图像防抖/清晰度对比

介绍

Imatest图像稳定/清晰度比较模块是SFRplus的后处理器，

通过比较三张相似的SFRplus图像中选定的近水平和近垂直边缘的清晰度（MTF 或相关长度），来衡量光学图像稳定（简称IS或OIS ）的有效性：

坚定不移。
未开启图像稳定功能时发生抖动。 （一些新款相机无法关闭图像稳定功能。在这种情况下，有几种方法可以测量图像稳定功能的有效性。一种方法是使用非常精确的振动装置，并已知振动角度。这种方法很昂贵。另一种方法是使用像素配置和镜头焦距相似但没有光学防抖功能的相机进行测试。）
图像稳定功能导致画面抖动。

标准SFRplus图表

带有额外空间的特制 SFRplus 图表
中心广场附近发生剧烈震动

以下将简要讨论用于测量图像防抖效果的图像采集和选择。概要：对于未抖动的情况，一张图像即可；但对于抖动情况（包括有无图像防抖功能），则需要十张或更多张图像中最差（最不清晰）的一张。

比较两幅图像的清晰度。图像稳定/清晰度比较功能在某种意义上是MTF 比较功能的推广，后者比较的是两个感兴趣区域（ROI；来自不同图像或同一图像）的清晰度。图像稳定/清晰度比较功能可以生成整幅图像的比较图。

图像稳定/清晰度比较的输入是由SFRplus创建的两到三个JSON文件。

后处理器比较每个功能都允许您比较不同区域和/或图像的清晰度。
MTF比较	用于处理 SFR、SFRplus 和eSFR ISO 图像的后处理器。输入文件为两个分别对应不同区域的 CSV 结果文件。该处理器允许您比较任意两幅图像（或同一幅图像）中任意区域的边缘。它会显示两幅图像的 MTF 以及传递函数 (A/B) 或 (B/A)。
OIS/图像对比图像稳定/ 清晰度对比	仅适用于 SFRplus 的后处理器。输入为两到三个 JSON 结果文件。必须在 SFRplus 设置窗口中启用图像防抖功能。所有文件的区域选择必须相同，但文件大小可以不同。允许您比较区域（大致相同位置）或整幅图像的清晰度。可以比较两个图像文件的清晰度，或使用三个图像文件计算（光学）图像防抖的效果。
批量视图	这款后处理器支持 SFR、SFRplus 和eSFR ISO （主要针对 SFRplus），可批量处理多个文件，并将结果汇总存储在名为“root file _sfrbatch.csv”的文件中，方便您比较结果。它最适用于测量中心、局部、边角以及不同光圈下的加权平均清晰度，但功能非常全面：它可以分析任何图像序列。

为了简洁起见，本页剩余部分我们将把该模块称为图像稳定器。

手术

拍摄照片。光线应均匀且无眩光（参见照明建议）。光照强度很重要，因为它会影响快门速度（在手机相机中）。应记录入射照度和快门速度。相机应安装在至少具有俯仰和偏航运动的防抖平台上。横滚运动是理想的，但平移（x、y 和 z）运动的价值相对较小。至少应拍摄十张（或许二十张或更多）有防抖和无防抖的照片。
选择有无 OIS 功能时拍摄的抖动照片中清晰度最低（最差）的一张。

要快速找到一批图像中最模糊（或最清晰）的图像，可以使用“查找最清晰文件”工具。该工具可以读取一批图像文件，选择感兴趣区域 (ROI)，然后快速对文件进行排序。“查找最清晰文件”工具使用的数值并非标准数值，仅应用于比较一批相似图像。

或者，也可以将一批图像读入 SFRplus，然后在“验证”选择窗口中选择“合并文件进行信号平均”，从而对图像进行平均。

使用SFRplus对两张图像（用于简单的清晰度比较）或三张图像（用于图像防抖）进行测试。图像应具有相同的区域设置。右侧所示的区域（ROI）选择是图像防抖的理想选择：它包含 5 个垂直边缘和 5 个水平边缘（足以显示中心和角落区域的抖动影响，并区分俯仰、偏航和横滚分量）。5 到 13 个区域是比较合适的选择（超过 13 个区域则过度）。也可以使用自定义边缘 ID 文件。

SFRplus 区域选择

请注意区域宽度选择（位于裁剪边界下方）。对于抖动的图像，建议选择“更宽（或最宽）”的“OIS平滑”模式，因为抖动图像的模糊统计特性与标准的类高斯模糊截然不同（由于振动的正弦特性，模糊统计特性会加倍）。

