專利名稱：一種可視化的測試數(shù)碼相機(jī)各個(gè)成像區(qū)域分辨率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測試數(shù)碼相機(jī)像散和解像力(分辨率)的方法。可以用于普通數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼單反相機(jī)以及數(shù)碼后背的分辨率評(píng)測。
背景技術(shù)：
數(shù)碼相機(jī)畫質(zhì)最重要的兩個(gè)性能指標(biāo)就是解像力和色彩。對(duì)于解像力，有時(shí)也稱 作分辨率，主要是指對(duì)于細(xì)節(jié)捕捉解析度高低的評(píng)估。對(duì)于色彩，如果存在偏色現(xiàn)象，還可 以通過色彩校正技術(shù)加以挽救。但對(duì)于解像力，那是絕對(duì)不可能通過后期校正(圖像處理 算法)去提升的，照片中沒有被捕獲到的細(xì)節(jié)，無論怎么插值放大或者銳化也是出不來的。 舉例來說，如果一張600萬像素的照片的解像力是1500，那么將其插值到2400萬像素，其解 像力仍然是1500，而原生2400萬像素的照片其解像力也許可以達(dá)到3000。因此，同樣分辨 率的兩張照片，完全可能有著天壤之別。對(duì)于解像力的衡量，目前有兩種主流的方法(1)基于IS012233分辨率測試標(biāo)板的評(píng)價(jià)方法通過拍攝分辨率測試標(biāo)板IS012233(圖1)，然后用肉眼或者HyRes等軟件判讀出 結(jié)果。這種測試可以精確地測出相機(jī)中心和邊緣的分辨率，但不能測出中心到邊緣分辨率 下降的過程。而實(shí)際上，在拍攝過程中，攝影師為了保證出圖質(zhì)量，一般對(duì)分辨率要求有一 個(gè)底線，即事先設(shè)定一個(gè)目標(biāo)，分辨率低于多少時(shí)就認(rèn)為不可接受，需要裁減處理。顯然，僅 靠測量相機(jī)中心和邊緣的分辨率，無論這種結(jié)果多么精確，都無法回答這一問題，即只能給 出中心分辨率和邊緣分辨率是否夠用的結(jié)果。而不能回答“如果邊緣分辨率不夠，圖像松 散，存在紫邊，那么裁減多少可以滿足要求”，或者說“一張照片有多大比例是清晰的”這樣 的問題。為了回答這一問題，有人提出了用廠家的MTF，即目前主流的第二種方法。(2)基于鏡頭的MTF(模量傳遞函數(shù))曲線的評(píng)價(jià)方法而鏡頭廠商提供的鏡頭的MTF曲線能夠反映出從中心到邊緣分辨率下降的過程。 其實(shí)廠商的MTF曲線也是根據(jù)標(biāo)板來的，它只不過用的是一種標(biāo)稱的、一般來說是感光度 為100的傳統(tǒng)膠片。因此能夠很客觀地反映100度膠片的分辨率。但是銀鹽膠片作為傳統(tǒng) 的膠卷介質(zhì)，早已經(jīng)發(fā)展到頭了，尤其是在解像力方面，一般感光度為100的膠片R = 70線 /mm，根據(jù)能奎斯特定律，不難計(jì)算，對(duì)應(yīng)于數(shù)碼相機(jī)的感光元件的一個(gè)像素大小是7微米。 而現(xiàn)在的頂級(jí)全畫幅數(shù)字單鏡頭反光相機(jī)已經(jīng)達(dá)到了 6微米(Sony A900和Nikon D3X)， 頂級(jí)APS畫幅數(shù)字單鏡頭反光相機(jī)已經(jīng)達(dá)到了 4. 3微米(Canon 7D)，而再小的數(shù)碼相機(jī)的 單個(gè)像素的大小更是達(dá)到了 2微米以下。從發(fā)展趨勢來看，現(xiàn)在小數(shù)碼相機(jī)的像素大小就 是今后APS畫幅數(shù)字單鏡頭反光相機(jī)的像素大小，而目前APS畫幅數(shù)字單鏡頭反光相機(jī)的 像素大小就是今后全畫幅數(shù)字單鏡頭反光相機(jī)的像素大小?，F(xiàn)在頂級(jí)全幅機(jī)的分辨率已經(jīng) 超越了感光度為100的普通膠片，而且還在不斷地發(fā)展中。而正是由于感光元件的不斷發(fā) 展，使得MTF的測量出現(xiàn)了問題。原來從MTF曲線看上去不錯(cuò)的鏡頭，現(xiàn)在由于感光元件 的分辨率高于普通膠片，使得拍出來的照片在100%觀看時(shí)并不好。