CCM成像質量指標——攝像頭模組（CCM) 檢測方案（三）

 1：成像均勻性(Corner Shading)  

測試環境：白板測試環境。

由於相機鏡頭的關係，使得影象感測器表面各個部位獲得的光能量有所差異，從而導致影象四角或周邊與中心存在明暗以及顏色的差異，即影象的不均勻性，如圖所示。

  1.1   亮度均勻度  

 1.2  顏色差  

  2：幾何失真(Distrotion)  

測試環境：畸變測試卡測試環境。

幾何失真即畸變，是指放大率隨視場的增大而變化所引起的一種失去物像相似的像差隻影響像的形狀而不影響像的清晰度。

在像平面上位置不同，有不同的放大倍率。因此，出現物體形變，分為桶形畸變和枕形畸變。

  2.1  演算法一  

  2.2  演算法二  

本方法實際上基於影象矯正原理，將畸變影象矯正，根據畸變影象和矯正影象的數學對映關係：

畸變影象中的任何一點（x，y）到矯正後影象位置（X，Y）的對映；

畸變中心位置（x0，y0）/（X0，Y0），此時x0=X0，y0=Y0；

矯正後影象的畫素比例K（mm/pixel）

  3：影象色彩還原  

測試環境：彩色測試卡測試環境。

  3.1  RGB色彩模型  

  3.2  HSV顏色模型  

色彩可用色調/H(色相/ Hue)、飽和度/S(純度/ Saturation)和亮度/V(明度/ Value)來描述。

人眼看到的任一彩色光都是這三個特性的綜合效果，這三個特性即是色彩的三要素。其中色調與光波的波長有直接關係，亮度和飽和度與光波的幅度有關。

色飽和度表示播放的光的彩色鮮豔度，取決於彩色中的灰度，灰度越高，色彩飽和度即越低，反之亦然。

RGB與HSV彩色空間模型

色相H引數表示色彩資訊，即所處的光譜顏色的位置。該引數用一角度量來表示，紅、綠、藍分別相隔120度。互補色分別相差180度。

純度S為一比例值，範圍從0到1，它表示成所選顏色的純度和該顏色最大的純度之間的比率。S=0時，只有灰度。

明度V表示色彩的明亮程度，範圍從0到1。有一點要注意：它和光強度之間並沒有直接的聯絡。

  3.3  Lab色彩空間  

RGB模式是一種發光屏幕的加色模式，而Lab模式既不依賴光線，也不依賴於顏料，它是國際照明委員會（CIE）組織確定的一個理論上包括了人眼可以看見的所有色彩的色彩模式。

它是用L*、a*、b*三個互相垂直的座標軸來表示一個色彩空間。L*軸表示明度，黑在底端，白在頂端；+a*表示品紅色，-a*表示綠色；+b*表示黃色，-b*表示藍色。a*軸是紅一綠色軸，b*軸是黃一藍色軸。

Lab有三個通道，製作一個Lab模式的影象，從中可以發現，a和b通道幾乎不能辨別出來，它們僅僅定義了影象的色彩部分，而沒有定義影象的形態細節，因此在Lab模式的影象中顏色和層次是分離的，這一點與RGB是不一樣的，這使得灰色曲線和彩色曲線可以分開調整，當使用者調整灰色曲線時，彩色的部分不受影響，因此可以只用沒有顏色資訊的L*通道確定影象的最亮和最暗值。

這樣既可以避免在色彩校正過程中產生一些跳躍性的、階調不連續的顏色，也可以只在L通道上銳化影象來強調影象的整體細微層次。

Lab顏色空間中的L分量用於表示畫素的亮度，取值範圍是[0,100],表示從純黑到純白；a表示從紅色到綠色的範圍，取值範圍是[127,-128]；b表示從黃色到藍色的範圍，取值範圍是[127,-128]。

  3.4  色彩還原分析  

為了檢測相機成像的對色彩的還原能力，在不同色溫/光源條件下拍攝24色標準色卡，通過分析每個色塊的平均R、G、B，將其轉化到Lab色彩空間，最後與色卡的標準色進行比較計算得到：

名度還原誤差、色度還原誤差、總色度還原誤差和總色彩還原誤差。

   4：白平衡(White Balance)  

測試環境：白板測試環境。

色溫表示光譜的成份，光的顏色。色溫低表示長波光成份多；當色溫改變時，光源中三基色的比例會發生變化，需要調節三基色的比例達到彩色的平衡，這就是白平衡調節技術。

在不同色溫環境下，照白色物體，成像也應該是白色的。

  4.1  白平衡數值表示  

在影象區擷取一個區域，計算該區間的RGB平均值 R、G、B，其白平衡為：

在不同色溫環境下，照白色或中性灰色的物體時，三基色的比例達到彩色的平衡時，其White Balance數值接近於0；當超過某一大於0的數值時，表明白平衡欠佳。

  4.2  白平衡RGB圖線表示  

同樣在不同色溫環境下，照白色或中性灰色的物體時，在其成像中沿一指定路徑（比如直線），已路徑點為X座標，路徑上各個畫素點的R、G、B值為Y座標所組成的三條圖線表示，三條曲線重合在一起，則說明是RGB顏色是平衡的。