请确保在SFRplus 的“更多设置”窗口（如右图所示）中选中“图像稳定”复选框。这样才能将图像稳定所需的结果保存到JSON摘要文件中。

如果您是从Rescharts （或SFRplus 设置）运行程序，请点击“保存数据” （位于Rescharts窗口底部）。确保在“保存 SFRplus 结果？ ”窗口中选中“JSON 摘要文件” 。请注意 JSON 摘要文件的位置：它们将用作图像稳定功能的输入。

从目标中选择“图像稳定”来运行图像稳定模块。

将会弹出如下所示的窗口。

首次运行图像稳定功能时，底部三个窗口（分别位于“1. 未抖动” 、 “2. 抖动但不启用 OIS” 、 “3. 抖动但启用 OIS ”右侧）将为空。后续运行这些窗口时，它们将显示最近一次运行的文件名，该文件必须是SFRplus生成的JSON输出文件。

请在相应的框中输入 JSON 文件（SFRplus 保存的输出文件）的名称。
如有必要（如果您没有输入新的文件名），请按右侧的“计算”按钮显示结果。

结果如下所示。

图像稳定指标

图像稳定功能的关键目标是计算图像稳定带来的清晰度提升。在进行计算时，需要考虑以下几个因素。

应从计算中去除未抖动图像的模糊，以便比较结果仅显示图像稳定效果。
为了进行有效比较，使用和不使用图像稳定功能拍摄的抖动图像应该能够同样代表抖动的程度。这通常需要从大量图像中选取抖动最严重的图像，如上所述。目前，我们暂且省略更多细节，例如防抖装置的选择以及获得良好统计样本所需的图像数量。

图像稳定功能的主要结果是未抖动图像、未启用光学防抖 (OIS) 的抖动图像以及启用 OIS 的抖动图像的平均边缘质量和调制传递函数 (MTF)。所有其他指标均由此数值推导而来。以下术语表包含理解结果所需的关键定义。

定义

用于定义图像稳定指标的术语表

学期	定义
图像
诺斯	源自未摇晃的图像（无摇晃）
摇	源自未经图像稳定处理的抖动图像
OIS	使用（光学）图像稳定（OIS）技术处理抖动图像
主要结果
平均的边缘	平均边缘扩展函数（MTF）是通过基于 ISO-12233 标准的超分辨率/像素合并算法，从图像边缘导出的。MTF 是平均边缘函数导数的傅里叶变换的模（绝对值），是距离的函数。
MTF	调制传递函数 = 空间频率响应。它是空间频率的函数。
衍生边缘度量（由MTF或平均边缘导出的单个数值）
MTF50	MTF50 是指 MTF 值下降到其低频值 50% 时的空间频率。有多种单位可供选择。周期/像素是最基本的单位，但其他单位也可能非常有用。通常情况下，MTF50(NoS) > MTF50(OIS) > MTF50(Shake)。在某些特殊情况下（例如噪声），此顺序可能会发生变化，需要特别注意。
R1090	平均边缘的 10-90% 上升距离。
R2080	平均边缘上升高度为 20-80%。可能比 R1090 更能抵抗边缘斜坡的影响。
L _MTF L_MTF	与 MTF50 对应的长度（距离），对于表现良好的边缘，通常接近 R1090。L _MTF （像素）= 1/(2*MTF50 (C/P) )。

_{L_MTF}是一个有用但不太常用的指标，需要解释一下。本质上，它是从 MTF 导出的长度（即距离），与 R1090 具有良好的相关性。回想一下，MTF 是傅里叶变换的模（绝对值），这意味着相位信息已被去除。对于抖动图像，边缘可能存在显著的不规则性（不对称、斜坡等），这些不规则性会扭曲 R1090 或 R2080，使其作为模糊度量不再可靠。这些不规则性通常是边缘相位的一部分，对 MTF 的影响有限。下图显示了一个不规则的边缘。

当 MTF 的单位为周期数（例如，周期/像素）时，L _MTF = 1/(2*MTF50)。（当 MTF 的单位为线宽（例如，线宽/像素）时，L _MTF = 1/MTF50。）在下面的显示中，L _MTF = 1/(2*0.0399) = 12.5 像素，恰好接近 R1090。但这种情况并非总是如此。

OIS_SFRplus_抖动_单区域 — 平均边缘轮廓和MTF（针对表现较差的边缘）。
L _MTF = 1/(2*MTF50) = 1/(2*0.0399) = 12.5 像素，接近 R1090。