總之，MTF只是針對(duì)鏡 頭，這個(gè)在膠片時(shí)代問題不大，因?yàn)橐皇悄z片的分辨率低于現(xiàn)在的感光元件，二是膠片的分辨率如果是同樣的感光度，各個(gè)廠家不同時(shí)期(當(dāng)然在膠片的有效期內(nèi)，比如5年間)的產(chǎn) 品也幾乎沒有差別，而感光元件不同廠家不同年代差別很大(比如相對(duì)于五年前，像素增 長了差不多一倍)，因此如果配合不同的機(jī)身，那解像力肯定是不一樣的，但是MTF曲線卻 是一樣的，因此，根據(jù)MTF曲線還是沒法求出相機(jī)中心到邊緣的定量解像力。舉例來說，假設(shè)現(xiàn)在有兩臺(tái)機(jī)身分別是600萬像素和2400萬像素，根據(jù)圖2a和圖 2b可知，在邊緣時(shí)的圖像質(zhì)量會(huì)比在中間時(shí)的差。但是很可能，在配合600萬像素機(jī)身時(shí)， 這種現(xiàn)象不明顯，因?yàn)檫吘墪r(shí)的鏡頭分辨率和機(jī)身分辨率相差不大。而在配合2400萬像素 機(jī)身時(shí)，就能很明顯地感到中心的分辨率要好于邊緣，這是由于在邊緣時(shí)的鏡頭分辨率遠(yuǎn) 小于機(jī)身分辨率。由此，僅憑MTF，還是很難斷定在不同機(jī)身上的表現(xiàn)效果的。此外，如圖2a和圖2b所示，廠商給出的MTF曲線往往只給兩組，一組是在最大光 圈下的，另一組是在最佳光圈(一般是F8)下的。首先，廠商給出的最佳光圈不一定是最佳 的，因?yàn)榻Y(jié)合不同分辨率的機(jī)身，完全有可能最佳光圈是不同的。即使廠商給出的MTF曲線 中有一組是最佳光圈下的，但是實(shí)際拍攝獲取時(shí)是希望一張照片中清晰區(qū)域(即超過某個(gè) 衡量清晰度指標(biāo)的區(qū)域)最大，而最佳光圈并不一定是清晰區(qū)域最大的光圈。綜上所述，可以看到，目前兩種主流的相機(jī)測試方法并不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)整套拍攝設(shè) 備(相機(jī)加鏡頭)的清晰度。不管IS012233或者M(jìn)TF的測試結(jié)果如何準(zhǔn)確，依然不能給出 整套拍攝設(shè)備的清晰可用區(qū)域。必須研究一種新的評(píng)價(jià)方法和測量指標(biāo)，從而能夠確定出 整套拍攝設(shè)備的清晰可用區(qū)域。在拍攝中，特別是在翻拍中，往往還有這樣的問題，即“是直接拍攝一張照片清楚 呢還是把照片中間部分摳出來然后放大到原來照片的大小清楚”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一套測試數(shù)碼相機(jī)各個(gè)成像區(qū)域像散和分辨率的方法，利用該方 法，可以定量測試數(shù)碼相機(jī)的像散和分辨率，從而可以確定一張照片中的清晰區(qū)域。并能確 定一種最清晰拍攝方式。本發(fā)明測試方法可以應(yīng)用于對(duì)于邊緣畫質(zhì)要求苛刻的出片場合， 比如風(fēng)景照的拍攝以及翻拍等。一種可視化測試數(shù)碼相機(jī)各個(gè)成像區(qū)域分辨率的方法，包括如下步驟1)利用待測試的相機(jī)拍攝分辨率測試板得到照片；2)將照片中的彩色圖像轉(zhuǎn)成灰度圖像；3)以像素為單位，計(jì)算照片圖像的直徑；4)對(duì)照片圖像進(jìn)行暗角失光校正；5)根據(jù)設(shè)定的二值化閾值，對(duì)暗角失光校正后的照片圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值化后的圖像；6)將二值化后的圖像中所有亮度高于二值化閾值的點(diǎn)，利用連通關(guān)系進(jìn)行歸并， 得到若干像素塊作為前景像素塊；7)去除位于照片邊角的前景像素塊或者面積過小的前景像素塊，得到位置及大小合適的前景像素塊；8)以照片圖像中心為圓心，建立若干同心圓將照片圖像分割成若干圓環(huán)區(qū)域，通 過矩形圖像表征每一個(gè)圓環(huán)區(qū)域中的圖像發(fā)散程度；
9)按照?qǐng)A環(huán)區(qū)域的相鄰關(guān)系，將得到的所有矩形圖像按次序拼接得到測試結(jié)果 圖。本發(fā)明采用的分辨率測試板由背景色和前景色組成。前景色所組成的點(diǎn)規(guī)則均勻 分布，即水平方向和垂直方向每隔一個(gè)固定的距離都有一個(gè)前景色的點(diǎn)，而所述的固定的 距離并沒有嚴(yán)格的限制。如圖3所示。分辨率測試板由背景色和前景色組成。前景色所組成的點(diǎn)規(guī)則均勻 分布。如果背景色是黑色，前景色是白色，那么就是圖3的情況。也可以背景色是白色，前 景色是黑色。上述兩種情況可用于測定相機(jī)對(duì)于單色的分辨能力。