IEEE 相机手机图像质量 (CPIQ) 支持

Imatest的CPIQ实施

Imatest 4.4+支持IEEE CPIQ P1858 ^™ （手机相机图像质量） 2016测量标准。作为 CPIQ 的成员，我们致力于提供便捷且符合 CPIQ 标准的图像质量测量方法。

注意：为了获得最新的视觉噪声计算修正，您应该使用至少 Imatest 4.4.9 版本。

本页的章节顺序与CPIQ标准“ P1858 ^™ /D1手机相机图像质量标准”文件的章节顺序类似。前四章分别为：1. 概述，2. 规范性引用文件，3. 定义、缩略语和缩写，以及4. 测试条件和设备。测量章节如下：

在接下来的每个章节中，我们将讨论图表、测量技术和（感知）质量水平结果。本页最后一节列出了所有 CPIQ 指标的JSON 输出位置。

测试实验室环境

目前IEEE认证测试实验室的要求草案（待批准）如下：

图表

• 点阵图（测量失真和色差）
• ESFR-ISO图表 - SFR和视觉噪声
• Colorchecker SG - 色度级别
• 散落的硬币/枯叶图表 - 测量纹理清晰度
• 空白 18% 灰度图（用于测量颜色均匀性，例如涂有约 18% 灰色油漆的墙面）

灯光

所有照明必须能够在最大图表上达到至少 80% 的均匀度（例如，中心到角落的偏差不得超过 20%）。

以下照明设备：

• 3050k 白炽钨丝光源，25 勒克斯
• D55光源，照度1000勒克斯
• TL84光源，照度100勒克斯

环境

• 温度必须在 23 摄氏度 ± 2 摄氏度之间。
• 房间的布置应尽量减少反射，防止杂散光进入室内。理想情况下，墙面应涂刷低反射、低饱和度的涂料，例如含灰量约为18%的灰色或黑色。
• 房间应完全遮光，以免外部光源影响测量结果。

空间频率响应（SFR）——第五章

CPIQ 文档第 5 章描述了倾斜边缘 SFR（MTF）测量。其中包括锐度，它是从 MTF 和人类视觉系统的对比敏感度函数 (CSF) 推导出的清晰度感知测量值。

为了按照 CPIQ 标准测量 SFR，我们推荐使用eSFR ISO图表。eSFR ISO 图表具有足够的倾斜边缘，可以映射图像表面的清晰度，其灰度 OECF 图表可用于视觉噪声测量，并且完全符合ISO 12233:2014标准的图表要求。

增强型eSFR ISO图表

对于CPIQ而言，清晰度是通过空间频率响应（ SFR ）（也称为调制传递函数（ MTF ））来衡量的。eSFR ISO模块可用于此目的。

锐度是一种感知测量指标，旨在回答“图像看起来有多清晰？”这个问题。它与主观质量因子 (SQF)密切相关，仅在计算公式的细节上有所不同。锐度由调制传递函数 (MTF，即 SFR)、人眼视觉系统对比敏感度函数 (CSF) 模型以及观看条件（图像高度和观看距离）计算得出。Imatest 以与 SQF 完全相同的方式显示锐度，并提供多种选项。要获取锐度测量值，请打开eSFR ISO （或其他分辨率分析软件），然后单击“设置”窗口中的“SQF/锐度选项”按钮（在 SFRplus 中为“更多设置”）。单击“CPIQ 锐度”按钮选择锐度计算方法。图表类型可以是SQF 或锐度（标准图表）或JND（最小可觉差：CPIQ Phase 2 公式）。您需要对观看条件进行一些假设。有关详细信息，请参阅SQF/锐度。

以下是 eSFR ISO 模块显示屏 #3 的结果。我们假设观看距离与打印高度的平方根成正比。

横向色位移——第六章

横向色差也称为横向色差。通常使用切向倾斜边缘来表征这种现象，但 CPIQ 标准通过使用点阵测试图获得了更详细的测量结果：

色度级别 - 第七章

色度（饱和度）测试使用X-Rite Digital Colorchecker SG色卡，如图右侧所示（色卡已正确框选）。（色卡不应充满整个图像。如果充满，光线衰减可能会降低测试结果的准确性。）该测量仅使用色块：它会忽略色卡边缘和中心附近的黑色、白色和灰度色块。

Colorchecker SG 可使用“颜色/色调交互式”（交互式）或“颜色/色调固定式”（固定）模块进行分析。必须手动设置区域选择，以确保分析区域与测试图表色块正确对齐。

Colorchecker SG 的颜色/色调交互式微调窗口

平均 CPIQ 色度和质量等级结果显示在二维 a*b* 图中。该图显示了 4 行 x 6 列 Colorchecker 副本中位于图表中心正上方（从上往下数第 2-5 行；第 5-10 列）的色块的 a*b* 值（来自 CIELAB 颜色空间）。

