光圈鏡頭〔VideoAutoIris〕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鏡頭根底知識.★鏡頭的規(guī)格`CCTV鏡頭根底知識.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(jié)果的2/3，Sensor可以接受`CCTV鏡頭根底知識.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。假設(shè)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，那么物體所形成的影像就越大。`CCTV鏡頭根底知識鏡頭焦距監(jiān)控距離CCD視角(1/3”)2.8mm4.3m86.3°3.5mm5.4m67.4°4mm6m62°4.8mm7.3m52.2°6mm9m42.3°8mm12m32.6°12mm18m22.1°16mm25m17.1°25mm38m10.6°60mm120m3.5°73.8mm150m2.9°.`CCTV鏡頭根底知識同一臺攝像機，不同焦距時成像大小的比照.`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(shè)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(biāo)示在鏡頭上，如1:1.2或F1.2。CCTV鏡頭根底知識.`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。CCTV鏡頭根底知識.`視場角和分辨率的關(guān)系當(dāng)攝像機的分辨率是截取輸出時，視場角會隨之改變CCTV鏡頭根底知識.`視場角和Sensor像素的關(guān)系Sensor像素點大小影響視場角CCTV鏡頭根底知識.`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鏡頭根底知識Sensor分辨率象元大小水平尺寸水平視角（2.8mm）AR03301920x10802.2um4.224mm83°MN340411920x10802.75um5.280mm100°IMX2221920x10802.8um5.376mm106°OV27151920x10803um5.760mm114°.`CCTV鏡頭根底知識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(shè)計時考慮的是近似無窮遠(yuǎn)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、觀察者站得近……都會影響景深對攝像機調(diào)試來說，景深的影響表達在：如果對焦距離太近，遠(yuǎn)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鏡頭根底知識.`6、摩爾紋被拍攝物體的細(xì)節(jié)正好和成像系統(tǒng)的極限分辨率相當(dāng)時圖像上出現(xiàn)的雜訊；CCTV鏡頭根底知識.`CCTV鏡頭根底知識7、畸變畸變是廣角鏡頭很正常的一種光學(xué)現(xiàn)象，8mm以上幾乎就沒有畸變了光學(xué)設(shè)計低畸變需要增加鏡片數(shù)量，增大鏡頭體積，本錢較高安防鏡頭的設(shè)計就是為了監(jiān)控較廣的區(qū)域，畸變大，視角也就更大.`CCTV鏡頭根底知識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〔反射式紅外濾光片〕，它產(chǎn)生的鬼影是最嚴(yán)重的CMOS外表的保護玻璃也會產(chǎn)生嚴(yán)重的反射.`CCTV鏡頭根底知識9、色散白光是由多種顏色的