實(shí)際上它們沒有本質(zhì)差 另|J，因?yàn)橹恍枰雅臄z的照片反色就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，即如果拍的白底黑，那么反色后就變成 黑底白。如果把背景色和前景色改成紅綠、紅藍(lán)、藍(lán)綠、紅青、綠品、黃藍(lán)這樣的彩色組合，那 么就可以測定相機(jī)對(duì)于某種彩色組合的分辨能力。而對(duì)于高畫質(zhì)邊緣照片的拍攝，假設(shè)現(xiàn)在要按照24毫米的廣角出一幅作品(比如 風(fēng)景照)，如果直接用24毫米鏡頭拍攝，極有可能邊緣畫質(zhì)難以滿足出片要求。那么可以使 用更廣角的鏡頭，比如用20毫米鏡頭拍攝，用本方法測試，比如測定以后發(fā)現(xiàn)按照邊長計(jì) 算85% (后面都是按照邊長計(jì))的區(qū)域畫質(zhì)可接受，那么— χ 100% = 83.3%(1) 24 V }由于85% > 83.3%，這表示通過用20毫米鏡頭拍攝，截取中央部分83. 3%的區(qū) 域，就可以達(dá)到和24毫米鏡頭拍攝等效的效果，并且邊緣畫質(zhì)高于直接用24毫米鏡頭拍攝 的照片。當(dāng)然，也可能通過測定，發(fā)現(xiàn)只有80%的區(qū)域可用，那么就需要使用更廣角的鏡頭。 總之，假設(shè)期望的照片焦距為F，實(shí)際使用的更廣的鏡頭焦距為F’，該F’焦距鏡頭的清晰區(qū) 域?yàn)椋瑒t
F'— χ 100% = u%(2) F如果P > U，則只需要截取中間的部分，最后即可滿足清晰度要求。而對(duì)于翻 拍等場合，由于被攝物體一般是一個(gè)平面，甚至連鏡頭都不需要更換，只需要遠(yuǎn)離(遠(yuǎn)離后 單張照片翻拍覆蓋范圍變大，與不改變相機(jī)位置換更廣角的鏡頭最終達(dá)到的效果類似)被 攝物體拍攝然后截取中間部分即可。當(dāng)然，改變了物距有可能改變鏡頭的成像特性進(jìn)而影 響到鏡頭的清晰區(qū)域的比例，必要時(shí)(比如物距改變較大時(shí))可以重新測定。以下具體說明本發(fā)明方法中的各個(gè)步驟拍攝如圖3所示的分辨率測試板得到照片后，按如下的步驟⑴ ⑶進(jìn)行處理， 得到照片圖像中不同區(qū)域的像散以及分辨率，那么使用者就可以根據(jù)測試結(jié)果，選擇使用 合適的區(qū)域。1、彩色圖像轉(zhuǎn)灰度圖像，這一步是預(yù)處理，如果輸入的已經(jīng)是灰度圖像則無須轉(zhuǎn) 化，但最終測定結(jié)果無法區(qū)分單色像散和色散。2、計(jì)算照片以像素為單位的直徑，設(shè)圖像的高度和寬度分別為h和W，則圖像的直 徑d—為Jmax = ^Jh2+W2(3)3、圖像暗角失光校正，這一步主要是由于后面計(jì)算閾值時(shí)整張照片使用的是同一個(gè)閾值，由于照片邊緣較暗，如果不提亮，會(huì)造成高于閾值的點(diǎn)偏少(對(duì)比圖5a和圖5b可見，圖5a明顯較暗。當(dāng)然，由于像散和色散造成光能分散導(dǎo)致亮度下降也是一個(gè)因素)，從 而會(huì)得出照片邊緣像散反而減小的錯(cuò)誤結(jié)論。而且一般來說，實(shí)際拍攝中鏡頭都是存在暗 角的，只不過程度不同而已，一般都需要進(jìn)行暗角校正。如果測定像散時(shí)不進(jìn)行暗角校正而 實(shí)際拍攝時(shí)卻進(jìn)行了暗角校正，那么測定的像散難以反應(yīng)真實(shí)情況。本步驟中，暗角失光校 正可以采用通用的技術(shù)。4、根據(jù)設(shè)定的二值化閾值對(duì)暗角失光校正后的照片圖像進(jìn)行二值化處理，所述的 二值化閾值，一般采用的是k(k = 2)均值聚類。設(shè)低于閾值的那些像素的平均值為L，方差 為s，則閾值取L+ns。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)，η = 5時(shí)出現(xiàn)概率已經(jīng)很小，實(shí)際測試發(fā)現(xiàn)η取7效 果更好。5、摳出前景像素塊，將二值化后的圖像中所有亮度高于二值化閾值的點(diǎn)，利用連 通關(guān)系進(jìn)行歸并，得到若干像素塊作為前景像素塊(圖5a中的反斜杠部分和圖5b中的白 點(diǎn)部分)。6、過濾處理，在得到的前景像素塊中去除位于照片邊角的前景像素塊或者面積過 小的前景像素塊，否則可能造成最終測試的像散值偏小。