背景技術(shù)：

在光學系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域中，光學設(shè)計師通?；诜Q為系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的測量結(jié)果而在系統(tǒng)之間比較性能。mtf是適用于量化系統(tǒng)在分辨率和對比度方面的總體成像性能的最佳工具之一，并且被廣泛使用于評估像球面單透鏡那樣簡單的光學組件以及像多元遠心成像透鏡組那樣復(fù)雜的光學組件。iso12233標準是用于確定光學系統(tǒng)的mtf的最常用方法。然而，iso12233無法在各種不同條件下進行準確的mtf估計，例如，當被應(yīng)用于高度失真的圖像時。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)所公開主題的實施例，一種針對圖像確定調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的新方法，包括：對圖像中的行進行邊緣檢測以計算多個邊緣點；計算擬合于所計算的邊緣點的多個多項式，多個多項式中的每個在次數(shù)上有所變化；從多個多項式中選擇多項式以表示檢測到的邊緣；以及基于選擇的多項式來估計mtf。

根據(jù)所公開主題的另一個實施例，一種系統(tǒng)包括存儲器，其存儲指令；處理器，其被配置成基于指令而對由光學系統(tǒng)所捕捉的數(shù)字圖像執(zhí)行過程，過程包括以下的操作：對圖像中的列或者行進行邊緣檢測以計算多個邊緣點；計算擬合所計算的邊緣點的多個多項式，多個多項式中的每個在多項式次數(shù)上有所變化；從多個多項式中選擇表示所檢測到的邊緣的多項式；以及基于所選擇的多項式來所述mtf。

根據(jù)所公開主題的實施例，一種用于針對圖像確定調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的方法，包括：對圖像中的行進行邊緣檢測以計算多個邊緣點；計算擬合所計算的邊緣點的多個多項式，多個多項式中的每個在次數(shù)上有所變化；從多個多項式中選擇表示所檢測到的邊緣的多項式；以及基于所選擇的多項式來估計mtf。

所公開主題的附加特征、優(yōu)點以及實施例可以考慮以下詳細描述、附圖以及權(quán)利要求來加以闡明。此外，將理解的是，前述發(fā)明內(nèi)容以及以下詳細說明是說明性的并且旨在提供進一步解釋，而并不限制權(quán)利要求的范圍。

附圖說明

被包括以提供對所公開主題的進一步理解的附圖，被結(jié)合并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖還圖示出所公開主題的實施例并且與詳細描述一起用以闡釋所公開主題的實施例的原理。并未意欲示出比所公開主題的基本理解以及可以實踐其的各種方式所必需的更詳細的結(jié)構(gòu)細節(jié)。

圖1示出合成地生成的圓形邊緣。

圖2示出根據(jù)所公開主題的實施例的對圖1的突出部分的mtf計算和根據(jù)iso12233算法的其他mtf計算以及校正mtf曲線(sinc)，其是已知的，因為圖1中的邊緣是完美的邊緣。

圖3示出從數(shù)字單鏡頭反光(dslr)相機所采集的圖像。

圖4示出根據(jù)所公開主題的實施例的對圖3的突出部分的mtf計算和根據(jù)iso12233標準的mtf計算。

圖5示出從數(shù)字單鏡頭反光(dslr)相機所采集的圖像。

圖6示出根據(jù)所公開主題的實施例的對圖5的突出部分的mtf計算和根據(jù)iso12233標準的mtf計算。

圖7示出從數(shù)字單鏡頭反光(dslr)相機所采集的圖像。

圖8示出根據(jù)所公開主題的實施例的對圖7的突出部分的mtf計算和根據(jù)iso12233標準的mtf計算。

圖9示出從數(shù)字單鏡頭反光(dslr)相機所采集的圖像。

圖10示出根據(jù)所公開主題的實施例的對圖9的突出部分的mtf計算。

圖11示出根據(jù)所公開主題的實施例的計算設(shè)備。

圖12示出根據(jù)所公開主題的實施例的用于確定mtf的流程圖過程。

具體實施方式

將參照附圖對本公開的各個方面或特征予以描述，其中通篇中使用相似的附圖標記來表示相似的元素。在本說明書中，闡明諸多細節(jié)，以便提供對本公開的全面理解。然而，應(yīng)理解的是，所公開主題的某些方面可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下或者采用其他方法、組件、材料等來實踐。在其他實例中，以框圖的形式示出公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以便于描述本主題公開。

