IEEE 相機手機影像品質 (CPIQ) 支持

Imatest的CPIQ實施

Imatest 4.4+支援IEEE CPIQ P1858 ^™ （手機相機影像品質） 2016測量標準。作為 CPIQ 的成員，我們致力於提供便利且符合 CPIQ 標準的影像品質測量方法。

注意：為了獲得最新的視覺噪音計算修正，您應該使用至少 Imatest 4.4.9 版本。

本頁的章節順序與CPIQ標準「 P1858 ^™ /D1手機相機影像品質標準」檔案的章節順序類似。前四章分別為：1. 概述，2. 規範性引用文件，3. 定義、縮寫和縮寫，以及4. 測試條件和設備。測量章節如下：

在接下來的每個章節中，我們將討論圖表、測量技術和（感知）品質水準結果。本頁最後一節列出了所有 CPIQ 指標的JSON 輸出位置。

測試實驗室環境

目前IEEE認證測試實驗室的要求草案（待批准）如下：

圖表

• 點陣圖（測量失真和色差）
• ESFR-ISO圖表 - SFR和視覺噪聲
• Colorchecker SG - 色度級別
• 散落的硬幣/枯葉圖表 - 測量紋理清晰度
• 空白 18% 灰階圖（用於測量顏色均勻性，例如塗有約 18% 灰色油漆的牆面）

燈光

所有照明必須能夠在最大圖表上達到至少 80% 的均勻度（例如，中心到角落的偏差不得超過 20%）。

以下照明設備：

• 3050k 白熾鎢絲光源，25 勒克斯
• D55光源，照度1000勒克斯
• TL84光源，照度100勒克斯

環境

• 溫度必須在攝氏 23 度 ± 2 度之間。
• 房間的佈置應盡量減少反射，防止雜散光進入室內。理想情況下，牆面應塗上低反射、低飽和度的塗料，例如含灰度約為18%的灰色或黑色。
• 房間應完全遮光，以免外部光源影響測量結果。

空間頻率響應（SFR）－第五章

CPIQ 文件第 5 章描述了傾斜邊緣 SFR（MTF）測量。其中包括銳度，它是從 MTF 和人類視覺系統的對比敏感度函數 (CSF) 推導出的清晰度感知測量值。

為了依照 CPIQ 標準測量 SFR，我們建議使用eSFR ISO圖表。 eSFR ISO 圖表具有足夠的傾斜邊緣，可繪製影像表面的清晰度，其灰階 OECF 圖表可用於視覺雜訊測量，並且完全符合ISO 12233:2014標準的圖表要求。

增強型eSFR ISO圖表

對於CPIQ而言，清晰度是透過空間頻率響應（ SFR ）（也稱為調製傳遞函數（ MTF ））來衡量的。 eSFR ISO模組可用於此目的。

銳利度是一種感知測量指標，旨在回答「影像看起來有多清晰？」這個問題。它與主觀質量因子 (SQF)密切相關，僅在計算公式的細節上有所不同。銳利度由調變傳遞函數 (MTF，即 SFR)、人眼視覺系統對比敏感度函數 (CSF) 模型以及觀看條件（影像高度和觀看距離）計算。 Imatest 以與 SQF 完全相同的方式顯示銳利度，並提供多種選項。若要取得銳利度測量值，請開啟eSFR ISO （或其他解析度分析軟體），然後按一下「設定」視窗中的「SQF/銳利度選項」按鈕（在 SFRplus 中為「更多設定」）。點選“CPIQ 銳利度”按鈕選擇銳利度計算方法。圖表類型可以是SQF 或銳利度（標準圖表）或JND（最小可覺差：CPIQ Phase 2 公式）。您需要對觀看條件進行一些假設。有關詳細信息，請參閱SQF/銳度。

以下是 eSFR ISO 模組顯示器 #3 的結果。我們假設觀看距離與列印高度的平方根成正比。

橫向色位移——第六章

橫向色差也稱為橫向色差。通常使用切向傾斜邊緣來表徵這種現象，但 CPIQ 標準透過使用點陣測試圖獲得了更詳細的測量結果：

色度等級 - 第七章

色度（飽和度）測試使用X-Rite Digital Colorchecker SG色卡，如圖右側所示（色卡已正確框選）。 （色卡不應充滿整個影像。如果充滿，光線衰減可能會降低測試結果的準確性。）此測量僅使用色塊：它會忽略色卡邊緣和中心附近的黑色、白色和灰度色塊。

Colorchecker SG 可使用「色彩/色調互動式」（互動式）或「顏色/色調固定式」（固定式）模組進行分析。必須手動設定區域選擇，以確保分析區域與測試圖表色塊正確對齊。

Colorchecker SG 的顏色/色調互動式微調窗口

平均 CPIQ 色度和品質等級結果顯示在二維 a*b* 圖中。此圖顯示了 4 行 x 6 列 Colorchecker 副本中位於圖表中心正上方（從上往下數第 2-5 行；第 5-10 列）的色塊的 a*b* 值（來自 CIELAB 色彩空間）。