照片邊角的區(qū)域大小以及衡量面積過小的標(biāo)準(zhǔn)均可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定。例如當(dāng) 前景像素塊的邊界(外接矩形)距離照片邊界一定距離時(shí)(比如十個(gè)像素)，就可以認(rèn)為該 前景像素塊所處的位置為照片邊角，予以去除。7、以照片圖像中心為圓心，建立若干同心圓將照片圖像分割成若干圓環(huán)區(qū)域，通 過矩形圖像表征每一個(gè)圓環(huán)區(qū)域中的圖像發(fā)散程度，具體步驟如下a)計(jì)算前景像素塊質(zhì)心；b)計(jì)算前景像素塊質(zhì)心至照片圖像中心的歸一化距離，設(shè)前景像素塊質(zhì)心像素坐 標(biāo)為(i，j)，利用公式(4)計(jì)算其歸一化距離d= r - I 2^ L ^J = yl(2i_w)2 +(2j-hf(4)
廠max"max^max其中r為前景像素塊質(zhì)心與照片圖像中心的距離(以像素為單位)，rmax為照片圖 像的半徑(以像素為單位)；c)以照片圖像中心為圓心，建立若干同心圓將照片圖像分割成若干圓環(huán)區(qū)域，且 所有的圓環(huán)區(qū)域的寬度相同；圓環(huán)區(qū)域的寬度一般為20 30個(gè)像素左右(如果圓環(huán)寬度 太小則每個(gè)圓環(huán)內(nèi)的前景像素塊過少導(dǎo)致每個(gè)圓環(huán)內(nèi)的像散測試不準(zhǔn)；反之，如果圓環(huán)寬 度過大，則圓環(huán)數(shù)過少，無法反映像散的變化趨勢)，對(duì)于千萬像素及以上的成像設(shè)備，保證 在整個(gè)照片圖像中可劃分80 140個(gè)圓環(huán)區(qū)域，如果照片圖像分辨率較低，可以適當(dāng)減少 圓環(huán)個(gè)數(shù)。按照前景像素塊質(zhì)心至照片圖像中心的歸一化距離，確定前景像素塊質(zhì)心所位于 的圓環(huán)區(qū)域，計(jì)算前景像素塊質(zhì)心位于哪個(gè)圓環(huán)區(qū)域上，即前景像素塊質(zhì)心的環(huán)數(shù)nPos，利 用公式(5)進(jìn)行計(jì)算nPos = dXnStepCount+0. 5(5)
其中nSt印Count表示分成多少個(gè)環(huán)，+0. 5主要是為了四舍五入。d)對(duì)前景像素塊進(jìn)行坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)變換；以當(dāng)前前景像素塊質(zhì)心為原點(diǎn)建立新的坐標(biāo)系即第二坐標(biāo)系，第二坐標(biāo)系的χ軸正方向?yàn)檎掌瑘D像中心和前景像素塊質(zhì)心所連成矢量的方向；e)在同一圓環(huán)區(qū)域內(nèi)，針對(duì)每一個(gè)前景像素塊(前景像素塊的質(zhì)心位于該圓環(huán)區(qū) 域內(nèi))以其所對(duì)應(yīng)的第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)為中心，定義矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域的大小至少可 完全覆蓋照片圖像中任一前景像素塊；該矩形區(qū)域沿第二坐標(biāo)系中X軸的長度為b個(gè)像素， 沿第二坐標(biāo)系中y軸的長度為a個(gè)像素；截取所有的矩形區(qū)域及其所包含的前景像素塊進(jìn) 行放大，放大的倍數(shù)為整數(shù)倍(m倍)。f)按照矩形區(qū)域的大小生成矩形圖像，該矩形圖像中每一個(gè)像素位置上的RGB值 是同一圓環(huán)區(qū)域內(nèi)所有放大以后的矩形區(qū)域中對(duì)應(yīng)位置的RGB值的平均值，將每一個(gè)圓環(huán) 區(qū)域均對(duì)應(yīng)生成一個(gè)矩形圖像，該矩形圖像表示了絕對(duì)像散和分辨率。g)在步驟e)中，在原來的放大倍數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)每個(gè)像素塊距離圖像中心的歸 一化距離不同進(jìn)一步放大，放大倍數(shù)與歸一化距離成反比，即如果步驟e)中的放大倍數(shù)為
m倍，則此處的放大倍數(shù)為
