介绍
锐度和主观质量因子 (SQF)是衡量感知到的打印或显示清晰度的指标。SQF 在摄影行业已应用多年，但大多数摄影师仍然不熟悉。锐度是IEEE 手机相机图像质量 (CPIQ)小组提出的一个相对较新的测量指标。这两个指标都包含了以下因素的影响：
- 成像系统：相机的调制传递函数 (MTF)是衡量其固有清晰度的指标。
- 观察者：人眼对每个空间频率的敏感度，用对比敏感度函数（CSF）建模。
- 观看条件：图像显示高度和观看者与显示器之间的距离，描述了图像显示如何充满人眼。
这些指标用于描述人眼所见的最终产品图像的清晰度，而不仅仅是相机的固有属性。这有助于解释诸如“这张图片在手机上看起来很清晰，但在电脑屏幕上放大后就完全不清晰了”之类的常见现象。
由于CPIQ标准化工作包括将锐度值与感知质量损失单位（即最小可觉差，JND）进行关联，我们通常建议使用锐度而非SQF。为简洁起见，本页后续章节可能仅提及锐度，但相关描述同样适用于SQF。
历史
SQF （主观图像评价指标）由伊士曼柯达公司的EM（Ed）Granger和KN Cupery在1973年5-6月出版的《摄影科学与工程》杂志第16卷第3期（第221-230页）上发表的论文《光学评价指标（SQF）与主观图像评价的相关性》中提出。（如果您进行网络搜索，请注意Granger的名字经常被误拼为Grainger。）柯达和宝丽来公司曾将其用于产品开发，而《大众摄影》杂志也将其用于镜头测试。 这篇技术论文验证了SQF与观看者偏好之间的相关性。然而，除了Bob Atkins的精彩描述（其中包含对《大众摄影》杂志测试方法的解释）之外，摄影网站上很少提及SQF。
锐度是一种感知测量指标，与 SQF 密切相关，但计算公式的细节有所不同。它在IEEE CPIQ（手机相机图像质量）第二阶段规范中有所定义，但该规范并未详细说明其显示方式。Imatest 的显示方式与 SQF 相同。
Imatest 的许多锐度模块都可以测量锐度和 SQF： SFR 、 SFRplus 、星形、随机/枯叶、 SFRreg 、棋盘格和eSFR ISO 。
锐度测量选项
锐度或SQF可在Imatest SFR 、 SFRplus 、 Star 、 Random/Dead Leaves 、 SFRreg 、 Checkerboard和eSFR ISO中进行测量。您需要在“设置”框中勾选“锐度分析”复选框（如果存在）。设置将被保存以供后续运行使用。
点击上述模块之一的设置窗口中的按钮，即可打开选择查看条件和计算选项的窗口。
清晰度和 SQF 设置
此面板包含与观察者视图条件无关的计算和输出绘图选项。
主观品质类型
计算中可使用的积分和 CSF 定义，是 CPIQ 定义的锐度积分和 CSF 定义，还是SQF定义的积分和 CSF 定义。（详情请参见下方绿色方框。）
地块类型
可以选择将哪个量作为输出绘制出来——是锐度/SQF 值本身（客观指标），还是与该值关联的感知损失值（主观指标），单位为JND 。如果选择绘制 JND，则主观质量类型必须为“锐度 CPIQ”，因为该量已定义了客观-主观映射关系。
仅镜头复选框
忽略显示介质（打印或显示器）对锐度计算的影响。检查时，输出结果假定显示介质完美，具有平坦的SFR，并且没有考虑有限的点/像素数量，这实际上使得锐度计算仅取决于“镜头”，而不是最终的显示效果。（请注意，由于锐度源自MTF，而Imatest只能测量整个系统（镜头、传感器和处理器）的MTF，因此它实际上并非仅取决于镜头。）
标准化 MTF
重新调整 MTF 曲线（锐度即由此曲线导出），使其最大值为 1。
一般来说，根据 MTF 的定义，MTF 曲线的最大值应该已经是 1。然而，由于曲线锐化，MTF 曲线的峰值有时会大于 1。选择此选项会在这种情况下重新调整 MTF 曲线的标度。