  5：動態範圍  

測試環境：灰階卡測試環境。

動態範圍表現了影象感測器在同一張照片中同時捕獲光明和黑暗物體的能力，通常定義為最亮訊號與最暗訊號（噪聲門檻級別）比值的對數，通常用54dB來作為商業影象感測器的通用指標。

具有較寬動態範圍的 影象感測器可以在明光環境下提供更好的效能（例如，使用較窄動態範圍感測器在明光環境下拍出的照片會出現“水洗”或模糊的現象。

  5.1  灰階描述  

灰階測試圖卡底色為中灰，在取整數的近似條件下，均勻提取RGB（0，0，0）至RGB（255、255、255）共256級灰階中的20級灰階，用20個面積大小相等的矩形塊分別填充上述20級灰度。每級反射密度相差0.1，圖卡中設A、M、B三個標定相對應的反射密度是0.05、0.75 和1.65，它們代表著高光、中性灰度和陰影，背景密度和M點相同。

  5.2  灰階曲線描述  

  6：成像清晰度(Resolution)  

測試環境：清晰度卡測試環境。

首先，一般測試解析度時的拍攝距離就等於該模組的對焦距離，即在測試解析度時將模組放在對焦距離的位置拍攝測試標板。

測試卡通常採用ISO12233測試卡或其它定製測試卡，測量演算法一般採用MTF、TV_Line、SFR。

  6.1  TV_Line(Transmission Line Pulsing)  

TV Line全稱Transmission Line Pulsing，也稱“噴泉圖”，單位：“線數”。意思是從水平方向上看，相當於將每行掃描線豎立起來，然後乘上寬高比，構成水平方向的匯流排，稱水平分解力。

影象構成方式與畫素的區別：TV Line的意思是電視行，用來衡量“分解被攝景物細節”的能力；畫素則是各種顏色的一個一個小點，畫素越多，圖可以放得越大越清晰。二者都可以形成影象，但形成影象的原理卻不同：TV Line以線成像，而畫素是以點成像。

TV line主要用於主觀測試，由於計算機的廣泛應用，也由影象處理軟體檢測TV line的線數。

影象處理演算法

沿TV Line的方向，逐行掃描，分析出每行的灰度曲線，分別求其一階導數、二階導數，根據導數變化確定線條的邊界，即“數出”此時的線條數量；依次掃描、分析處理、“數線”，直到“數線”不能數出為止。

使用“噴泉圖”測量，比較直觀，但與測試卡在影象區是否充滿有關，對環境要求稍高，日韓系廠商和終端客戶較多。

  6.2  MTF (Modulation Transfer Function)  

MTF是Modulation Transfer Function的英文簡稱，中文為調製傳遞函式。是指調製度隨空間頻率變化的函式稱為調製度傳遞函式，它描述的是對空間細節分辨的能力，單位以line/mm來表示。

調製傳遞函式類似於對比度的概念，其數學表達公式如下： 

它表示的是經過相機拍攝後對比度的變化。如果MTF=1，那表示成像的質量非常的高，基本上無損傳輸了。它衡量的是該鏡頭將原影象轉化到具體成像之間的傳遞能力。

而在實際測試的過程中，通常都是採用的如下所示的線對來分析計算。 

在上圖中，上面的是原影象，下面表示相機拍攝得到的影象。可以看出線對的邊緣經過鏡頭之後明顯變得模糊，並且線對越密越模糊，相應的MTF也就越低。

MTF測試與測試卡在影象區是否充滿有關，國內CCM廠商使用比較多；

  6.3  SFR (Spatial Frequency Response)      

SFR是Spatial Rrequency Response的縮寫，主要是用於測量隨著空間頻率的線條增加對單一影像的所造成影響。簡言之SFR就是MTF的另外一種表示方法。

測試方法有狹縫、針孔測試和斜邊測試。但通常使用斜邊測試，這種方法在很大程度上精簡了測試流程，對測試環境要求不高。

在表示相機影象解析力時，通常採用MTF50或者MTF50P。

MTF50表示的是MTF為最大值的50%（即MTF=0.5）時，對應的空間頻率。

由於在影象拍攝過程中，影象處理模組有可能會對影象進行銳利化，對MTF的數值有所影響，而為了避免這樣的影響，則規定MTF50P是相機拍攝後的影象的MTF最大值的50%對應的空間頻率。

SFR比較抽象，歐美系廠商及終端客戶使用較多。

  6.4  小結  

因此，選擇MTF和TV_Line演算法時，需要根據攝像頭模組的視場大小，準確地計算測試卡的大小，使得測試卡的影象區正好充滿畫面。需要將此時的讀數換算成正確的解析度數值。

由於鏡頭的原因，所成影象的不同位置，影象的清晰度有所不一，所以，測量時，要選擇不同的影象位置。對於TV_Line和SFR甚至要沿豎直和水平的方位分別測量。

MTF和TV_Line與測試卡在影象區是否充滿有關，對環境要求稍高；

SFR與測試卡在影象區是否充滿無關，對環境要求不高。

  7： 光學防抖測試  

測試環境：清晰度卡測試環境。

在模擬攝像頭模組抖動機構時，對測試卡上的目標點，重複多次位置測量，計算目標點的位置變化，以評價光學防抖的效果。

  7.1 　測試模型  

  7.2 　測試流程  

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