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測(cè)試課堂第十講 | 均勻性Shading

2023-03-21 14:01 作者:正印科技 0人讀過(guò) | 我要投稿

1 | 概念介紹

亮度均勻性（Uniformity）：

是指從中心到邊緣的亮度分布是否均勻。極端的對(duì)比現(xiàn)象可以從攝像頭畫面最亮與最暗部分的差異值來(lái)看。一般說(shuō)來(lái)，圖像畫面最亮的地方會(huì)是畫面中央的部分，最暗的地方為畫面的邊緣；因此當(dāng)均勻度越高，畫面中央到邊緣的一致性就越高，當(dāng)均勻度越低，畫面的明亮不一的情形也更嚴(yán)重。

如圖①，亮度均勻性很低（暗角）的主要可能原因：

(1) 邊角的成像光線與鏡頭光軸有較大的夾角，是造成邊角失光的主要原因。

(2) 變焦鏡頭鏡片很多，偏離光圈較遠(yuǎn)的鏡片為了能讓邊角的光線通過(guò)，這些鏡片必須很大，有時(shí)為了降低成本，縮小了這些鏡片的直徑，造成邊角成像光線不能完全通過(guò)，降低了邊角的亮度。

(3) 邊角的像差較大，為了提高像質(zhì)，某些鏡片的邊緣或?qū)ｉT設(shè)置的光闌有意擋住部分影響成像質(zhì)量的邊緣光線，造成邊角失光。

Lens Shading問(wèn)題由于鏡頭的光學(xué)特性，傳感器影像區(qū)的邊緣區(qū)域接收的光強(qiáng)比中心小，所造成的中心和四角亮度不一致的現(xiàn)象。具體是因?yàn)橥哥R在中心收集更多光的徑向性質(zhì)。這種現(xiàn)象在廣角鏡頭上表現(xiàn)更加明顯。?

同時(shí)也會(huì)由入射到傳感器的光的主光線角度引起，隨著角度增大，邊緣進(jìn)光量減少。它可以容易地在軟件上或者通過(guò)圖像處理校正。

色彩均勻性（Color Shading）：

是指色彩表現(xiàn)一致能力，即拍攝純色背景下，中心和邊緣角落的顯色情況的一致性，以其成像面整體的色彩偏離情形來(lái)加以評(píng)估，從中心到邊緣的色彩分布是否均勻（鏡頭畫面中心與邊緣部分的差異）。

Color Shading問(wèn)題源于鏡頭模組，光在穿過(guò)凸透鏡后會(huì)在一段距離后聚焦。相機(jī)因?yàn)榭臻g寬松，因此可以把焦距拉得很長(zhǎng)，而手機(jī)則只能盡量縮短焦距，讓光在鏡片后非常近的距離聚焦。

雖然兩種聚焦方法都可以達(dá)到在感光元件上成像的目的，但兩者的效果卻相去甚遠(yuǎn)。又因?yàn)橄鄼C(jī)透鏡（鏡片）對(duì)不同波長(zhǎng)的光存在不同的折射率，在經(jīng)過(guò)透鏡后的前進(jìn)方向會(huì)有一定的差別。

在焦距很短的情況下，四周的散射光由于聚焦過(guò)早而無(wú)法完全重合，這就造成了中心光量更大而周邊光量較少的情況，這時(shí)拍攝的照片變色（偏紅，黃，藍(lán)），也就是造成Color Shading現(xiàn)象的根本原因。

想改善Color Shading，最簡(jiǎn)單的方法自然是把鏡組拉長(zhǎng)，可是在手機(jī)越來(lái)越薄的今天，這種方法顯然不現(xiàn)實(shí)。所以我們必須借助其他方法來(lái)矯正這一問(wèn)題。

這其中包括了硬件和軟件兩部分。從硬件上講，一方面須對(duì)鏡頭模組進(jìn)行參數(shù)矯正，讓它們趨向一致，以減輕Color Shading，另一方面則可以選用IR cut filter [ IR cut filter即紅外截止濾光片，它放在于LENS與Sensor之間。IR cut filter分為反射式（普通IR）及吸收式（藍(lán)玻璃）兩種 ] 對(duì)中心的偏色現(xiàn)象加以抵消。軟件修正，可以參考中心區(qū)域RGB三通道比值或者?C的差值，進(jìn)而對(duì)邊緣偏色區(qū)域做分析補(bǔ)償，弱化畫面整體Color Shading的現(xiàn)象。

2 | 測(cè)試實(shí)操

針對(duì)Lens Shading和Color Shading測(cè)試，我們可以選擇合適的測(cè)試設(shè)備和圖像測(cè)試卡，評(píng)估一個(gè)成像系統(tǒng)大致的均勻性，具體可以參考Shading這一客觀指標(biāo)。