調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)是用于測量圖像質(zhì)量的最重要參數(shù)之一。光學設(shè)計師和工程師經(jīng)常引用mtf數(shù)據(jù)，特別是在成敗視對特定對象進行成像的準確性而定的應(yīng)用中。iso12233標準在幾種重要的成像條件下不能為光學系統(tǒng)提供準確的mtf結(jié)果，并且在一些實例中，完全不能產(chǎn)生任何結(jié)果。例如，在基于高度失真的圖像來測量mtf中，該標準并不準確。例如，通過寬視場(wfov)相機，時常捕捉到這種類型的圖像。在wfov相機中，由鏡頭所致的桶形失真使物面中的直邊緣在像面中變得彎曲。失真的圖像對主要依賴于像面中的直邊緣來估計mtf的iso12233標準是有問題的。如下所示，圖像失真可能導(dǎo)致并發(fā)的問題嚴重到無法使用iso12233標準。

有可能直接從檢查和分析光學系統(tǒng)來測量mtf，然而，在許多實例中，光學系統(tǒng)不可用于檢查，僅可訪問由光學系統(tǒng)所攝取的圖像。當圖像過于失真而不能使用iso12233時，一種常規(guī)的技術(shù)是使用計算機通過數(shù)字方式使圖像去失真，并且將iso12233應(yīng)用于改變的圖像。然而，數(shù)字方式的去失真引入贗像并且導(dǎo)致測量出加工的圖像而非原始圖像的mtf，這降低了計算的準確性。另一種常規(guī)技術(shù)是嘗試捕捉某物的圖像，使其在圖像的桶形失真中所呈現(xiàn)的自然曲線相反的方向上彎曲，以便獲得直邊緣。然而，該方法耗費時間的并且需要反復(fù)試錯。

所公開的發(fā)明通過提供一種基于先前常規(guī)方法使用非常有問題的圖像來確定光學系統(tǒng)的高度準確的mtf的方法，提供用于光學系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的顯著改進。本文中所公開的實施例提供了一種改進的新方法來確定mtf，甚至從失真的圖像來確定mtf。創(chuàng)建每個多項式具有不同的多項式次數(shù)的多項式的集合來估計在圖像中所檢測到的邊緣。從該集合當中，選擇多項式并且將其使用于估計mtf，產(chǎn)生比常規(guī)技術(shù)更加準確的圖形。

本文中所公開的技術(shù)將被稱為自由形態(tài)(ff)型mtf算法。圖12示出ff型mtf算法的示例流程圖1200。在操作100中，對圖像的每個行進行邊緣檢測，例如，使用諸如canny邊緣檢測的技術(shù)或者修改的復(fù)雜度更低的canny邊緣檢測技術(shù)。在修改的canny邊緣檢測中，獨立地對每個圖像行運行邊緣檢測。對每個行求微分，x'(i)＝x(i+1)-x(i)。結(jié)果數(shù)據(jù)是沿圖像行的梯度。再用(gaussian)低通濾波器使微分數(shù)據(jù)平滑。再用自適應(yīng)噪聲電平對數(shù)據(jù)設(shè)定閾值(將小于某個值的任何值均設(shè)定成0)。再將該設(shè)定閾值的數(shù)據(jù)歸一化到0至1。針對計算mtf的感興趣區(qū)域中的所有行，計算該canny型邊緣輪廓(在以上步驟中)。能夠?qū)D像列計算邊緣，例如，以確定垂直的mtf。