查看器显示设置
此面板包含用于定义使用此设备拍摄的图像在观察者视野中的显示条件的选项。通常，它会定义显示尺寸和显示器与观察者之间的距离，用于将设备的 MTF（以 cy/px 为单位）映射到观察者眼中的角度 MTF（以 cy/deg 为单位）。它还定义了显示器的特性及其分辨率，这对于确定在显示器上生成图像所需的任何尺寸调整至关重要。
CPIQ 预设
CPIQ 标准定义了五种标准视图条件，涵盖了许多常见使用场景——小字、大字、 100% 电脑显示器、 4.5 英寸手机、 30 英寸 4K 电视。
选择其中一项将自动设置其余选项，因此对于新用户来说，此选项是一个很好的起点。如果在此选项中使用“无（手动设置）”，则可以设置以下参数来描述自定义视图条件。
查看显示类型
可在屏幕、打印或理想显示类型之间进行选择。根据 CPIQ 标准，显示类型决定了图像显示介质的 MTF（调制传递函数）。选择“理想”表示显示介质本身不引入 MTF。
查看选项
确定用于生成锐度随选择变化图的自变量（即x 轴）。 根据您选择的选项，下面的显示将提供不同的数据输入选项。
固定可视距离，可变显示高度
用户选择最小和最大显示尺寸（以厘米为单位）来绘制锐度图，同时保持视角距离不变。此外，还可以指定一个高度值作为读数，以便于查询数据输出。
输出图的 x 轴将是定义范围内的显示高度。
固定显示高度，可变可视距离
用户选择最小和最大观看距离（以厘米为单位），在显示尺寸保持不变的情况下绘制锐度图。此外，还可以将一个距离值指定为读数值，以便于查询数据输出。
输出图的 x 轴将是定义范围内的观看距离。
选中后，显示高度的输入框单位将为“输入图像的放大百分比”，而不是厘米。
这种用法意味着显示尺寸会根据图像的行数除以显示器的像素密度（每厘米点数或像素密度）再乘以放大倍数进行相应缩放。由于数据缩放时显示器的实际尺寸显然不会改变，因此可以将显示器视为一个“窗口”，透过这个窗口可以看到一个理论上尺寸相同的显示器。
例如：CPIQ 预设“计算机显示器以 100% 比例显示”使用了此选项，这意味着图像在屏幕上的显示比例为：图像中的一个像素变成屏幕上的一个像素，而不是放大或缩小。
像素/厘米
图像在显示器（或印刷品）上每厘米的像素数（或每厘米的点数）上呈现。
该值至关重要，它指示显示器的分辨率是否低于生成待查看图像的相机的分辨率。如果低于，则图像需要在显示前缩小尺寸（除非以例如上例中的 100% 缩放比例查看），这会改变空间频率成分。Imatest 对此进行一阶建模，在将成像系统测量的 MTF 转换为角频率之前，应用一个理想的低通滤波器。
锐度和MTF
下表比较了 MTF 和锐度。本质上，MTF 是衡量设备或系统清晰度的指标；锐度和 SQF 是衡量感知打印或显示清晰度的指标，它们由 MTF、人眼视觉系统的对比度敏感度函数 (CSF) 和视角（基于打印高度和观看距离之间关系的假设）得出。
| MTF（调制传递函数） | 敏锐度或SQF（主观质量因素） |
| 测量图像对比度与空间频率的关系。描述设备或系统的清晰度。与印刷品或显示器中感知到的图像清晰度间接相关。 | 衡量感知清晰度与印刷或显示高度和观看距离的关系。描述观看体验。需要对观看距离做出假设（可以是恒定值，也可以与印刷高度的平方根或立方根成正比）。 |
| 忽略了观看距离和人类视觉系统。 | 包括观看距离和人类视觉系统的影响。 |
| 摘要： MTF（对比度）与空间频率的关系图需要一定的技术能力才能解释。 | 具体来说： SQF（感知清晰度）与打印高度的关系图几乎无需解释。无论打印尺寸如何，SQF 的主观含义都相同。它可以用来精确回答诸如“使用 1280 万像素全画幅数码单反相机比使用 830 万像素 APS-C 画幅数码单反相机能打印多大的照片？”之类的问题。 |