(6)其中d為公式(4)中的歸一化距離。如果近一步放大后像素塊超過矩形區(qū)域，則 只取矩形區(qū)域以內(nèi)部分。h)按照步驟f)做，只不過將原來固定倍率放大的像素塊改為按照歸一化距離不 同進(jìn)行可變倍率放大的像素塊，即采用步驟g)中的像素塊而不是步驟e)中的像素塊，最終 又得到一個(gè)矩形圖像，該矩形圖像表示了相對(duì)像散和分辨率。需要說明的是，在步驟7)中，是在原始的彩色圖像中進(jìn)行(7e和7f中的放大和平 均以及7g和7h中的放大和平均)的，前面將彩色圖像轉(zhuǎn)成灰度圖像僅僅是為了二值化及 確定各個(gè)前景像素塊的位置并建立相應(yīng)的第二坐標(biāo)系。8、按照?qǐng)A環(huán)區(qū)域的相鄰關(guān)系，將得到的所有矩形圖像按次序拼接得到測試結(jié)果圖 (包括絕對(duì)和相對(duì))；根據(jù)絕對(duì)測試結(jié)果圖中不同矩形圖像所在位置上圖像的發(fā)散程度，確定照片上對(duì) 應(yīng)區(qū)域的像散程度，繼而可以確定照片中可用的區(qū)域。即完成對(duì)數(shù)碼相機(jī)各個(gè)成像區(qū)域分 辨率的測試。根據(jù)相對(duì)測試結(jié)果圖中不同矩形圖像所在位置上圖像的發(fā)散程度，可以判斷 是截取還是原圖縮小的清晰度更高，可以使得一次拍攝清晰區(qū)域面積最大化。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在消除照片中邊緣的像散以及色散(紫邊)，可以提高風(fēng)景照的拍攝以及翻拍等應(yīng) 用中的畫質(zhì)。通過測試后可視化的效果，能夠比較拍攝全圖縮小和中間截取不同比例的像 散和分辨率差異，找到像散最小和分辨率最大的拍攝方法，從而使得拍攝中清晰度達(dá)到最 高或者在保證清晰度的前提下所需拍攝張數(shù)最少。


圖1為IS012233分辨率測試標(biāo)板。圖 2a 和圖 2b 分別為 Canon EF 16-35 F2. 8L MTF 曲線。
圖3為本發(fā)明的分辨率量化測試圖(即所需要拍攝的分辨率測試板，可打印或者顯示器顯示后拍攝)。圖4為照片邊緣畫質(zhì)劣化實(shí)例圖。圖5a為實(shí)施例1中照片圖像左上角的實(shí)際拍攝結(jié)果；圖5b為實(shí)施例1中照片圖像中央的實(shí)際拍攝結(jié)果；圖6為實(shí)施例1中照片圖像的可視化絕對(duì)像散和分辨率測試結(jié)果。圖7為實(shí)施例1中照片圖像的可視化相對(duì)像散和分辨率測試結(jié)果。圖8a為實(shí)施例2中照片圖像左上角的實(shí)際拍攝結(jié)果；圖8b為實(shí)施例2中照片圖像中央的實(shí)際拍攝結(jié)果；圖9為實(shí)施例2中照片圖像的可視化絕對(duì)像散和分辨率測試結(jié)果。圖10為實(shí)施例2中照片圖像的可視化相對(duì)像散和分辨率測試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 Canon EF 28-135在135mm處F8. 0下成像質(zhì)量測試首先準(zhǔn)備分辨率測試板。可以將測試板(圖3)直接顯示在顯示器或者投影儀上， 也可以打印出來貼在玻璃或者塑料板上。圖3中每個(gè)白點(diǎn)是一個(gè)像素，白點(diǎn)之間間隔5個(gè) 像素(當(dāng)然，間隔也可以更大或者更小)。那么如果顯示在30英寸顯示器(DELL 3008WFP) 上，共有2560 X 1600個(gè)像素，約512 X 320個(gè)白點(diǎn)。使用顯示器主要是從成本和方便角度考 慮，因?yàn)橐呀?jīng)有高分辨率的顯示器，實(shí)際如果打印30英寸的畫面成本較高，裝裱平整也比 較麻煩，玻璃或者塑料板也需要成本。如果沒有現(xiàn)成的高分辨率的顯示器，那么也可以打印 后拍攝測試。其次是拍攝，用三腳架好相機(jī)Canon IDs Mark III，選擇需要測定的鏡頭、焦距及 光圈，相機(jī)的光軸應(yīng)和測試板垂直并且穿過測試圖的中心。精確對(duì)焦，盡量使用Liveview 模式對(duì)焦，以提高對(duì)焦精度獲得盡可能清晰的圖像。拍攝時(shí)，盡量使用反光鏡預(yù)升和快門 線(也可以紅外遙控拍攝或者電腦連接遙控拍攝或者自拍)，避免由于反光鏡振動(dòng)和按快 門造成的振動(dòng)造成抖動(dòng)模糊，從而影響分辨率測試的精度。用恰當(dāng)?shù)钠毓庖约暗透泄舛扰?攝。取景拍攝時(shí)要把握寧欠勿過的原則，即拍攝區(qū)域不能超過分辨率測試板，或者說最終的 照片中不能拍攝到分辨率測試板以外的區(qū)域，否則照片的邊緣會(huì)由于拍攝的不是測試板而 無法測定分辨率。