在操作200，使用在操作100所估計的邊緣點以生成一個或多個多項式，這些多項式被使用于提高邊緣位置的準確性。在操作300，算法從一個或多個多項式的集合中選擇多項式。這能夠通過分析每個多項式擬合中的殘差來完成。隨著擬合邊緣的多項式次數(shù)增加，殘差減少。當將殘差繪制為多項式次數(shù)的函數(shù)時，其迅速下降，然后趨于平緩，最終降至0。通過嘗試選擇沒有過擬合的次數(shù)最高的多項式，選出用于估計邊緣的多項式。這通過經(jīng)由測量相繼的多項式擬合的殘差之差而估計何時發(fā)生過擬合來完成。當該值小于閾值量時，所述算法確定已經(jīng)發(fā)生過擬合。所選擇的多項式能夠具有至少高于二次的次數(shù)。

應(yīng)指出的是，針對第n行(以及隱含第n個點)，n-1次多項式會完美地擬合全部點，殘差為零。然而，完美擬合因數(shù)據(jù)的過擬合而不利于計算準確的mtf。為了避免選擇過擬合的多項式，能夠針對每個多項式計算mtf曲線，以確定過擬合的不利影響的程度。

在操作400，將每個行移位由多項式所確定的量，以創(chuàng)建超采樣的邊緣擴展函數(shù)。該超采樣的邊緣擴展函數(shù)能夠與iso12233標準兼容。在操作500，基于邊緣的位置，合并(bin)并平均邊緣。能夠合并數(shù)據(jù)，使得超采樣的線擴展函數(shù)具有高于圖像中的原始行數(shù)據(jù)的分辨率。例如，分辨率能夠是原始行數(shù)據(jù)的分辨率的至少四倍。在操作600，對超采樣的線擴展函數(shù)求微分，通過hamming濾波器對其進行加窗，最后對其進行fourier變換和標準化，以確定mtf。在操作700，能夠基于mtf來調(diào)整光學系統(tǒng)的配置。

下面在算法1中示出所公開的算法的偽代碼的示例實施例。所公開的算法的計算復(fù)雜性是o(numcolumns*(numrows)²，其中，numcolumns是圖像中的列號，并且numrows是圖像中的行號：

算法1

圖1示出合成地生成的圓形邊緣，并且圖2示出所公開的ff算法的結(jié)果、其與iso12233相比如何以及其與理論上預(yù)期的mtf值sinc(xfx)＝sin(πxfx)/πxfx相比如何。應(yīng)指出，fx是空間頻率并且x是像素采樣距離。如圖可見，iso12233標準基于圓形邊緣產(chǎn)生不準確的結(jié)果，而所公開的ff算法對iso12233標準提供顯著改進，其測量結(jié)果非常接近地反映理論值。

圖3示出從dslr相機所采集的圖像。該圖像中的灰色框示出用于計算圖4中所示的mtf的傾斜的直邊緣。在此情形下，iso12233標準因圖像中存在直邊緣而可行。iso12233標準以及所公開的ff算法產(chǎn)生相同的測量結(jié)果。

圖5示出從相同的dslr所采集的另一個圖像。該圖像中的灰色框示出表示失真直邊緣的凸形邊緣。在圖6中示出從該邊緣算出的mtf。在此，邊緣的略微失真導(dǎo)致iso12233標準對光學系統(tǒng)的mtf計算與所公開的ff算法的計算之間的差異。

圖7示出從相同的佳能(canon)dslr所采集的另一個圖像。該圖像中的灰色框示出表示失真直邊緣的凹形邊緣。在圖8中示出從該邊緣算出的mtf。如圖可見，iso12233標準不適于基于凹形邊緣而做出mtf判定，而與之相反，所公開的ff算法產(chǎn)生一致并且更加準確的結(jié)果。

圖9示出從相同的dslr相機所采集的另一個圖像。該圖像中的灰色框示出表示失真直邊緣的多項式邊緣。在圖10中示出由ff算法所算出的該邊緣的mtf。應(yīng)指出，所公開的ff算法提供了一種用于評估光學系統(tǒng)的解決方案，盡管常規(guī)的iso12233標準完全沒有產(chǎn)生該邊緣的結(jié)果。

