圖像質(zhì)量指標(biāo)及測試方法

1、監(jiān)控?cái)z像機(jī)基礎(chǔ)知識監(jiān)控?cái)z像機(jī)基礎(chǔ)知識IQ篇篇2018Outlines一、攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用一、攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用二、與圖像相關(guān)的常用術(shù)語二、與圖像相關(guān)的常用術(shù)語三、攝像機(jī)三、攝像機(jī)的常用的常用指標(biāo)及測試方法指標(biāo)及測試方法 常用指標(biāo)及其測試方法常用指標(biāo)及其測試方法 影響圖像質(zhì)量的因素影響圖像質(zhì)量的因素四、四、CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識五、五、FAQ攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用攝像機(jī)成像部分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

2、線匯聚到成像傳感器上的光學(xué)系統(tǒng)；濾光片濾光片濾光片可以將特定波段的光線進(jìn)行阻隔；目前監(jiān)控常用的濾光片主要為可移動(dòng)濾光片（IR-cut，ICR），移動(dòng)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(bǔ)其兩種濾光片折射率不一致造成的失焦問題。攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用 圖像傳感器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(diǎn)：成像質(zhì)量好，信噪比高缺點(diǎn)：功耗較大，成本較高，制作工藝復(fù)雜CMOS優(yōu)點(diǎn)：功耗較小，相同分辨率下成本比CCD低，工

3、藝簡單缺點(diǎn)：噪點(diǎn)較大，成像質(zhì)量相對較差攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用 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（ Effective Pixels ）有效像素?cái)?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(shí)像素，這個(gè)數(shù)據(jù)通常包含了感光器件的非成像部分?？傁袼赜行袼?cái)z像機(jī)成像部分主要器件及其作用攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用 ISP（Image Si

4、gnal Processor）圖像處理器的作用是將Sensor輸出的圖像信號進(jìn)行各種圖像處理，如降噪（Noise Reduction）、銳化（Sharpness）、白平衡（AWB），自動(dòng)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(tái)：海思、Mstar、Sony、EN攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用清晰度清晰度清晰度是指攝像機(jī)捕捉圖像細(xì)節(jié)的能力，通常用電視線（TVL）來衡量色彩還原性色彩還原性指攝像機(jī)對各種顏色的還原能力亮度靈敏度亮度靈敏度衡量攝像機(jī)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)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語色溫色溫光源的色溫是通

5、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(shí)的開爾文溫度就是那個(gè)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(jī)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 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)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語信噪比（信噪比（S/N ratio）信噪比是信

6、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(jī)給出的信噪比值均是在AGC（自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值，因?yàn)楫?dāng)AGC接通時(shí)，會(huì)對小信號進(jìn)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)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語 GammaGamma 校正補(bǔ)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(guān)的常用術(shù)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語最低照度最低照度 攝像機(jī)輸出端之視頻信號幅度降至

7、額定電平的一半時(shí)物體的最小照度。此外，測試時(shí)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：0.01 lux F1.2，AGC ON與圖像相關(guān)的常用術(shù)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語 AGC （Auto Gain Control）Sensor在照度低時(shí)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達(dá)到要求，需要對sensor輸出信號進(jìn)行增強(qiáng)，而照度高時(shí)，不需要進(jìn)行增強(qiáng)，攝像機(jī)內(nèi)部會(huì)使用AGC模塊，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。一般情況下，AGC說的是給攝

8、像機(jī)設(shè)置的增益最大值，攝像機(jī)會(huì)根據(jù)照度自行在最大值和最小值之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。說明：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(diǎn)也會(huì)相應(yīng)增多。與圖像相關(guān)的常用術(shù)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語色調(diào)和飽和度色調(diào)和飽和度色調(diào)（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（飽和度（Saturation）/色彩濃度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)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語