拍攝時(shí)，如果拍攝成黑白照片則最終測定結(jié)果無法區(qū)分單色像散和色散。 拍攝后，將照片轉(zhuǎn)為位圖格式。在同樣的設(shè)置下，拍攝了地圖，得到了照片如圖4所示。仔細(xì)觀察漢字，可以看到， 中心和邊緣的畫質(zhì)確實(shí)存在著顯著的且不可接受的差別。以下針對(duì)拍攝分辨率測試板得到的照片圖像進(jìn)行處理1、首先將照片圖像轉(zhuǎn)為灰度圖像，如果照片圖像已經(jīng)是灰度圖像(黑白照片)，則 可以省略此步驟，直接使用；2、計(jì)算照片以像素為單位的直徑，設(shè)圖像的高度和寬度分別為h和W，則圖像的直 徑d-可用公式(3)計(jì)算，對(duì)于測試所用的相機(jī)Canon IDsMark III，寬和高分別為5616和 3744，則圖像的直徑dmax為6750 ；3、對(duì)照片圖像進(jìn)行圖像暗角失光校正；
4、根據(jù)設(shè)定的二值化閾值對(duì)暗角失光校正后的照片圖像進(jìn)行二值化處理，二值化 閾值采用的是k(k = 2)均值聚類。設(shè)低于閾值的那些像素的平均值為L，方差為s，則閾值 取L+ns，其中η取7 ；5、摳出前景像素塊，將二值化后的圖像中所有亮度高于二值化閾值的點(diǎn)，利用連 通關(guān)系進(jìn)行歸并，得到若干像素塊作為前景像素塊(圖5a中的反斜杠部分和圖5b中的白 點(diǎn)部分)6、過濾處理，在得到的前景像素塊中去除位于照片邊角的前景像素塊(外接矩形 距離邊界不足十個(gè)像素)或者面積過小(不足十個(gè)像素)的前景像素塊。 7、以照片圖像中心為圓心，建立若干同心圓將照片圖像分割成100個(gè)圓環(huán)區(qū)域， 以一個(gè)位置及大小合適的前景像素塊為單位，計(jì)算每一個(gè)圓環(huán)區(qū)域的像散；具體步驟如 下a)計(jì)算前景像素塊質(zhì)心；b)計(jì)算前景像素塊質(zhì)心至照片圖像中心的歸一化距離，設(shè)前景像素塊質(zhì)心像素坐 標(biāo)為(i，j)，利用公式(4)計(jì)算其歸一化距離，其中r為前景像素塊質(zhì)心與照片圖像中心的 距離(以像素為單位)，rmax為照片圖像的半徑(以像素為單位)；c)以照片圖像中心為圓心，建立100個(gè)同心圓將照片圖像分割成100個(gè)圓環(huán)區(qū)域， 且所有的圓環(huán)區(qū)域的寬度相同；按照前景像素塊質(zhì)心至照片圖像中心的歸一化距離，確定前景像素塊質(zhì)心所位于 的圓環(huán)區(qū)域，計(jì)算前景像素塊質(zhì)心位于哪個(gè)圓環(huán)區(qū)域上，即前景像素塊質(zhì)心的環(huán)數(shù)nPos，利 用公式(5)進(jìn)行計(jì)算，其中nSt印Count表示分成多少個(gè)環(huán)，+0. 5主要是為了四舍五入。d)對(duì)前景像素塊進(jìn)行坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)變換；以當(dāng)前前景像素塊質(zhì)心為原點(diǎn)建立新的坐標(biāo)系即第二坐標(biāo)系，第二坐標(biāo)系的χ軸 正方向?yàn)檎掌瑘D像中心和前景像素塊質(zhì)心所連成矢量的方向；e)在同一圓環(huán)區(qū)域內(nèi)，針對(duì)每一個(gè)前景像素塊(前景像素塊的質(zhì)心位于該圓環(huán)區(qū) 域內(nèi))以其所對(duì)應(yīng)的第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)為中心，定義矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域的大小至少可 完全覆蓋照片圖像中任一前景像素塊；該矩形區(qū)域沿第二坐標(biāo)系中χ軸的長度為13個(gè)像 素，沿第二坐標(biāo)系中y軸的長度為23個(gè)像素；截取所有的矩形區(qū)域及其所包含的前景像素 塊放大1倍(即原來的2倍)；f)按照矩形區(qū)域的大小生成矩形圖像，該矩形圖像中每一個(gè)像素位置上的RGB值 是同一圓環(huán)區(qū)域內(nèi)所有放大以后的矩形區(qū)域中對(duì)應(yīng)位置的RGB值的平均值，將每一個(gè)圓環(huán) 區(qū)域均對(duì)應(yīng)生成一個(gè)矩形圖像，該矩形圖像表示了絕對(duì)像散和分辨率；g)在步驟e)中，在原來的放大倍數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)每個(gè)像素塊距離圖像中心的歸 一化距離不同進(jìn)一步放大，放大倍數(shù)與歸一化距離成反比。