1 |?基礎(chǔ)概念

清晰度

清晰度（Sharpness），是衡量圖像質(zhì)量最重要的因子之一，反映了成像設(shè)備能表達(dá)成像畫面清晰程度和展現(xiàn)部分細(xì)節(jié)信息的能力。表現(xiàn)清晰度或成像系統(tǒng)分辨力的指標(biāo)，常見的有，SFR（空間頻率響應(yīng)）和MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）。

SFR是電子相機(jī)的一個(gè)重要特性，它的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)允許用戶比較和驗(yàn)證不同相機(jī)的空間分辨率水平。ISO 12233國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)量電子照相機(jī)空間頻率響應(yīng)的方法，它適用于輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或模擬視頻信號(hào)的單色和彩色攝像機(jī)的測(cè)量。分辨率是相機(jī)通過光學(xué)方式捕捉精細(xì)間隔細(xì)節(jié)的能力，通常作為一個(gè)單值指標(biāo)來報(bào)告?？臻g頻率響應(yīng)（SFR）是一種多值度量，它測(cè)量對(duì)比度損失作為空間頻率的函數(shù)。一般來說，對(duì)比度隨著空間頻率的變化而降低到細(xì)節(jié)不再被視覺分辨的程度。這個(gè)極限頻率值是相機(jī)的分辨率，相機(jī)的分辨率及其SFR由許多因素決定。

注意：所有鏡頭都會(huì)在一定程度上模糊圖像。

MTF

MTF（即Modulation Transfer Function），中文為調(diào)制傳遞函數(shù)，是指調(diào)制度隨空間頻率變化的函數(shù)稱為調(diào)制度傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)最開始是為了說明鏡頭的能力，在各個(gè)攝像頭鏡頭中經(jīng)常采用MTF描述鏡頭的MTF曲線，以表明鏡頭的能力，它類似于空間頻率響應(yīng)（SFR），是測(cè)量清晰度的一個(gè)關(guān)鍵。

清晰度的測(cè)量在頻率域進(jìn)行，單位用“Ip/mm”每毫米單位內(nèi)包含的線對(duì)，或者用“c/p”每像素包含多少周等。

單位長(zhǎng)度內(nèi)能記錄的信息越多，設(shè)備精度越高，性能越好，所再現(xiàn)的圖像清晰度越高。

MTF50和MTF50P，是圖像或者成像設(shè)備視覺清晰度表示的參數(shù)。

(1) MTF50是MTF曲線上MTF為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的空間頻率值，一定程度上可以表示成像系統(tǒng)獲取圖像細(xì)節(jié)的能力。銳化處理在一定范圍內(nèi)，MTF50的值隨著系統(tǒng)的銳化效果增加而增大，但銳化過度的話會(huì)導(dǎo)致細(xì)節(jié)丟失，甚至輪廓邊緣出現(xiàn)可見且令人討厭的偽像。

(2) MTF50P可以反映成像設(shè)備或者系統(tǒng)經(jīng)銳化處理后的清晰度情況，經(jīng)銳化后MTF曲線最大值大于1，出現(xiàn)峰值，MTF50P是峰值MTF降為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的空間頻率值，OverSharpening可以代表成像設(shè)備銳化處理程度。當(dāng)圖像處理軟件銳化MTF出現(xiàn)峰值時(shí)（MTF>1），MTF50P的結(jié)果值比MTF50更具參考性。

2 | 測(cè)試卡推薦

針對(duì)清晰度測(cè)試，我們可以選擇合適的圖像測(cè)試卡，評(píng)估一個(gè)成像系統(tǒng)大致的清晰度指標(biāo)，具體可以參考MTF的結(jié)果值?？梢栽趯?shí)驗(yàn)室內(nèi)拍攝專業(yè)的清晰度測(cè)試卡，通過軟件分析得到數(shù)據(jù)結(jié)果。常見的清晰度測(cè)試卡包括：SFRplus測(cè)試卡、ISO 12233分辨率測(cè)試卡、eSFR-ISO測(cè)試卡、SFRreg測(cè)試卡等，這幾種測(cè)試卡各有特點(diǎn)。

SFRplus測(cè)試卡

• SFRPlus測(cè)試卡重復(fù)利用測(cè)試卡的空間，信息量較多（可分析參數(shù)較多），相比ISO12233測(cè)試卡的實(shí)際利用率只有10%，有了大幅度提高；

• 畫面占比更多的5°斜塊，利于分析信號(hào)處理的信息更多，例如降噪，銳化；

• 每個(gè)斜塊中的定位靶標(biāo)，也支持軟件可以進(jìn)行ROI全自動(dòng)選擇；

• 4:1的低對(duì)比度，更是避免了由于高反差導(dǎo)致的階調(diào)溢出，增加曝光寬容度的同時(shí)，精度和重復(fù)性也更高。

針對(duì)不同應(yīng)用視場(chǎng)角的攝像頭選用的圖卡類型也不盡相同，如消費(fèi)電子（手機(jī)、運(yùn)動(dòng)相機(jī)...)畸變較小的，可以使用普通無畸變的測(cè)試卡；如車載攝像頭、安防監(jiān)控等畸變較大的攝像頭會(huì)選擇使用預(yù)畸變SFRPlus測(cè)試卡。