| 低空间频率下约为 1.0。高空间频率下数值会降低，但由于锐化作用，在中等频率下可能达到峰值。峰值超过 1.4 表示过度锐化，这会导致边缘出现难看的“光晕”，尤其是在大尺寸打印时。 | 对于较小的打印高度，该值为 100%。对于较大的打印高度，该值会降低，但由于锐化，在中等打印高度下可能会升高。峰值超过 105% 可能表明过度锐化（超过 108% 则肯定表明过度锐化）。在这种情况下，您应该检查 MTF 图和边缘轮廓。 |
| 频率下降一半时的频率（MTF50）是相对感知清晰度的合理指标，但需要解释，而且不如 SQF 精确。 | SQF 值相差 5 对应于清晰度上的可感知变化——略大于一个“最小可觉差”（JND）。SQF 可用作排名系统的基础。 Imatest 会显示锐度的 JND（最小可检测差）。具体说明如下。 |
| 成像科学家对此并不陌生，但分辨率消失的概念仍然更为人所知。 | SQF在影像行业并不常见。它曾在柯达和宝丽来内部使用，但在数字成像技术出现之前很难测量。 锐度是一种相对较新的测量方法，由于 IEEE CPIQ 小组的努力，它正变得越来越为人所知。 |
| 所有测量值（MTF、SQF 和锐度）都受到锐化处理的强烈影响，锐化处理通常用于提高感知锐度，因此 SQF 预计会增加。 | |
以下是一个示例结果。 
锐度，基于观看距离等于图像高度平方根的假设。
顶部图中的黑色实线显示了打印高度从 2 厘米到 60 厘米（约 2 英寸到 24 英寸）的锐度，假设观看距离（厘米）= 30 √(图像高度/10)，这与画廊观看条件大致相符。锐度超过 100 是因为图像锐化后 MTF 峰值适中。顶部图还显示了观看距离（ --- ）。右下角的图是 MTF 曲线，该曲线在主 SFR/MTF 图中也有显示，但此处重复显示以使本图内容完整。中间下方包含图像缩略图，其中红色部分显示了选定的 ROI。左侧的文本包含计算详情和图像属性。
精度和SQF数值分别代表什么？
SQF——埃德·格兰杰（Ed Granger）开发的SQF值与感知清晰度呈线性正比关系。SQF值变化5对应于清晰度的可感知变化——略大于一个“最小可觉差”（JND）。由于我们没有自己的SQF感知数据库，我们将参考他人的经验。
《大众摄影》杂志多年来一直使用SQF评分系统测试镜头。他们开发了目前唯一广泛应用的SQF评分系统。他们的评分标准并非完全线性。例如，{C, C+} 等级占用20个SQF单位，是{A, A+}、{B, B+}或D等级的两倍。但这似乎是解读评分的一个很好的起点。
| A+ | 一个 | B+ | B | C+ | C | D | F |
| 94-100 | 89-94 | 84-89 | 79-84 | 69-79 | 59-69 | 49-59 | 49岁以下 |
我们建议读者参考《大众摄影》的镜头测试结果，并在其网站上搜索SQF。Imatest的测试结果应该与《大众摄影》的结果相符，但两者之间也存在一些显著差异。
- Pop Photo单独测量镜头的 SQF 值，而Imatest测量整个成像系统的 SQF 值。这意味着Imatest 的结果对相机和 RAW 转换器中的信号处理（锐化和降噪；通常以非线性方式应用）非常敏感。这使得在不同相机上测量的镜头难以直接比较。另一方面，这也意味着您可以了解您的相机/镜头组合能够达到的最佳效果，并且非常适合比较在同一类型相机（使用一致设置）上测量的镜头。
- Pop Photo计算 SQF 的算法（SQF 方程式和观看距离假设；两者均在下文讨论）尚不清楚。
