成像质量测试项目及测试方式

影响成像质量的因素非常多，我们在评测图像质量的过程中，会分别测试这些因素，以此来鉴定图像质量。

成像质量测试主要根据国标《数字（码）照相机通用规范》和行标《数字移动终端图像及视频传输特性技术要求和测试方法》执行。国标中“成像质量”测试项目包括视觉分辨率、彩色还原、白平衡、成像均匀度、曝光量误差，行标的“成像质量”测试项目包括视觉分辨率、白平衡、色彩还原准确度。

英迈吉影像质量评测实验室综合各个测试标准，把影响成像质量的因素总结为以下13个因素。

解析度：

摄像机拍摄的影音信号需要在电视上播放时， 需要换算成与电视画质相同的单位。而

电视的画面清晰度是以水平清晰度作为单位。 通俗地说， 我们可以把电视上的画面以水平方向分割成很多很多“条”，分得越细，这些画面就越清楚，而水平线数的数码就越多。这个单位是“电视行（TVLine）”也称线。解析度一般与镜头、CCD、CMOS成像有关。

DNP解像力测试卡

测试目的：测试摄像机解析度，即清晰度。

测试工具：DxO Analyzer、DNP解像力测试卡

测试条件:

1、镜头必需使用最大光圈。

2、需在白色光源下拍摄一组色板样张，并使用Lux器读出测试环境亮度。

3、必需根据摄像机的画面比例进行拍摄，如4:3、 16:9画面。

测试步骤:

1、根据摄像机的画面比例在白色光源下拍摄一组色板样张，并使用Lux器读出

测试环境亮度。

2、打开DxO Analyzer软件，依次点击“File”-->“Trimming mode”进入测试界面。

3、点击“File”-->“Open”选择一个待测试文件。

4、使用鼠标左键选择如上图红色区域部分。

5、点击Execute读取当前区域的解析度值并记录数据。

测试标准:标清测试D1，高清系列测试720P/1600*900，然后配合软件读取并记录解析值。

完成标准:

1、软件读取的值可能有误差， 每次读取的值必须经过视觉进行核实并记录。

2、主观评价样张图像效果，在测试报告中粘贴解析度的局部图。

 

二、色彩还原性

色彩还原指彩色CCD、 CMOS经过拍摄加工后，彩色摄影画面的色彩大体上和原景物

的色彩相一致。是早期彩色电影摄影追求的目标。影响色彩还原的因素有CCD、 CMOS的

性能，摄影镜头的质量，光线的色温等。

DxO Analyzer色彩还原测试结果界面

测试目的：测试各种杂光环境下物体色彩的还原能力。

测试工具：DxO Analyzer、色卡

测试条件：

1、镜头必需使用最大光圈。

2、需在白光和暖光下分别拍摄一组色板样张，并使用Lux器读出测试环境亮度。

测试步骤：

1、打开DxO Analyzer，点击“24 colors chart”并选择一个色板图像文件。

2、按住鼠标左键并将整个色板区域选中，然后调整绿色选框，保障每个绿色框都位于不同的色块中。

3、完成选框后直接点击“Yes，Continue in Express mode”按钮开始分析数据和保存分析结果。

4、观察色板，分别记录常见色彩区域的每个偏移量和非常见区域最小与大偏移量，且需要记录如图红色标记处的Mean值。

5、记录当前环境亮度及主观评价结果（参见释义）

测试标准：

1、图中的灰色编号即色板的顺序编号。每一个小方格代表每一个标准色块所处的色彩，而小圆圈代表实际每一个色块的实测色彩。

2、如图红色标记处“△E*ab:mean=14.8”（亮度色度偏差平均总和） 、“△C*abuncorr:mean=13”（色度平均偏差） ， mean表示平均偏移量。

3、首先观察13-18号色彩（即常见色彩区域）的偏移量，若色彩偏移量很大，则说明常见色彩区域的色彩还原性较差，反之则好。

4、其次观察1-12号色彩（即非常见色彩区域）的偏移量，若色彩偏移量很大，则说明非常见色彩区域的色彩还原性较差，反之则好。

完成标准：

1、 分别记录色板色彩的平均偏移量“△E*ab:mean=14.8（亮度色度偏差平均总 ”、“△C*ab uncorr:mean=13”（色度平均偏差） 。 （标准对比值： △C<30 \ △E<13效果较好）