Colorchecker SG 内部的 24 色块 Colorchecker Classic 复制品的 a*b* 参考颜色和相机颜色，显示平均 CPIQ 色度指标（在所有色块上测量）。

颜色均匀性 - 第8章

当网格大小设置为 20x15（4:3 宽高比）、24x16（3:2 宽高比）或 32x18（16:9 宽高比），且网格计算设置为 2 时，CPIQ 颜色变异性指标（最大 ΔC = D _c ）会显示在“均匀性”、“交互式均匀性”和“瑕疵检测”中。Delta -C 和 Delta-E是针对每个网格区域 i 计算的（通过比较该区域内的 L*a*b* 值与整幅图像的平均值）。只要选中CPIQ 计算框，就会计算 Delta-C 和 Delta-E 并将其保存到 JSON 和 CSV 输出中。以下是一个设置示例。

以下是生成的网格图。

CPIQ颜色均匀性指标显示在右下角：最大ΔC = 2.606是CPIQ颜色变异性指标。与此指标相关的质量损失为

QL = 主观质量损失（以 JND 为单位），颜色均匀性 = 0；Dc ≤ 0.8636 ; D _c > 0.8636

其中 a = 0.8636，b = 2.3952，c = 0.9771

视觉噪声 - 第十章

为了获得最新的视觉噪声计算修正，您应该使用至少 Imatest 4.4.9 版本。

视觉噪声可以通过包含 ISO 14524 径向色调色块（阶梯楔形色块）的测试图表进行计算。我们建议使用包含此功能的 ISO 12233:2014 测试图表。

这些计算可由eSFR ISO 、 Color/Tone Interactive或Color/Tone模块执行。详细信息请参见Color/Tone Interactive/Color/Tone/eSFR ISO 噪声测量：ISO 15739 和 CPIQ 视觉噪声。

以下是 eSFR ISO 模块的设置：

显示器可用

22. CPIQ 视觉噪声与输入密度 (L*a*b*)
23. CPIQ 视觉信噪比与输入密度 (L*a*b*) 的关系
24. CPIQ 视觉信噪比 (dB) 与输入密度 (L*a*b*)

以下是结果：

纹理模糊 - 第十一章

CPIQ 第二阶段“纹理度量初步研究”文件要求分析“枯叶”图案，但对结果的展示方式却鲜有详细说明。文件中提到了噪声功率谱 (NPS)，也称为功率谱密度 (PSD)。PSD 是MTF的平方。

Imatest推出了新版的枯叶图表，称为洒落的硬币图表，它比现有的枯叶图表有几个优势。

• 它几乎完全具有尺度不变性，即结果不依赖于放大倍数，MTF 指数为 -1（功率谱密度为 -2）可以准确地表征该图表。
• 它比现有的图表更加统一。
• 图表左右两侧的灰色区域与活动区域具有相同的平均密度，因此适合计算噪声 PSD，并从中心“散落硬币”区域的 PSD 中减去噪声 PSD。
• 它包含用于比较 MTF 计算的倾斜边缘。

“枯叶”或“散落的硬币”图案通常会占据图像线性方向约三分之一的区域（面积约占十分之一）。这个比例可能会根据图表设计和图像像素大小而有所不同（在低分辨率图像，例如 VGA 图像中，图案需要更多空间）。更多关于“随机/枯叶”图案的信息，请访问Imatest 商店。该图表有多种配置可供选择。

枯叶图像的调制传递函数 (MTF) 或功率谱密度 (PSD) 可使用Imatest Random模块（ Rescharts 软件的一部分）进行测量。该模块专为具有 1/ f空间频率响应的随机（或近随机）图案而设计，这等效于^1/f²功率谱密度 (PSD)。此类图案具有尺度不变性，即其频谱与放大倍数无关；它不受与图表距离变化的影响。这使得测量极其便捷。

“散落硬币”图表的功率谱密度指数与图 4 中“枯叶”目标的功率谱密度（即净推荐值）不同。前者为 -2（即尺度不变，这是理想值），后者为 -1.86。以下展示部分结果。完整详情请参见“随机/枯叶”部分。

结果见图表#7：

自动曝光 - 第十二章

CPIQ 自动曝光功能目前处于草案阶段，将纳入 2021 年版CPIQ 标准。您应使用Imatest v2021.1或更高版本进行此计算。

自动曝光误差基于X-Rite Colorchecker SG色卡中中性灰色块的标称亮度值与实际亮度值的偏差。在另一种计算方法中，我们也可以使用24色X-Rite Colorchecker色卡来计算该指标。

基于亮度水平的主观质量心理物理学研究，建立了以下曝光质量损失模型：

CPIQ 自动曝光度采用 Imatest 颜色/色调模块进行测量，该模块以最小可觉差 (JND) 为单位生成质量损失 (QL) 分数。

结果显示在显示屏 #4 2D a*b 中：