在本文中，將“mtf50”靈敏度定義為在mtf等于0.5情況下的空間頻率，并且將靈敏度定義為標準偏差除以正在測量的統(tǒng)計數(shù)值的均值。在圖1中，計算的對邊緣選擇的mtf50靈敏度，即如果將虛線框上移或下移幾十行，針對所公開的ff算法以及iso12233標準均約為5％。然而，iso12233標準低估m(xù)tf50約6倍的數(shù)量級。

在圖3、5、7和9中，即用使用高端魚眼鏡頭的dslr相機所捕捉的圖像的表現(xiàn)，針對所公開的ff算法，對邊緣選擇的靈敏度小于5％，而針對常規(guī)的iso12233標準，變化則大于51％。此外，iso12233標準低估m(xù)tf50約1.6倍的數(shù)量級。針對許多邊緣，iso12233沒有產(chǎn)生結(jié)果。通過所公開的ff算法的改進克服iso12233標準對于在這種類型的圖像中產(chǎn)生一致的準確的結(jié)果的有問題的失敗。

所公開的ff算法能夠被使用于估計系統(tǒng)的mtf，即使針對包括任意平滑邊緣的復(fù)雜失真的圖像亦然。這允許跨視場表征光學系統(tǒng)的mtf。另外，所公開的算法跨直線且失真的樣本圖像是一致的，獲得與iso12233標準對直邊緣的相同的結(jié)果。

與iso12233標準相比，所公開的ff算法對于低亮度的，即低信噪比(snr)的圖像更具魯棒性。與iso12233相比，所公開的ff算法對圖像中的噪點也更具魯棒性。通過使用canny型邊緣估計算法或者降低圖像中噪點數(shù)量并且減少圖像數(shù)據(jù)集的其他邊緣檢測算法能夠在處理噪點時改進該算法。

因為mtf是適用于量化光學系統(tǒng)的成像性能的最佳工具之一，了解系統(tǒng)內(nèi)的每個鏡頭和傳感器的mtf允許設(shè)計師例如在針對特定分辨率進行優(yōu)化時做出適當?shù)倪x擇。寬視場(wfov)系統(tǒng)的設(shè)計師現(xiàn)在能夠在各種配置中使用所公開的ff算法來確定mtf并且準確地選擇提供所需結(jié)果的組合。

本發(fā)明所公開主題的實施例可以通過并且使用多種組件和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來實施。圖11是適用于實施本發(fā)明所公開主題的實施例的示例計算設(shè)備20。設(shè)備20可以是例如桌面型計算機或膝上型計算機或者諸如智能電話、平板型計算機等移動計算設(shè)備。設(shè)備20可以包括總線21，其使計算機20的主要組件互連，諸如中央處理器24，諸如隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、閃存ram等的存儲器27，諸如顯示屏的用戶顯示器22，可以包括一個或多個控制器以及諸如鍵盤、鼠標、觸摸屏等的相關(guān)用戶輸入設(shè)備的用戶輸入接口26，諸如硬盤驅(qū)動器、閃存等的固定存儲器23，可操作成控制和接收光盤、閃存驅(qū)動器等的可移動介質(zhì)組件25以及可操作成經(jīng)由合適的網(wǎng)絡(luò)連接與一個或多個遠程設(shè)備通信的網(wǎng)絡(luò)接口29。

總線21允許中央處理器24與一個或多個存儲器組件之間的通信，如前所述，一個或多個存儲器組件可以包括ram、rom以及其他存儲器。典型地，ram是向其中加載指令、操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序的主存儲器。rom或閃存存儲器組件除代碼之外還能夠包含基本輸入輸出系統(tǒng)(bios)，其控制諸如與外圍組件的交互的基本的硬件操作。與計算機20同駐的應(yīng)用通常被存儲在諸如硬盤驅(qū)動器(例如固定儲存器23)、光驅(qū)、軟盤或者其他存儲介質(zhì)的計算機可讀介質(zhì)上或者經(jīng)由該計算機可讀介質(zhì)來訪問。中央處理器24能夠執(zhí)行存儲在一個或多個存儲器組件上的指令。指令能夠包括上述關(guān)于所公開的ff型mtf算法的操作。