ISO 12233分辨率測(cè)試卡

ISO12233分辨率圖卡遵照ISO-12233：2000標(biāo)準(zhǔn)制作，適用于民用靜止照片數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、監(jiān)控?cái)z像機(jī)等圖像及視頻采集設(shè)備的清晰度分析。包含了3種分辨率測(cè)試方式：SFR測(cè)試、MTF測(cè)試（頻率線測(cè)試）、TVLine測(cè)試（楔形線測(cè)試）。

eSFR-ISO測(cè)試卡

ISO 12233：2014標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布了傾斜邊緣測(cè)試法去評(píng)價(jià)數(shù)字圖像的空間頻率響應(yīng)，定義了測(cè)試評(píng)價(jià)相機(jī)分辨力的三種測(cè)試卡，Imatest基于此標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制作了eSFR ISO測(cè)試卡，可以自動(dòng)分析清晰度、階調(diào)響應(yīng)和噪聲等像質(zhì)參數(shù)。

SFRreg測(cè)試卡

SFRreg 測(cè)試卡包含一個(gè)傾斜的邊緣象限圓圈圖案。它用于測(cè)量 MTF和橫向色差。SFRreg測(cè)試卡可以放置在任意的位置和角度，以適應(yīng)各種測(cè)試場(chǎng)景:

• 遠(yuǎn)距離試驗(yàn)，傳統(tǒng)的圖表會(huì)不符實(shí)際得變大

• 超寬視場(chǎng)測(cè)試 (>170)，點(diǎn)不能到達(dá)外場(chǎng)

• 自動(dòng)對(duì)焦測(cè)試，一幀可以包含在不同距離的多個(gè)目標(biāo)

3 |?測(cè)試流程

（1）設(shè)備選用

（2）將SFRplus測(cè)試卡吸附在中性灰色背板上，左右居中、水平平齊；

（3）調(diào)整光源色溫及亮度等級(jí)到目標(biāo)值（6500K，800Lux），整個(gè)圖卡的表面照度均勻性需達(dá)到90%以上；

（4）將設(shè)備固定在夾具中，需檢查設(shè)備鏡頭有無臟污，若有則需使用鏡布進(jìn)行擦拭，若鏡頭損壞則需更換設(shè)備；

（5）將三腳架、云臺(tái)調(diào)平，調(diào)整畫面，圖像畫面左右居中，取景框的上下兩邊要卡住測(cè)試卡圖案區(qū)域的黑邊區(qū)域，適當(dāng)露出一些白邊，保證軟件能夠正確識(shí)別測(cè)試卡中的各種元素；鏡頭表面和測(cè)試卡表面相對(duì)平行且畫面上下、左右對(duì)稱；

（6）拍攝時(shí)，先進(jìn)行鏡頭遮擋，重新觸發(fā)3A，等畫面穩(wěn)定后進(jìn)行拍攝。建議拍攝3張樣本圖像。

4 |?imatest分析與解讀

imatest分析步驟

（1）打開imatest軟件，點(diǎn)擊SFRplus設(shè)置模塊

（2）選擇需要分析的圖像，點(diǎn)擊確認(rèn)。

（3）SFRplus模塊會(huì)自動(dòng)框選ROI區(qū)域，根據(jù)測(cè)試需求選擇不同視場(chǎng)的ROI

（4）根據(jù)需求分析垂直邊或水平邊或一起分析

（5）點(diǎn)擊更多設(shè)置

對(duì)于SFRplus模塊，根據(jù)需要更改幾個(gè)部分的設(shè)置。這幾個(gè)部分包含：

• MTF單位的設(shè)置（可以根據(jù)需要自行選擇，常用的有LW/PH、LP/PH、Cylcle/mm等）；

• MTF結(jié)果的選擇（可以自行輸入數(shù)值，常用的有MTF50、MTF50P、MTF20、MTF10等）；

• 圖卡對(duì)比度的設(shè)置（常用的SFRplus測(cè)試卡對(duì)比度是4:1，有些特殊的是10:1）；

• 畸變系數(shù)多項(xiàng)式選擇（較為常用的選擇為Best of above，軟件會(huì)自動(dòng)更加圖片匹配合適的多項(xiàng)式進(jìn)行畸變的運(yùn)算）；

• 視場(chǎng)角計(jì)算（需要SFRplus測(cè)試卡上下兩條黑邊的最短距離，以及攝像頭到測(cè)試卡的距離）。

（6）點(diǎn)擊轉(zhuǎn)到SFR plus自動(dòng)設(shè)置，勾選分析需要保存的結(jié)果圖，在多ROI匯總圖選選擇“所有3個(gè)次要數(shù)據(jù)”，點(diǎn)擊確定。

（7）所有設(shè)置完成后，點(diǎn)擊確定。

（8）在顯示設(shè)置中可以查看多個(gè)不同的結(jié)果。

（9）打開自動(dòng)分析SFRplus模塊。

（10）選擇需要分析的圖像（可批量分析），點(diǎn)擊確定后會(huì)根據(jù)前面的設(shè)置自動(dòng)分析保存相應(yīng)結(jié)果圖。

結(jié)果解讀

查看所有的分析區(qū)域加權(quán)平均后的結(jié)果，MTF50P數(shù)值越大圖像成像效果越好。

可查看單個(gè)ROI區(qū)域的MTF結(jié)果值以及銳化程度。

如果MTF50與MTF5OP接近，Oversharpening值在25%以下，說明圖像銳化適中，或者說沒有過度銳化；Udersharpening值在大于10%，說明圖像沒有過度銳化，或者銳化程度很輕。

5 | 實(shí)操演練

具體的測(cè)試實(shí)操與軟件分析步驟→?測(cè)試課堂第六講 | 清晰度。