2、观察各个色块实测值与标准值状况，根据主观进行点评色彩还原效果。

 

三、白平衡（ WhiteBalance）

所谓白平衡，就是摄像机对白色物体的还原。当我们用肉眼观看这大千世界时，在不同的光线下，对相同的颜色的感觉基本是相同的，比如在早晨旭日初升时，我们看一个白色的物体，感到它是白的；而我们在夜晚昏暗的灯光下，看到的白色物体，感到它仍然是白的。

这是由于人类从出生以后的成长过程中， 人的大脑已经对不同光线下的物体的彩色还原有了适应性。但是，作为摄像机，可没有人眼的适应性，在不同的光线下，由于CCD输出的不平衡性，造成摄像机彩色还原失真：或者图像偏蓝，或者偏红。

DNP白平衡测试卡

测试目的：测试各种杂光环境下白色物体的还原能力。

测试工具：DxO Analyzer、DNP白平衡测试卡

测试条件：

1、 镜头必需使用最大光圈。

2、 需在白光和暖光下分别拍摄一组色板样张，并使用Lux器读出测试环境亮度。

测试步骤：

1、在白光和暖光下分别拍摄一组色板样张。

2、使用Imatest打开色板图片， 按照“ 色彩还原”测试步骤使用鼠标拖选色卡测试区域。

3、完成选框后直接点击“Yes，Continue in Express mode”按钮开始分析数据和保存分析结果。

测试标准：图中最大的色块为原始摄影图块， 最小面积的色块就是原始Color Checke理想值。

完成标准：

1、 记录各种拍摄环境亮度。

2、 对比原始拍摄土块和理想色块，结合实拍图像记录白平衡效果。

 

四、低照度 （Low-Light）

照度是反映光照强度的一种单位， 其物理意义是照射到单位面积上的光通量， 照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（ Lux ） ： 1Lux=1Lm/㎡。 上式中， Lm/㎡是光通量的单位。1Lux大约等于1烛光在1米距离的照度，我们在摄像机参数规格中常见的最低照度，表示该摄像机只需在所标示的Lux数值下，即能获取清晰的影像画面，此数值越小越好，说明CCD、 CMOS的灵敏度越高。同样条件下，黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。

在各种光照环境下进行测试

测试目的：测试摄像机各种低光环境下物体可分辨能力以及色彩表现能力。

测试工具：DxO Analyzer，测试卡（24色卡，灰阶测试卡），光源

测试条件：

1、镜头必需使用最大光圈。

2、使用可调暖色光源进行照射被拍摄物体，每一次光变都需要使用Lux器记录。（所取的亮度值为镜头的进光量）

3、被拍摄物体需要具备各种丰富的色彩。

测试步骤：

1、调节不同光线亮度，并使用Lux器读取当前光线下的环境亮度。

2、分别拍摄1Lux、 3Lux、 10Lux、 25Lux等亮度下图像并记录数据。

3、把测试好的图像输入DxO Analyzer，得出测试结果。

完成标准：每一次光线变化都需要使用Lux器记录亮度值，且亮度值必需和每张图片对应。

测评方式：DxO Analyzer自动分析得出结果。

（五）逆光补偿

逆光补偿也称作逆光补正或背光补偿（ Back-light Compensation,BLC） ,他可以有效补偿，摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。 在某些应用场合， 视场中可能包含一个很亮的背景区域，如逆光环境下的门窗等，而被观察的主体则处于亮场的包围之中，画面一片昏暗， 无层次。 此时， 需要引入逆光补偿功能。 摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测，通过求此区域的平均信号电平信号来确定AGG电路的工作点。 由于子区域的平均电平很低，AGG放大器会有较高的增益，使输出视频信号的幅值提高，从而使监视器上的主题画面明朗。此时的背景画面会更加明朗，但其与主体画面的主观亮度差会大大降低，整个视场的可视性得到改善。