总结——L _MTF （而不是直接从平均边缘导出的指标，即 R1090 或 R1080）更适合用于计算图像稳定效果，但所有计算结果都将可用。

摇晃和未摇晃的边缘长度

与 NoS、Shake 和 OIS 测量对应的边缘长度（R1090、R2080 和 L_MTF）方程非常简单明了，但是

为了正确测量 OIS 清晰度提升，必须去除未抖动部分的长度。
来自 Shake 和 OIS 边缘长度测量。

实现这一目标有三个方程式。

方法（注：测量是指摇晃测量，无论是否使用 OIS（摇晃，OIS））。	设计- 国家	描述
MTF部门（可能是最准确的）	div	MTF(NoS 移除) = MTF(测量)/MTF(NoS) L(NoS 移除) = 1/(2*MTF(NoS 移除))
简单差（近似值，不太精确。未来可能会从计算中移除。）	S1	L(移除的无样本数量) = L(测量值)-L(无样本数量)
平方长度之差的平方根（近似值，比简单的减法更精确。如果无法使用 MTF，这是最好的方法。）	S2	L(NoS 移除量) = sqrt(L(测量值) ² -L(NoS) ² )

结果评定

令 L（如下 L_Shake 和 L_OIS 中的 L）为边长测量值之一（L_MTF、R1090 或 R2080）。

前缀	边长测量	诺斯移动	增益单位
OIS增益	L_MTF_	div_（仅适用于 L_MTF）	Delta = L_Shake - L_OIS（通常大于0）
	R1090_	S1_	分数 = L_OIS / L_Shake（通常<1）
	R2080_	S2_	百分比 = 100%(1-分数)
			dB = -20 log ₁₀ （分数）

例如，使用 L_MTF 并采用除法去除未抖动模糊后的 OIS 增益（以 dB 为单位）为

OIS_gain_L_MTF_div_dB（这是首选指标，详见下文。）

优选计算

首选的计算方法是使用 L_MTF，并通过 MTF 除法 (div) 去除未抖动的模糊。它比差分法 ((S1) 和 (S2)) 在数学上更抽象，但简单直接且准确（并非近似值）。

MTF(仅抖动) = MTF(抖动)/MTF(无抖动) 是去除抖动图像中未抖动模糊后的等效 MTF（无 OIS）。

MTF(仅 OIS) = MTF(OIS)/MTF(NoS) 是去除未抖动模糊后，抖动图像（使用 OIS）的等效 MTF。

这两个数字推导出的 MTF50 可以用来计算 OIS 增益，但如果 MTF50 的预期顺序（MTF50(NoS) > MTF50(OIS) > MTF50(Shake)）发生改变，则必须小心。

只有当 MTF50(Shake) < MTF50(NoS) 时，MTF50(Shake-only) 才从 MTF(Shake-only) 导出。
否则 MTF50(仅摇动) = MTF50(无摇动)。
L _MTF （仅摇晃）= 1/(2*MTF50（仅摇晃）)。

只有当 MTF50(OIS) < MTF50(NoS) 时，MTF50(OIS-only) 才从 MTF(OIS-only) 推导而来。
否则 MTF50(仅 OIS) = MTF50(无 SIS)。
L _MTF （仅限 OIS）= 1/(2*MTF50（仅限 OIS）)。

使用 L_MTF 计算的 OIS 与无 OIS 情况下的 OIS 增益方程为：

OIS_gain_L_MTF_div_Delta = L _MTF (仅摇晃) - L _MTF (仅 OIS) = MTF50(仅摇晃)/MTF50(仅 OIS) (分数，通常 > 1)

OIS_gain_L_MTF_div_frac = L _MTF (仅 OIS) / L _MTF (仅抖动) = MTF50(仅抖动)/MTF50(仅 OIS) （分数，通常 > 1）

OIS_gain_L_MTF_div_pct = 100%(1-OIS_gain_L_MTF_frac)（百分比，通常大于0）

OIS_gain_L_MTF_div_dB = -20 log10(OIS_gain_frac)（分贝，通常大于0） （如下所示）

结果

提供三种图形显示方式。
第一个显示（如下）是详细的单区域结果。可以选择任意区域（本分析中共有 18 个区域）。

表中显示了未抖动图像、抖动图像（无 OIS）和抖动图像（有 OIS）的 MTF，以及抖动（无 OIS）/抖动（有 OIS）传递函数。该表包含此边缘的所有 OIS 增益结果（源自 L_MTF、R1090 和 R1080；所有未抖动模糊消除算法，以 Delta、分数、百分比和 dB 表示）。

第二个显示区域（如下）包含所选指标的多区域结果。选项如下图所示。多 ROI 和 3D 图表中的平均 OIS 增益可以设置为仅显示垂直方向、仅显示水平方向或同时显示两者（所有边缘）。

OIS_gain_L_MTF_div_dB（首选结果）的多 ROI 图，显示指标下拉菜单。
（目前多 ROI 图和 3D 图仅提供有限数量的指标。）

第三个显示界面是所选指标的 3D 图。

按下“保存数据”按钮即可获得CSV 输出文件。该 CSV 文件包含输入文件的摘要信息以及垂直、水平或 V&H 边缘的摘要结果。以下是 CSV 文件的部分摘录：

输入文件	1
日期运行	2013年1月24日 14:49:02
图像路径	C:ImatestDataSFRplusMiscImage_Stabilizationnovibes.bmp
标题	novibes.bmp
高度 Pxls	1200	宽度 Pxls	1600	地区	18