Colorchecker SG 內部的 24 色塊 Colorchecker Classic 複製品的 a*b* 參考顏色和相機顏色，顯示平均 CPIQ 色度指標（在所有色塊上測量）。

顏色均勻性 - 第8章

當網格大小設定為 20x15（4:3 寬高比）、24x16（3:2 寬高比）或 32x18（16:9 寬高比），且網格計算設定為 2 時，CPIQ 顏色變異性指標（最大 ΔC = D _c ）會顯示在「均勻性」、「失能性」中。 Delta -C 和 Delta-E是針對每個網格區域 i 計算的（透過比較該區域內的 L*a*b* 值與整幅影像的平均值）。只要勾選CPIQ 計算框，就會計算 Delta-C 和 Delta-E 並將其儲存到 JSON 和 CSV 輸出。以下是一個設定範例。

以下是生成的網格圖。

CPIQ顏色均勻性指標顯示在右下角：最大ΔC = 2.606是CPIQ顏色變異指標。與此指標相關的品質損失為

QL = 主觀質量損失（以 JND 為單位），顏色均勻性 = 0；Dc ≤ 0.8636 ; D _c > 0.8636

其中 a = 0.8636，b = 2.3952，c = 0.9771

視覺噪音 - 第十章

為了獲得最新的視覺噪音計算修正，您應該使用至少 Imatest 4.4.9 版本。

視覺雜訊可以透過包含 ISO 14524 徑向色調色塊（階梯楔形色塊）的測試圖表進行計算。我們建議使用包含此功能的 ISO 12233:2014 測試圖表。

這些計算可由eSFR ISO 、 Color/Tone Interactive或Color/Tone模組執行。詳細資訊請參閱Color/Tone Interactive/Color/Tone/eSFR ISO 雜訊測量：ISO 15739 和 CPIQ 視覺雜訊。

以下是 eSFR ISO 模組的設定：

顯示器可用

22. CPIQ 視覺雜訊與輸入密度 (L*a*b*)
23. CPIQ 視覺信噪比與輸入密度 (L*a*b*) 的關係
24. CPIQ 視覺訊號雜訊比 (dB) 與輸入密度 (L*a*b*)

以下是結果：

紋理模糊 - 第十一章

CPIQ 第二階段「紋理測量初步研究」文件要求分析「枯葉」圖案，但對結果的展示方式卻鮮有詳細說明。文件中提到了雜訊功率譜 (NPS)，也稱為功率譜密度 (PSD)。 PSD 是MTF的平方。

Imatest推出了新版的枯葉圖表，稱為灑落的硬幣圖表，它比現有的枯葉圖表有幾個優勢。

• 它幾乎完全具有尺度不變性，即結果不依賴放大倍率，MTF 指數為 -1（功率譜密度為 -2）可以準確地表徵該圖表。
• 它比現有的圖表更加統一。
• 圖表左右兩側的灰色區域與活動區域具有相同的平均密度，因此適合計算噪音 PSD，並從中心「散落硬幣」區域的 PSD 中減去噪音 PSD。
• 它包含用於比較 MTF 計算的傾斜邊緣。

「枯葉」或「散落的硬幣」圖案通常會佔據影像線性方向約三分之一的區域（面積約佔十分之一）。這個比例可能會根據圖表設計和影像像素大小而有所不同（在低解析度影像，例如 VGA 影像中，圖案需要更多空間）。更多關於“隨機/枯葉”圖案的信息，請訪問Imatest 商店。此圖表有多種配置可供選擇。

枯葉影像的調製傳遞函數 (MTF) 或功率譜密度 (PSD) 可使用Imatest Random模組（ Rescharts 軟體的一部分）進行測量。此模組專為具有 1/ f空間頻率響應的隨機（或近隨機）圖案而設計，這等效於^1/f²功率譜密度 (PSD)。此類圖案具有尺度不變性，即其頻譜與放大倍率無關；它不受與圖表距離變化的影響。這使得測量極為便捷。

「散落硬幣」圖表的功率譜密度指數與圖 4 中「枯葉」目標的功率譜密度（即淨推薦值）不同。前者為 -2（即尺度不變，這是理想值），後者為 -1.86。以下展示部分結果。完整詳情請參閱「隨機/枯葉」部分。

結果見圖表#7：

自動曝光 - 第十二章

CPIQ 自動曝光功能目前處於草案階段，將納入 2021 年版CPIQ 標準。您應使用Imatest v2021.1或更高版本進行此計算。

自動曝光誤差是根據X-Rite Colorchecker SG色卡中中性灰色區塊的標稱亮度值與實際亮度值的偏差。在另一種計算方法中，我們也可以使用24色X-Rite Colorchecker色卡來計算該指標。

基於亮度等級的主觀質量心理物理學研究，建立了以下曝光質量損失模型：

CPIQ 自動曝光度採用 Imatest 顏色/色調模組進行測量，該模組以最小可覺差 (JND) 為單位產生質量損失 (QL) 分數。

結果顯示在顯示幕 #4 2D a*b 中：