而針對(duì)超廣角鏡頭、全景相機(jī)等均勻性測(cè)試需求，可使用球形光源進(jìn)行評(píng)估測(cè)試。

因此，本次測(cè)試課堂我們將展示三種均勻性的測(cè)試方法，測(cè)試環(huán)境以光源色溫2850K 1000LUX，5000K 1000LUX為例。

① 反射式

18%中性灰測(cè)試卡＆LE007反射面光源

步驟1：調(diào)節(jié) Camera的驅(qū)動(dòng)參數(shù)調(diào)試到最佳（一般采用默認(rèn)參數(shù)），參數(shù)設(shè)置為普通模式，如曝光設(shè)為自動(dòng)等。

步驟2：反射光源照射18%灰卡或者白平衡卡，使用照度計(jì)將測(cè)試卡表面的照度均勻性調(diào)整為95%以上。

步驟3：鏡頭正對(duì)著測(cè)試的18%灰卡或者白平衡卡，被測(cè)測(cè)試卡充滿整個(gè)鏡頭畫面。

步驟4：待圖像穩(wěn)定，完成對(duì)焦后即可拍照。

②?透射式

LE005透射光源

步驟1：調(diào)節(jié) Camera的驅(qū)動(dòng)參數(shù)調(diào)試到最佳（一般采用默認(rèn)參數(shù)），參數(shù)設(shè)置為普通模式，如曝光設(shè)為自動(dòng)等。

步驟2：鏡頭正對(duì)均勻光源的發(fā)光面，使均勻透射光源的發(fā)光面充滿整個(gè)鏡頭畫面。

步驟3：待圖像穩(wěn)定，完成對(duì)焦后即可拍照。

③ 超廣角

球形光源

步驟1：調(diào)節(jié) Camera的驅(qū)動(dòng)參數(shù)調(diào)試到最佳（一般采用默認(rèn)參數(shù)），參數(shù)設(shè)置為普通模式，如曝光設(shè)為自動(dòng)等。

步驟2：鏡頭正對(duì)均勻光源的發(fā)光面，使均勻透射光源的發(fā)光面充滿整個(gè)鏡頭畫面。

步驟3：待圖像穩(wěn)定，完成對(duì)焦后即可拍照。

以下是三種均勻性測(cè)試方法在色溫照度2850K 1000LUX情況下的實(shí)拍圖。

3 | 分析解讀

1. Imatest軟件中使用均勻性模塊打開圖像。參考以下設(shè)置：

2. 選擇需要分析的樣圖，點(diǎn)擊打開。

3. 選擇ROI區(qū)域。

4. 分析整張圖像可以直接點(diǎn)擊繼續(xù)進(jìn)行分析。

5. 在設(shè)置頁(yè)面對(duì)圖像進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，選擇Shading輸出結(jié)果繪圖設(shè)置。

6. 選擇Color Shading輸出結(jié)果繪圖，推薦選擇3個(gè)比值：R/B, R/G, B/G。

7. 勾選網(wǎng)格圖，根據(jù)需求選擇網(wǎng)格圖的輸出設(shè)置，可修改網(wǎng)格圖大小。

8. 邊角和邊界及位置為軟件分析計(jì)算Shading的參考點(diǎn)大小及位于圖像的位置，可進(jìn)行修改。

9.保存結(jié)果數(shù)據(jù)。

10.結(jié)果解讀：

Shading：數(shù)據(jù)結(jié)果（Y） luminance contours

ps：歸一化即255歸一化為1，比如Corners：worst歸一化為0.439，即Corners：worst=0.439*255。后文同上。

MAX=0.495表示圖像最亮的Y值歸一化為0.495。
Corners：worst=0.439（88.8%）表示圖像最暗區(qū)域角歸一化為0.439，88.8%表示圖像最暗區(qū)域角與圖像最亮區(qū)域的百分比值，是衡量亮度均勻性的一個(gè)重要指標(biāo)。
Corners：mean=0.457表示圖像整體的亮度歸一化為0.457，92.4%表示圖像邊角與圖像最亮區(qū)域的百分比值。
Sides：同Corners，表示圖像的兩個(gè)邊與表示圖像最亮區(qū)域歸一化為0.45、0.463，91%、93.5%表示圖像兩邊緣與圖像最亮區(qū)域的百分比值。
Sides mean=92.3%是圖像的邊與圖像最亮區(qū)域的百分比，是衡量亮度均勻性的一個(gè)重要指標(biāo)。