9、快門速度（快門速度（Shutter Speed）、曝光時(shí)間）、曝光時(shí)間曝光時(shí)間是指sensor像素點(diǎn)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(shí)間間隔。曝光時(shí)間的長短由快門速度決定，快門速度越高，曝光時(shí)間越短,運(yùn)動(dòng)物體就會(huì)在底片呈現(xiàn)更清晰的影象；反之快門速度越低，曝光時(shí)間越長,運(yùn)動(dòng)的物體就越模糊；表示方法：曝光時(shí)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)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語 AE （Auto Exposure）攝像機(jī)根據(jù)環(huán)境亮度自動(dòng)調(diào)整曝光量，包括曝光時(shí)間、增益等參數(shù)；AWB （Auto White Balance）白平衡是攝像機(jī)

10、的重要指標(biāo)之一；白平衡的作用是使攝像機(jī)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(guān)的常用術(shù)語與圖像相關(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（降噪（Noise Reduction）降噪是指對攝像機(jī)圖像上的噪點(diǎn)進(jìn)行處理的過程，分為2D降噪和3D降噪兩種；2D降噪降噪對單幅圖像的噪點(diǎn)進(jìn)行處理，將其減弱，處理后的圖像會(huì)相對柔和3D降噪降噪通過對前后兩幀的圖像進(jìn)行對比篩選處理，從而將噪點(diǎn)位置找出，對其進(jìn)行增益控制，從而減少噪點(diǎn)。采用3D降噪的攝像機(jī)，

11、圖像噪點(diǎn)會(huì)明顯減少，圖像會(huì)更透徹。與圖像相關(guān)的常用術(shù)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語銳度（銳度（Sharpness）銳度是反映圖像邊緣對比度的一個(gè)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，則會(huì)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(shí)的圖像，銳度應(yīng)當(dāng)調(diào)得合適。說明：說明：A. 過分提高銳度并不能提高清晰度；B. 提高銳度，會(huì)相應(yīng)的增加圖像噪點(diǎn)，銳度越高，噪點(diǎn)越大；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)語與圖像相關(guān)的常用術(shù)語寬動(dòng)態(tài)（寬動(dòng)態(tài)（Wide dynamic Range，WDR）

12、寬動(dòng)態(tài)就是場景中特別亮的部位和特別暗的部位同時(shí)都能看得特別清楚。寬動(dòng)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(dòng)態(tài)的表現(xiàn)方式以“倍數(shù)”或“dB”來表示普通攝像機(jī)寬動(dòng)態(tài)BLC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)及測試方法常用指標(biāo)及其測試方法常用指標(biāo)及其測試方法清晰度清晰度色彩還原性色彩還原性低照性能低照性能動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍白平衡白平衡信噪比信噪比曝光的穩(wěn)定性曝光的穩(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、分析圖像指標(biāo)的常用軟件HYRes分析攝像機(jī)的中心分析攝像機(jī)的中心清晰度清晰度Imatest分

13、析色彩還原性、分析色彩還原性、清晰度、動(dòng)態(tài)范圍等多種圖清晰度、動(dòng)態(tài)范圍等多種圖像指標(biāo)像指標(biāo)2、清晰度的測試方法、清晰度的測試方法衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法用用HYRes分析結(jié)果分析結(jié)果衡量圖像質(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3、色彩還原性的測試方法、色彩還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、低照度的圖像質(zhì)量測試方法照度計(jì)照度計(jì)24色卡色卡5、動(dòng)態(tài)范圍測試、動(dòng)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)及測試方法衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法

14、衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法6、白平衡測試、白平衡測試2000K6500K4000K10000K9000K2700K7、信噪比測試、信噪比測試衡量圖像質(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8、曝光穩(wěn)定性測試、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)量的因素影響圖像質(zhì)量的因素1、SensorSensor的靈敏度、像素大小對攝像機(jī)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)及測試方法衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法有FPN無FPN2、ISP各個(gè)平臺(tái)