质量作为SQF的函数
右侧的评分标准由布罗尔·赫尔格伦（Bror Hultgren）开发，基于大量的类别评分测试。布罗尔指出，感知质量水平取决于测试图像集（尤其是其中最差图像的糟糕程度）以及任务（例如，一群手机用户对图像的评分与一群美术馆策展人对图像的评分会有所不同），但类别之间的关系相对稳定。这些等级与《大众摄影》（Popular Photography）的评分标准相当。
解读SQF时需要考虑的其他因素：
- 无论打印尺寸如何，SQF 的解读都相同。这意味着 SQF = 92 的打印件，无论是 4 x 6 英寸还是 24 x 36 英寸，其质量“感觉”都相同。这与 MTF 测量不同，MTF 是在打印表面测量的，不同尺寸的打印件的解读也不同：人们往往会接受尺寸较大的打印件较低的 MTF 值，因为观看距离更远（尽管此处描述的关系并非线性关系）。观看距离已包含在 SQF 中。
- SQF 计算目前暂不考虑打印机的清晰度。它假设现代高质量喷墨打印机在正常观看距离下，打印出的清晰度能够达到肉眼所能看到的水平——对于大幅打印件（高度≥20厘米）而言，这是一个相当合理的假设。
锐度——CPIQ 文件定义了一个“客观指标”（当锐度等于 0.8851 时， OM = 0.8851 -锐度；否则OM = 0），该指标随模糊程度的增加而增加。该文件声称，当锐度大于 0.8851 时，感知质量不会提高。一个较为复杂的公式计算结果表明，OM 值变化 0.02（2%）大致对应于 1 个 JND。
锐度和SQF方程
沿用 Imatest 网站其他部分的惯例，我们将数学公式放在绿色方框中，非技术读者可以跳过这些方框。首先展示的是锐度公式——SQF 主要具有历史意义。
在哪里 在哪里 a = 75， b = 0.2， c = 0.8， K = 34.05， 请注意， CSF的该值峰值约为 4 周期/度，远低于 SQF 使用的CSF 。 |
SQF方程 本框的要点是，Granger 在 1972 年提出了计算 SQF 的完整公式，但他在计算中使用了简化的近似公式。虽然强烈建议使用精确公式，但 Imatest 可以在需要时使用简化的近似公式来比较新旧计算结果。在查阅较早的出版物时，您应该确定使用了哪种计算方法。 格兰杰提出的SQF的精确方程是：
在哪里 CSF( f ) 是人眼的对比敏感度函数，详见下文；当f > 60 周期/度时，CSF( f ) 接近于零。 由于格兰杰无法使用先进的计算机（如今一台普通个人计算机的运算能力大约相当于 1972 年整个五角大楼的运算能力），因此他在计算中使用了近似值，假设 CSF( f ) 在 3 到 12 个周期/度之间大致恒定。 当 3*cpd < f < 12*cpd 时；否则为 0； 对于 3 cpd < f < 12 cpd，其中 cpd 为归一化常数。
尽管 Imatest 提供了使用此近似值的选项（用于检查之前的计算结果），但建议使用精确公式。Granger和 Cupery 使用的积分限值在视网膜上分别为 10 和 40 周期/毫米，当考虑眼睛的焦距 ( FL = 17 毫米) 时，则分别转换为 3 和 6 周期/度。f (周期/度) = f (周期/毫米) ( π FL ) / 180。 要计算 SQF，需要将用于眼睛响应 CSF( f ) 的空间频率（以周期/度为单位）与 Imatest SFR 计算的空间频率（以周期/像素为单位）联系起来。