逆光补偿实际拍摄差别样张

测试目的：摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体逆光平衡处理能力。

测试工具：辉度计（亮度计）

测试条件：

1、镜头必需使用最大光圈。

2、背景亮度必需比主体被拍摄物体亮度高出许多。

测试步骤：

1、在逆光测试灯箱中放置物体，且物体处于灯源的中心处。

2、使用被测摄像机进行拍摄逆光下的主体。

3、拍摄图片，观察被拍摄主体的分辨能力。

测试标准：

1、无逆光补偿：主体显得特别暗，几乎无法识别。

2、有逆光补偿：背景的亮度会自动降低，从而使整个视场的可视性得到改善。

完成标准：

使用辉度计（亮度计）记录亮度，并且保存测试图片，然后测评和记录图像逆光补偿程度。

测评方式：主观评价，从主体可识别能力进行点评。

 

（六）动态范围（ Dynamic Range）

动态范围（ Dynamic Range）对数码相机简单来说就是亮部与暗部的细节表现，也就是黑与白的极端表现。大家在拍摄中可能会遇到这样一种情况，画面的光暗对比太强烈，特别在逆光拍人像的情况下，我们将很难兼顾人的面部和背景的曝光。测试时可参考DxO analyzer中的Total数值，数值越大其动态范围也越大。动态范围越大，所能表现的层次越丰富，所包含的色彩空间也越广。 数码相机的动态范围越大， 它能同时记录的暗部细节和亮部细节越丰富。

测试目的：测试摄像机动态层次范围。

测试工具：DxO analyzer、灰阶测试卡、辉度计（亮度计）

测试条件：

1、镜头必需使用最大光圈。

2、需在白色光源下拍摄一组全画面样张，并使用辉度计（亮度计）读出测试环境亮度。

测试步骤：

1、在白色光源下拍摄一组包含灰阶卡的全画面样张。

2、打开DxO analyzer软件，选择需要测试的图片。

3、使用鼠标拖动选择一个测试区域，然后调整使十字坐标矫正至被测区域的中心处。

4、完成矫正直接点击开始分析数据和保存分析结果。

5、查看窗口中的分析结果。

测试标准：动态范围越大，所能表现的层次越丰富，所包含的色彩空间也越广。数码相机的动态范围越大，它能同时记录的暗部细节和亮部细节越丰富。

完成标准：查看并记录灰阶得分值，数码相机灰阶一般在5.5以上。

曝光测试

摄像机在不同的光照环境下，曝光的表现也是各不相同，曝光控制不好的机器会出现过曝的情况。曝光测试的目的是测试摄像机在各种光照环境下，摄像机拍照的辉度值，研究摄像机是否出现过曝的现象。

测试目的：测试摄像机实际杂光环境下曝光能力。

测试工具：

辉度箱

2、辉度计

测试条件：

1、镜头必需使用最大光圈。

2、只拍摄纯灰色的物体，如灰墙。

测试步骤：

在杂光环境下使用辉度箱调整出不同的环境亮度。

2、 使用标准镜头在不同亮度环境下进行灰墙拍摄， 如1Lux、5Lux、10Lux、 20Lux。（为保障测试数据精确，至少需要拍摄十组不同亮度的图像样张）

使用辉度计读取辉度值，若辉度值达到255则表示已经过曝

测试标准：

1、 曝光度有一个标准的曲线，如图，若测试的曲线图像在上下虚线内比较平稳，

则说明各种亮度环境下曝光准确均匀。

2、 若测试的曲线图像在上下虚线内波动较大，则说明各种亮度环境下曝光不均匀，在某些波动较大的曲线光线处会出现色彩偏差。

完成标准：

1、 每一次光线变化都需要记录亮度值，且亮度值必需和每张图片对应。

2、 测试结果中必须付上灰度曝光曲线图。

3、 必须针对曲线给出点评。

测评方式：通过辉度计测试辉度值来判断。

（八）畸变（ Distortion）

畸变是像差的一种， 物体上的直线经过透镜成像后变成弯曲的现象。

畸变是由于透镜的放大率随光束和主轴间所成角度改变而引起。光线离主轴越远，畸变越大，但是若与主轴正交并通过主轴，则不发生畸变。放大率随入射角度增加而增大时称正畸变（即枕形畸变）。放大率随入射角度增加而减小时负畸变（即桶形畸变）。换句话说，若物点离开光轴约远，放大率越大，就产生畸变，如果物点离开光轴越远，放大率越小则产生负畸变。特别是镜片屈光度大时，像的畸变现象严重。由于畸变，物体失去了原来的正确形状。减小畸变的方法是， 对单一透镜改变镜片的外形， 采用最佳的外形可以使畸变减小到最小程度。