15、的ISP算法不同，同樣的圖像做處理，效果區(qū)別也會(huì)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(jī)的低照性能鏡頭的色差程度，影響圖像的紫邊/藍(lán)邊等好的鏡頭反光狀況會(huì)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(diǎn)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4、圖像參數(shù)設(shè)置、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(shí)噪點(diǎn)越多；對比度越高，圖像亮度越高，越容易過曝；對比

16、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(shí)彩色噪聲越多；銳化：值越高，邊緣越銳利，同時(shí)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(shí)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、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(huì)有手電筒效應(yīng)；衡量圖像質(zhì)量的常用指

17、標(biāo)及測試方法衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測試方法鏡頭鏡頭 的原理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)出的光線匯聚到成像傳感器上的光學(xué)系統(tǒng)。CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭內(nèi)部光路圖鏡頭的構(gòu)造鏡頭的構(gòu)造鏡片前組后組鎖緊釘14直插接口M12螺紋接口標(biāo)簽前壓圈主鏡筒自動(dòng)光圈IR-CUT變焦鏡頭定焦鏡頭CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識CS接口CS型安裝座攝像機(jī)上使用C型鏡頭的話，需要加一個(gè)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鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭鏡頭的種類的種類按照光圈調(diào)節(jié)方式分類：按照光圈調(diào)節(jié)方式分類： 手動(dòng)光圈鏡頭 自動(dòng)光

18、圈鏡頭：直流驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭（DC Auto） 視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭（Video Auto Iris）按照焦距不同按照焦距不同分類：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(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭的規(guī)格鏡頭的規(guī)格CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識1、分辨率、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(jì)算出需要鏡頭的線對數(shù)根據(jù)實(shí)際配合的經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果的2/3，Sensor可以接受CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識2、焦距、焦距透鏡的光心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。鏡頭的焦距決

19、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(jìn)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(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭焦距鏡頭焦距監(jiān)控距離監(jiān)控距離CCD視角視角(1/3”)2.8mm4.3m86.33.5mm5.4m67.44mm6m624.8mm7.3m52.26mm9m42.38mm12m32.612mm18m22.116mm25m17.125mm38m10.660mm120m3.573.8mm150m2.9CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識同一臺(tái)攝像機(jī)，不同焦距時(shí)成像大小的對比3、光圈（、光圈（F值）值）為了控制通過鏡頭的光通量的大小，在鏡

20、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(dá)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鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識4、視場角（、視場角（FOV）鏡頭所能覆蓋的范圍，通常以角度來表示，這個(gè)角度就叫鏡頭的視角FOV。鏡頭的焦距越長，視場角越小。CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識視場角和分辨率的關(guān)系視場角和分辨率的關(guān)系當(dāng)攝像機(jī)的分辨率是截取輸出時(shí)，視場角會(huì)隨之改變CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識視場角和視場角和Sensor像素的關(guān)系像素的關(guān)系Sensor像素

21、點(diǎn)大小影響視場角CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識同樣是1080P的攝像機(jī)，同一個(gè)2.8mm鏡頭，CMOS像素點(diǎn)大小決定了視場角CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識Sensor分辨率象元大小水平尺寸水平視角（2.8mm）AR03301920 x10802.2um4.224mm83MN340411920 x10802.75um5.280mm100IMX2221920 x10802.8um5.376mm106OV27151920 x10803um5.760mm114CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識5、景深、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(shí)候

22、容易出現(xiàn) 對安防鏡頭來說，設(shè)計(jì)時(shí)考慮的是近似無窮遠(yuǎn)的最大景深 景深是一個(gè)模糊的概念，因?yàn)闊o法界定到底什么是清晰和模糊 攝像機(jī)像素高、顯示屏面積大、觀察者站得近都會(huì)影響景深 對攝像機(jī)調(diào)試來說，景深的影響體現(xiàn)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鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識6、摩爾紋、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(shí)圖像上出現(xiàn)的雜訊；CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識7、畸變、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(jì)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(shè)計(jì)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(chǔ)知識鏡頭基礎(chǔ)知識8、鬼影，眩光、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