在哪里 n PH是垂直像素数（沿图像高度方向，假设为横向）， d为观看距离 噪声图像 对于具有长过渡（10-90%上升时间r<sub> 1090</sub>在2个像素内）且噪声较高的图像，除非采取预防措施，否则噪声的增加会导致SQF增大。我们采取的措施是认识到大部分信号能量位于低于1/ r<sub> 1090</sub>的空间频率上。对于高于1/ r <sub>1090 </sub>的频率，我们不允许MTF增大：MTF( f <sub>n</sub> ) = min(MTF( f <sub>n-1</sub> ), MTF( f <sub>n</sub> ))。这几乎不会影响边缘引起的MTF变化，但可以防止噪声尖峰过度增大SQF。 |
对比敏感度函数（CSF）
对比敏感度函数
人眼对比敏感度函数 (CSF) 在高空间频率下受眼球光学系统和视锥细胞密度的限制，在低频率下则受视网膜信号处理（神经元相互作用；侧抑制）的限制。多项研究表明，在明亮光照条件下（例如阅读印刷品时），峰值响应介于每度 6 到 8 个周期之间（对于用于锐度计算的 CSF 方程，约为 4）。我们选择了一个公式（详见下文），其峰值略低于每度 8 个周期。
您可以通过在不同距离观察下图，并观察图案消失的位置，来了解您眼睛的对比度。对比度与图像高度h成正比 ( y / h ) ² 。虽然图像的对比度看起来从上到下呈线性下降，但图表中间部分的对比度只有顶部的四分之一。
由Test Charts创建的对数频率对比图。
Log F-Contrast 图表与Campbell-Robson CSF（对比敏感度函数）图表非常相似，
该图表最初于 1968 年出版。两张图表的（垂直）对比度变化截然不同。
点击右侧斜线图像即可查看全尺寸图片，了解更多关于脑脊液的信息。在正常观看距离下，您可能看不到隐藏在其中的数字。后退几米，数字就会变得非常清晰。
这是怎么回事？在正常观看距离下，对角条纹的频率具有较高的CSF值，而隐藏数字的频率较低，其CSF值相对较低。当距离拉远时，条纹的CSF值降低，但隐藏数字的CSF值却高得多，使其更容易被看到。
点击图片查看完整尺寸。
后退几米就能看到隐藏的数字。
对于 SQF，我们选择了一个相对简单、较新且与数据拟合良好的公式。该公式的来源是 JL Mannos 和 DJ Sakrison 的论文“视觉保真度准则对图像编码的影响”，发表于 IEEE 信息论汇刊，第 20 卷，第 4 期，第 525-535 页（1974 年）， 该论文在Kresimir Matkovic 1998 年的博士论文中被引用。
应用归一化常数K后，SQF 中的 2.6 乘数消失。该方程可以进行一些简化。
首选的SQF方程式当直流项 (0.0192) 存在时，公式会出错。幸运的是，如上图所示，移除直流项几乎没有影响。用于计算优选方程中 SQF 的公式为 CSF( f ) = 0.114 f exp(-0.1254 f )。 |
| 更多极客内容（已弃用的其他公式） SQF选项中包含了一些用于实验研究的附加方程式。由于锐度已成为标准，这些方程式已被弃用。
在哪里 或者是归一化常数。 这些方程的建立是为了解决 d(log f ) = d f / f的问题，该项在低空间频率下会变得非常大。如果 CSF( f ) 包含直流（常数）项，则包含该项的积分会发散。幸运的是，如上所述，从 CSF 中移除直流项影响甚微，且效果很好，因此我们仅将这些方程用于实验目的。 格兰杰使用 d(log f ) 是因为他注意到 MTF 的恒定百分比变化对应于一个可察觉的差异，也就是说，人眼的响应呈对数关系。公式 1 是线性的。公式 2 是对数的，但存在一些尺度问题：如何处理 log(1) = 0？我们应该使用 log 10 （类似于密度测量）、log 2 （类似于曝光值或光圈值测量），还是 log e （根据科罗拉多州博尔德市的社区标准，该市只使用自然对数）？我们决定不继续研究这些公式。 |