如果近一步放大后像素塊超過 矩形區(qū)域，則只取矩形區(qū)域以內(nèi)部分；h)按照步驟f)做，只不過將原來固定倍率放大的像素塊改為按照歸一化距離不 同進(jìn)行可變倍率放大的像素塊，即采用步驟g)中的像素塊而不是步驟e)中的像素塊，最終 得到又一個(gè)矩形圖像，該矩形圖像表示了相對(duì)像散和分辨率；8、按照?qǐng)A環(huán)區(qū)域的相鄰關(guān)系，將得到的所有矩形圖像按次序拼接得到測試結(jié)果 圖，包括絕對(duì)和相對(duì)，分別如圖6和7所示。
根據(jù)圖6和圖7可以看到幾點(diǎn)結(jié)論，首先是徑向的像散都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于切向的像散，這 和圖5中左圖的結(jié)果(反斜杠形狀的像散)一致。其次，絕對(duì)像散隨著距離中心的距離增 大而基本單調(diào)增大。而相對(duì)像散由于要除以距離，最終的結(jié)果就看哪個(gè)增長得更快。從圖 6看，基本上50%以后像散就開始有所察覺，至65%已經(jīng)相當(dāng)明顯。從圖7看，在51%左右 處的相對(duì)徑向像散比99%處的小，這也就是說，如果按照實(shí)施例中的鏡頭及焦距和光圈拍 攝一張照片，截取51%區(qū)域比拍攝全圖然后縮小到51%具有更好的圖像質(zhì)量。基本上圖7 中50%左右徑向像散最小，即要使得清晰拍攝區(qū)域最大化，應(yīng)該截取50%左右的中央?yún)^(qū)域 而不是截取更少或者更大然后縮放到與截取50%左右的中央?yún)^(qū)域的同樣大小。舉例來說， 假設(shè)要拍攝覆蓋1米見方的區(qū)域，有兩種辦法，一是拍攝覆蓋2米X 2米的區(qū)域然后截取中 央1米見方的區(qū)域，二是直接拍攝1米見方的區(qū)域然后縮小一半，顯然前者分辨率占優(yōu)。總之，利用本發(fā)明方法得出的絕對(duì)像散隨著到中心的距離增大而變化的像散測試 結(jié)果圖，已經(jīng)可以劃分出可用區(qū)域。而相對(duì)像散測試結(jié)果圖可以用于確定清晰區(qū)域面積最 大化的拍攝方式。實(shí)施例2Canon EF 100-400L在135mm處F8. 0下成像質(zhì)量測試采用實(shí)施例1的測試方法和測試板。圖8a和圖8b分別給出了邊緣和中央的結(jié)果， 雖然存在一定的像散和色散，但并不明顯，可以對(duì)比圖5。同樣利用實(shí)施例1的方法測定像散和分辨率、相對(duì)像散和分辨率作為輔助參考。圖9和圖10給出了像散和分辨率測定結(jié)果，分別表示了絕對(duì)值和相對(duì)值。絕對(duì)像 散隨著到中心距離的增大而基本單調(diào)增大。而相對(duì)像散由于要除以距離，最終的結(jié)果就看 哪個(gè)增長得更快。從圖9看，第一行根本沒有差別，第二行至第十個(gè)以后才能勉強(qiáng)看出差 別，即使在邊緣處，絕對(duì)像散也不是很明顯，在可接受范圍內(nèi)，好于圖6的60%處。也就是 說，如果能接受圖6的60%處的畫質(zhì)，那么就應(yīng)該能接受圖9全圖(圖像邊緣處)的畫質(zhì)。 從圖10看，由于像散的增長速度趕不上距離的增長速度，因此，相對(duì)像散一直呈下降趨勢。 由此說明，如果按照實(shí)施例中的鏡頭及焦距和光圈拍攝一張照片，拍攝全圖比拍攝后摳出 中央一部分然后縮放至全圖大小更清晰。綜合實(shí)例1和2可以看到，在機(jī)身、焦距和光圈等設(shè)置完全一樣的情況下，照片邊 緣畫質(zhì)的差別是巨大的，基本是可用和不可用的區(qū)別。無疑，價(jià)格貴的鏡頭有著更好的邊緣 畫質(zhì)，這也表明測試結(jié)果和鏡頭定價(jià)基本相符。
10
權(quán)利要求