固定儲存器23可以與計算機20集成為一體或者可以是單獨的并且通過其他接口來接入。網(wǎng)絡(luò)接口29可以經(jīng)由有線或無線連接而提供到遠程服務(wù)器的直接連接。網(wǎng)絡(luò)接口29可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的任何合適的技術(shù)和協(xié)議來提供這樣的連接，包括數(shù)字蜂窩電話、wifi、藍牙(r)、近場等。例如，網(wǎng)絡(luò)接口29可以允許計算機經(jīng)由一個或多個局域、廣域或其他通信網(wǎng)絡(luò)與其他計算機通信，如下更加詳細地描述。

許多其他設(shè)備或組件(未示出)可以通過類似的方式來連接(例如，文檔掃描儀、數(shù)碼相機等等)。反之，在圖11中所示的全部組件對于實施本公開而言不是必須存在的。組件能夠通過不同于所示的方式互連。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解諸如圖11中所示的計算機的操作，在本申請中不再贅述。用于實施本公開的代碼能夠被存儲在諸如存儲器27、固定儲存器23、可移動介質(zhì)25中的一個或多個的計算機可讀存儲介質(zhì)中，或者存儲在遠程儲存位置上。

更一般地，本發(fā)明所公開主題的各種實施例可以包括或?qū)崿F(xiàn)為計算機實施的過程的形式以及用于實踐那些過程的裝置。這些實施例還可以通過計算機程序產(chǎn)品的形式來實現(xiàn)，該計算機程序產(chǎn)品具有包含在諸如軟盤、cd-rom、硬盤驅(qū)動器、usb(通用串行總線)驅(qū)動器或者任何其他的機器可讀存儲介質(zhì)的非暫時性和/或有形介質(zhì)中實現(xiàn)的指令的計算機程序代碼，所述非暫時性和/或有形介質(zhì)，使得當將該計算機程序代碼加載至計算機中并由該計算機執(zhí)行時，該計算機成為用于實踐所公開主題的實施例的裝置。這些實施例也可以通過計算機程序代碼的形式來實現(xiàn)，計算機程序代碼例如或者被存儲在存儲介質(zhì)中、加載至計算機中和/或由該計算機執(zhí)行，或者通過光纖或者經(jīng)由電磁輻射經(jīng)諸如電線或電纜的一些傳送介質(zhì)來傳送，使得當計算機程序代碼被加載至計算機中并且由該計算機執(zhí)行時，計算機成為用于實踐所公開主題的實施例的裝置。當在通用微處理器上實施時，計算機程序代碼段配置微處理器以創(chuàng)建特定的邏輯電路。

在一些配置中，存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)上的計算機可讀的指令集可以由通用處理器來實施，該指令集可以將通用處理器或者包含通用處理器的設(shè)備轉(zhuǎn)換成配置用于實施或?qū)嵭兄噶畹膶Ｓ迷O(shè)備。這些實施例可以使用硬件來實施，該硬件可以包括處理器，諸如通用微處理器和/或?qū)Ｓ眉呻娐?asic)，其在硬件和/或固件中實現(xiàn)根據(jù)所公開主題的實施例的全部或部分技術(shù)。處理器可以被耦合至諸如ram、rom、快閃存儲器、硬盤或者能夠存儲電子信息的任何其他設(shè)備的存儲器。存儲器可以存儲適于由處理器執(zhí)行以進行根據(jù)所公開主題的實施例的技術(shù)的指令。

為了解釋目的，參照具體實施例來描述前述內(nèi)容。然而，以上說明性討論并非旨在窮舉或者將所公開主題的實施例限定成所公開的確定形式。鑒于以上教導(dǎo)，可能有許多修改和變型。已對多個實施例加以選擇和描述，以便闡釋所公開主題的實施例的原理及其實際應(yīng)用，由此使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠充分利用那些實施例以及可能適于特定用途的具有各種修改的各種實施例。