畸变测试结果

测试目的：测试镜头拍摄物体畸变程度。

测试工具：DxO analyzer，畸变测试卡

测试条件：

1、镜头必需使用最大光圈。

2、在白光下拍摄标准的畸变测试卡。

测试步骤：

1、 在白光下拍摄一张畸变测试卡。

2、 打开DxO analyzer软件，选择测试样图。

3、 通过鼠标左键拖动画出测试区域，开始分析数据和保存分析结果。

4、 查看并记录畸变值。

测试标准：

1. 畸变值以百分数标示。
2. 数值越接近零，表示畸变越小。数值为负的，表示为桶形畸变，画面向外膨胀。数值为正的，表示为枕形畸变，画面向内收缩。

完成标准：记录畸变的值，并判断畸形形变。

（九）暗角

对着亮度均匀景物，画面四角有变暗的现象，叫做“失光”，俗称“暗角”。暗角对于任何镜头都不可避免。产生暗角的原因主要有：

1、 边角的成像光线与镜头光轴有较大的夹角，是造成边角失光的主要原因。

2、 长焦镜头尤其是变焦长焦镜头镜片很多，偏离光圈比较远的镜片为了能让边角光线通过，这些镜片必须很大。为了降低成本，缩小了这些镜片直径，造成边角成像光线不能完全通过，降低了边角的亮度。

3、 边角的像差较大。为了提高像质，某些镜片的边缘或专门设置的光阑有意挡住部分影响成像质量的边缘光线，造成边角失光。

暗角测试结果

测试目的：测试镜头对着亮度均匀景物，画面四角是否有变暗的现象。

测试工具：DxO analyzer

测试条件：

1、镜头必需使用最大光圈。

2、在白光下拍摄亮度均匀的物体，例如，电脑的白色显示屏。

测试步骤：

1、 将电脑设置为纯白色的背景，然后将摄像机贴着显示屏抓拍一张图片。

2、 打开DxO analyzer软件，并选择一个测试样图。

3、 通过鼠标左键拖动画出测试区域，然后开始分析数据和保存分析结果。

4、 查看暗角的百分比值。

测试标准：

1、以百分比表示暗角比值。

2、百分比越小，表示暗角越小。

完成标准：记录暗角的百分比值，并判断暗角偏暗程度。

（十）视角范围

镜头中心点到成像平面对角线两端所形成的夹角就是镜头视角，对于相同的成像面积，镜头焦距越短，其视角就越大。对于镜头来说，视角主要是指它可以实现的视角范围，当焦距变长时， 视角就变小了， 可以使较远的物体变得清晰， 但是能够拍摄的宽度范围就变窄了。

测试目的：测量镜头最大、最小焦距时的水平视角。

测试工具：卷尺、计算器

测试条件：镜头必需使用最大光圈。

测试步骤：

1、 将镜头的焦距调节至T或W端，分别拍摄一张样图。

2、 拍摄一个固定长度的物体，如一张边长为120cm的纸板。

3、 使用卷尺测量出镜头到物体的垂直距离。

4、 使用三角函数和计算机计算出T与W的视角。

测试标准：以Windows计算器为例，若拍摄的物体为120cm，物距为100cm，计算方法如下：

1、打开计算器计算出tanθ=120/2/100=0.6。

2、勾选计算器上的Inv，然后点击Tan按钮即可算出角θ=30.96。

3、此时只是算出的一半角，水平视角=2θ=61.92度。

完成标准：计算出最大焦距与最小焦距的水平视角。

 

（十一）锐度

锐度，有时也叫“清晰度”，它是反映图像平面清晰度和图像边缘锐利程度的一个指标。如果将锐度调高，图像平面上的细节对比度也更高，看起来更清楚。比如，在高锐度的情况下， 不但画面上人脸的皱纹、 斑点更清楚， 而且脸部肌肉的鼓起或凹下也可表现得栩栩如生。

很多厂商会通过锐化来提升清晰度，其原理是在黑白边界由算法人工加入比实物本身更黑和更白的边，相当于重新描了一次边，适度的锐化可提升画面清晰度，而过度的锐化则会掩盖原有的边缘和层次，许多细节反而会丢失。