一種可視化的測試數(shù)碼相機(jī)各個(gè)成像區(qū)域分辨率的方法，其特征在于，步驟如下1)利用待測試的相機(jī)拍攝分辨率測試板得到照片；2)將照片中的彩色圖像轉(zhuǎn)成灰度圖像；3)以像素為單位，計(jì)算照片圖像的直徑；4)對(duì)照片圖像進(jìn)行暗角失光校正；5)根據(jù)設(shè)定的二值化閾值，對(duì)暗角失光校正后的照片圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值化后的圖像；6)將二值化后的圖像中所有亮度高于二值化閾值的點(diǎn)，利用連通關(guān)系進(jìn)行歸并，得到若干像素塊作為前景像素塊；7)去除位于照片邊角的前景像素塊或者面積過小的前景像素塊，得到位置及大小合適的前景像素塊；8)以照片圖像中心為圓心，建立若干同心圓將照片圖像分割成若干圓環(huán)區(qū)域，通過矩形圖像表征每一個(gè)圓環(huán)區(qū)域中的圖像發(fā)散程度；9)按照?qǐng)A環(huán)區(qū)域的相鄰關(guān)系，將得到的所有矩形圖像按次序拼接得到測試絕對(duì)結(jié)果圖和相對(duì)結(jié)果圖。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟8)中a)計(jì)算前景像素塊質(zhì)心；b)計(jì)算前景像素塊質(zhì)心至照片圖像中心的歸一化距離；c)以照片圖像中心為圓心，建立若干同心圓將照片圖像分割成若干圓環(huán)區(qū)域，且所有 的圓環(huán)區(qū)域的寬度相同；d)對(duì)前景像素塊進(jìn)行坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)變換；以當(dāng)前前景像素塊質(zhì)心為原點(diǎn)建立新的 坐標(biāo)系即第二坐標(biāo)系，第二坐標(biāo)系的χ軸正方向?yàn)檎掌瑘D像中心和前景像素塊質(zhì)心所連成 矢量的方向；e)在同一圓環(huán)區(qū)域內(nèi)，針對(duì)每一個(gè)前景像素塊以其所對(duì)應(yīng)的第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)為中 心，定義矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域的大小至少可完全覆蓋照片圖像中任一前景像素塊；截取所 有的矩形區(qū)域及其所包含的前景像素塊進(jìn)行放大，放大的倍數(shù)為整數(shù)倍；f)按照矩形區(qū)域的大小生成矩形圖像，該矩形圖像中每一個(gè)像素位置上的RGB值是同 一圓環(huán)區(qū)域內(nèi)所有放大以后的矩形區(qū)域中對(duì)應(yīng)位置的RGB值的平均值，每一個(gè)圓環(huán)區(qū)域均 對(duì)應(yīng)生成一個(gè)矩形圖像，該矩形圖像表示了絕對(duì)像散和分辨率；g)在步驟e)中，在原來的放大倍數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)每個(gè)像素塊距離圖像中心的歸一化 距離不同進(jìn)一步放大，放大倍數(shù)與歸一化距離成反比。如果近一步放大后像素塊超過矩形 區(qū)域，則只取矩形區(qū)域以內(nèi)部分；h)按照步驟f)的操作，根據(jù)步驟g)得到的進(jìn)一步放大的像素塊生成矩形圖像，該矩形 圖像表示了相對(duì)像散和分辨率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可視化的測試數(shù)碼相機(jī)各個(gè)成像區(qū)域分辨率的方法，將照片轉(zhuǎn)成灰度圖像；計(jì)算照片圖像的直徑；暗角失光校正；二值化圖像；劃出若干像素塊作為前景像素塊；去除位于照片邊角的前景像素塊或者面積過小的前景像素塊；以照片圖像中心為圓心，建立若干同心圓將照片圖像分割成若干圓環(huán)區(qū)域，通過矩形圖像表征每一個(gè)圓環(huán)區(qū)域中的圖像發(fā)散程度；按照?qǐng)A環(huán)區(qū)域的相鄰關(guān)系，將得到的所有矩形圖像按次序拼接得到測試結(jié)果圖。本發(fā)明不僅能夠確定一套拍攝設(shè)備拍攝照片的清晰可用區(qū)域，還能夠比較拍攝全圖和中間截取不同比例的分辨率差異，找到分辨率最大的拍攝方法，從而使得翻拍中清晰度達(dá)到最高或者在保證清晰度的前提下所需拍攝張數(shù)最少。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101840576SQ20101017130
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者刁常宇, 石洗凡, 魯東明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)