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測(cè)試課堂第十三講 | 低照度（Low-Light ）

2023-04-25 15:04 作者:正印科技 0人讀過(guò) | 我要投稿

1 | 概念介紹

低照度（Low-Light）成像質(zhì)量測(cè)試，一般指弱光或微光級(jí)別的低光照環(huán)境下，驗(yàn)證成像系統(tǒng)的感光能力和成像質(zhì)量的一種方法。換句話說(shuō)，低照度測(cè)試可以體現(xiàn)出不同的攝像頭誰(shuí)能夠在低光照條件下，有更好的畫質(zhì)表現(xiàn)。

隨著圖像技術(shù)的發(fā)展，夜晚低光照的畫面效果受到越來(lái)越多人的關(guān)注。同時(shí)人們對(duì)于攝像頭在低光環(huán)境下呈現(xiàn)的畫面效果要求也越來(lái)越高，尤其是涉及到交通安全的汽車成像系統(tǒng)。如果不在低光條件下測(cè)試相機(jī)，則無(wú)法驗(yàn)證攝像頭弱光成像的能力，也無(wú)法準(zhǔn)確反映出攝像頭的夜視成像效果。

圖像傳感器收集光（信號(hào)）存儲(chǔ)到像素感光元件中，然后將得到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。暗電流是通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)釋放的電子，它們和光電效應(yīng)釋放的電子難以區(qū)分。存在于未冷卻的圖像傳感器中的暗電流會(huì)導(dǎo)致暗噪聲。

在低照水平下，曝光時(shí)間越長(zhǎng)，收集的光照就越多，這同樣會(huì)給暗電流電子更多的時(shí)間聚集起來(lái)，導(dǎo)致暗噪聲和讀取的噪聲占整體響應(yīng)的較大部分，從而降低了信噪比（SNR）。低照條件下對(duì)于具有小像素間距的較高分辨率傳感器來(lái)說(shuō)是最具有挑戰(zhàn)性的，其中光的粒子性和波動(dòng)性會(huì)嚴(yán)重影響相機(jī)的性能。

2 | 行業(yè)應(yīng)用

不同應(yīng)用類型的攝像頭對(duì)于“低照”的定義也各不相同。

移動(dòng)設(shè)備

隨著移動(dòng)設(shè)備在低光環(huán)境下的表現(xiàn)越來(lái)越好，用戶的期望可能也會(huì)發(fā)生變化。如下圖對(duì)比（實(shí)景燈箱）實(shí)例，手機(jī)影像已經(jīng)可以在弱光環(huán)境下有很好的曝光響應(yīng)了。

對(duì)于移動(dòng)設(shè)備（如手機(jī)、平板等），IEEE CPIQ標(biāo)準(zhǔn)將低光定義為25lux，這類似于一個(gè)光線昏暗的室內(nèi)空間，代表了人們期望他們的手機(jī)能夠在不開(kāi)啟閃光燈的情況下也能夠正常工作的弱光情況。

安防監(jiān)控

對(duì)于安防監(jiān)控成像來(lái)說(shuō)，根據(jù)戶外環(huán)境的黑暗程度，相機(jī)會(huì)設(shè)置觸發(fā)紅外模式的機(jī)制。以安防監(jiān)控相機(jī)來(lái)說(shuō)，夜間畫面是否能達(dá)到"足夠亮"的曝光，人體面部輪廓、細(xì)節(jié)的清晰程度能否被捕捉，能否看清車牌，特征信息能否被AI算法正確識(shí)別等，已經(jīng)成為評(píng)估一款監(jiān)控?cái)z像機(jī)效果好壞的重要指標(biāo)。

紅外成像

而由于支持近紅外的“夜視”安防攝像系統(tǒng)因其在光照極低的環(huán)境下仍可正常成像，這類產(chǎn)品已經(jīng)成為了監(jiān)控產(chǎn)品系列的主流。

車載影像

汽車領(lǐng)域不斷優(yōu)化的ADAS輔助駕駛和自動(dòng)駕駛技術(shù)，在拓寬?cǎi){駛領(lǐng)域、降低交通事故、解決交通擁堵等方面都有著深遠(yuǎn)的影響。因此，提升汽車成像系統(tǒng)在低照度環(huán)境下車輛檢測(cè)的功能也變得越來(lái)越重要。