右边的明显锐化过度了

测试目的：测试摄像机实际杂光环境曝光、色彩还原、解析能力。

测试工具：DxO analyzer、解析力测试卡

测试条件：

1、镜头必需使用最大光圈。

2、拍摄图片必须在白光标准光线下进行。

测试步骤：

1、在标准白光环境下拍摄一张解析度样张。

2、打开DxO analyzer工具，点击“DxO MTF测试卡” 按钮选择样张。

3、点击“OK”开始分析样张的锐度，然后保存分析结果。

测试标准：

1、黑色实线为原始数据，红色虚线则代 表移除(或加上)数字相机内建锐利化效果的表现。观察图表中红色虚线与黑色实线的偏离情况，黑色实线的“ 驼峰现象” 越明显证明机身锐化越严重，甚至造成成像不自然。

2、选用MTF50的数值为参考标准， 因为将原始MTF影像降低50%的明亮度来计算SFR， 这样的做法可以继保留影像细节又不会被测试图上的杂点所干扰。

完成标准：

1、记录MTF50的值。

2、将图表复制到测试报告中，并与其他镜头进行对比点评。

测评方式：在镜头对比测试时进行主观评比。

 

（十二）景深

景深所指的是当我们对焦完成之后， 在底片上呈现完全清楚 （也就是说不会模模糊糊的样子）的距离范围。景深的大小与镜头焦距的长短、光圈的大小、 摄影的距离以及弥散圈直径（ 目前比较公认的为0.031mm） 这四个参数有密切的互动关系，即通过这四个参数来计算出相对准确的景深值。这些主要因素对景深的影响如下(假定其他的条件都不改变)：

(1)镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；

(2)镜头焦距： 镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；

(3)拍摄距离： 距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。

通常镜头焦距越长（例如说是长镜头） 、光圈越大、摄影距离越近，景深就会越浅；而镜头焦距越短 （例如广 角镜头） 、 光圈越小、 摄影距离越远， 景深也就会跟着变深。 每一支焦距、光圈大小不同的镜头，它的景深变化都会不一样。 下图是镜头各个部分的术语描述。

左：景深较短 右：景深较长

测试目的：测试镜头景深，从而选出最佳配备镜头。

测试工具：通过参数计算(景深计算.exe)或通过实际物体拍摄（视觉变化） 。

测试条件：无

测试步骤：

前景深ΔL1=FδL2/(f2+FδL) (1)

后景深ΔL2=FδL2/(f2-FδL) (2)

景深ΔL=ΔL1+ΔL2=8FδLf/(4f2-F2δ2L2)

从公式(1)和(2)可以看出，后景深>前景深。

测试标准：通过计算器进行计算。

完成标准：

1、若是手动光圈，需分别计算出最大焦距和最小焦距的景深。

2、若定焦镜头，则直接计算出固定焦距下的景深。

测评方式：景深值直接对比或拍摄实际景物主观评价。

 

（十三） 噪点(Noise)

噪点（noise）主要是指CCD（ CMOS）将光线作为接收信号接收并输出的过程中所产生的图像中的粗糙部分，也指图像中不该出现的外来像素，通常由电子干扰产生。看起来就像图像被弄脏了，布满一些细小的糙点、雪花斑点。我们平时所拍摄的数码照片如果用个人电脑将拍摄到的高画质图像缩小以后再看的话，也许就注意不到。不过，如果将原图像放大，那么就会出现本来没有的颜色（假色） ，这种假色就是图像噪音。

当摄像机摄取较亮场景时， 监视器显示的画面通常比较明快， 观察者不易看出画面中的干扰噪点；而取较暗场景时，监视器显示的画面就比较昏暗，观察者很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。干扰噪点的强弱与摄像机的信噪比指标有 直接关系，即信噪比越高，干扰噪点对画面的影响就越小。

测试目的：测试正常光线下景物拍摄图片的信噪能力。

测试工具：DxO analyzer，DxO HDR Noise测试卡

测试条件：

1、镜头必需使用最大光圈。

2、需在白光下拍摄一组色板样张，并使用Lux器读出测试环境亮度。

测试步骤：

1、打开DxO analyzer，点击DxO HDR Noise测试卡并选择一个图像文件。

2、分析数据和保存分析结果。

3、观察色板样张测试结果， 并从噪点测试结果图中读取信噪比值。

测试标准：观察信噪比值，值越大说明噪点越多，反之则说明噪点较少。

完成标准：

1、记录当前环境亮度。

2、读取测试样图中的信噪比值并主观评价结果。