無(wú)人駕駛技術(shù)落地需要滿足多種不良因素下（如極寒、極熱、雨雪、低照等極端環(huán)境）車輛正常行駛的要求，低照度環(huán)境是最主要的不良因素之一，同時(shí)車輛等障礙識(shí)別又是無(wú)人駕駛中最重要的檢測(cè)項(xiàng)目。

車載攝像頭低照度測(cè)試（0.1lux）

那汽車攝像頭在低照環(huán)境下的成像效果到底如何，可以參考上圖在0.1lux照度環(huán)境下車載攝像頭成像畫面。

夜視儀

在夜視儀應(yīng)用的領(lǐng)域，對(duì)低照甚至極低照環(huán)境下的成像質(zhì)量有著更苛刻的要求。低照的測(cè)試條件往往會(huì)達(dá)到10-3~10-6?lux的光照條件，這在普通的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)是很難可控實(shí)現(xiàn)的。

夜視儀拍攝的野生動(dòng)物

正印科技推出一系列超低照的測(cè)試設(shè)備，可以穩(wěn)定可控地實(shí)現(xiàn)上述超低照環(huán)境，如低照廣角燈箱、超低照高均勻性積分球光源、超低照平面光源等。

通過(guò)上述的幾種行業(yè)應(yīng)用的實(shí)際情況，我們可以直觀感受到低照度環(huán)境下畫面的清晰度相比正常照度存在著極大的差異，因?yàn)槠毓獠蛔銕?lái)的模糊現(xiàn)象十分明顯。而且畫面充斥著較多可見(jiàn)的顆粒噪聲，因shading或曝光不足帶來(lái)的邊緣過(guò)暗現(xiàn)象等等。

那針對(duì)低照度這一極端的光照環(huán)境，我們通過(guò)哪些維度來(lái)評(píng)估攝像頭在低照環(huán)境下的成像性能呢？

正印科技在成像質(zhì)量領(lǐng)域經(jīng)過(guò)了多年的經(jīng)驗(yàn)積累，從我們對(duì)于相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的解讀、與車廠及車廠供應(yīng)商的溝通來(lái)看，我們總結(jié)得到目前主流的低照測(cè)試參數(shù)包括：清晰度（分辨力）、信噪比（SNR）和色彩響應(yīng)。而當(dāng)前車載攝像頭對(duì)于低照度測(cè)試的要求規(guī)范一般至少在1-2lux以下。

3 |?測(cè)試方案

本次低照度測(cè)試實(shí)操視頻將以手機(jī)攝像頭為例，選擇eSFR測(cè)試卡、ISO14524測(cè)試卡和ColorChecker 24色經(jīng)典測(cè)試卡進(jìn)行測(cè)試，分別評(píng)估攝像頭在低照環(huán)境下的清晰度、噪聲和色彩響應(yīng)能力。

點(diǎn)擊觀看視頻：低照度成像質(zhì)量測(cè)試課堂開(kāi)課啦~

4 |?結(jié)果解讀

ps：結(jié)尾有上述類型攝像頭數(shù)據(jù)對(duì)比哦~

? eSFR-ISO測(cè)試卡-清晰度

打開(kāi)匯總圖結(jié)果圖像，在右上角可以看到加權(quán)平均后的MTF50P的結(jié)果值，結(jié)果數(shù)值可與正常照度下測(cè)得的結(jié)果做對(duì)比，MTF50P數(shù)值越大圖像成像效果越好。

ISO 14524對(duì)比度測(cè)試卡-噪聲

打開(kāi)結(jié)果圖，讀取SNR_BW中Y通道的結(jié)果數(shù)值；也可以參考中性灰塊SNR_Dnom中Y通道結(jié)果數(shù)值。

Colorchecker 24色測(cè)試卡-色彩響應(yīng)

●?在結(jié)果圖中，可參考色彩飽和度的百分比結(jié)果，以及色差?C00和?E00的平均值與最大值。

●?白平衡誤差值在灰色塊上（Colorchecker 24色卡灰階行2-5）查看。常用?C00或 [ HSV Saturation（S）] 表示。如飽和度（S），當(dāng)飽和度S<0.02時(shí)，差別幾乎不可見(jiàn)，幾乎察覺(jué)不到偏色；當(dāng)S>0.1時(shí)，差別就很明顯，視覺(jué)上偏色十分嚴(yán)重，尤其表現(xiàn)在淺灰色色塊。

//?不同類型攝像頭數(shù)據(jù)對(duì)比