（对第二个文件和（如果包含的话）第三个文件重复此操作。）

垂直边缘的平均值
	仅摇匀	仅限 OIS	三角洲	分数	%	分贝增益
1. L_MTF_div	14.4877	9.8802	4.6075	0.6812	31.8824	3.3568
2. L_MTF_S1	11.7326	7.4965	4.2361	0.6333	36.6706	4.0072
3. L_MTF_S2	14.8671	10.4262	4.4409	0.7001	29.9929	3.1116
4. R1090_S1	12.4647	7.7476	4.7171	0.6213	37.8658	4.14
5. R1090_S2	15.6516	10.7458	4.9058	0.6875	31.2493	3.2607
6. R2080_S1	8.074	5.1292	2.9448	0.6354	36.4551	3.9865
7. R2080_S2	10.1915	7.1259	3.0657	0.6998	30.0222	3.1304

（水平边缘和 H&V 边缘也需重复此步骤。）

注意：本附录并非图像稳定说明的组成部分，但对于想要了解 Imatest 算法与 CIPA DC-X011 算法有何不同的人来说，本附录可能很有用。

附录：关于 CIPA DC-X011-2012 规范的说明

日本相机影像产品协会 ( CIPA ) 发布了一份规范草案CIPA DC-X011-2012《数码相机图像稳定性能的测量与描述方法（光学方法）》，该规范可能对图像稳定功能用户有一定的参考价值。然而， Imatest 图像稳定模块由于存在一些严重的缺陷，并未严格遵循 CIPA 规范。

Imatest使用 SFRplus 测试图（斜边网格），而 CIPA 使用高对比度（黑白）棋盘格图，黑色方格中心绘有水果静物图像。CIPA 测试图的边缘为垂直和水平直线，最小对比度为 20:1。SFRplus 测试图可以打印成 20:1 的对比度，以满足 ii §4-2-1 的描述，但如果这样做，测试图容易出现图像过曝或饱和现象，从而降低测量精度。我们不建议打印对比度超过 10:1 的 SFRplus 测试图。（我们目前推荐使用 4:1 对比度的 SFRplus 测试图，这与即将修订的 ISO-12233 标准一致。）
DC-X011 标准完全没有提及MTF （调制传递函数），而 MTF 几十年来一直是衡量清晰度的行业标准。相反，它使用 10-90% 上升距离，这是一个不太可靠的指标。应用于这些距离的数学计算（例如，用于消除未抖动造成的模糊）只是近似值，而且并不一致（有时是简单的加减运算，有时是平方和的平方根）。垂直和水平边缘可能会导致采样相位误差（这就是为什么 ISO-12233 标准中使用倾斜边缘的原因：参见“清晰度——它是什么以及如何测量？ ”）。CIPA 标准建议采集过多的图像。例如，它建议在不抖动相机的情况下采集十张图像（§4-4-1），但没有说明如何处理这些图像（最佳情况？最差情况？平均值？）。对于设计合理的倾斜边缘测试卡，只需要一张图像即可。

以下是我在阅读CIPA标准时所做的一些笔记，其中包括标准中使用的晦涩定义词汇表。

由于CIPA文件第3-3节中的一些术语可能对英语使用者来说比较晦涩难懂，而且这些术语对于理解文件的其余部分至关重要，因此我们创建了以下词汇表。模糊的距离单位是：像素或微米。

CIPA DC-X011 术语表

学期	§	定义
(O)IS		（光学）图像稳定
动态模糊程度	3-3-5	摇晃，无光学防抖。
散景	3-3-6	模糊（一般而言）。可能是由于失焦或相机抖动造成的。
散景偏移量	2010年3月3日	模糊度测量是在无抖动的情况下进行的。§4-2-8 似乎暗示，10-90% 的上升距离（对于线性化图像）是关键的模糊或散景指标。
理论运动模糊量	2012年3月3日	模糊度测量是在 IS 关闭的情况下进行的。显然不包括其他模糊因素（例如，无抖动时的模糊），但这一点尚不清楚。
预计综合散景量	2013年3月3日	理论估计模糊量 = sqrt((散景偏移量) ² + (理论运动模糊量) ² )
测量综合散景量	2014年3月3日	开启 IS 功能后测量总模糊度。
参考运动模糊量	2015年3月3日	用于计算图像防抖性能的值。等于估计的综合散景量（防抖关闭）减去散景偏移量。听起来很像理论运动模糊量。如果您感到困惑，请阅读 CIPA DC-X011 规范的 §3-3-15（但这不太可能消除您的疑惑）。
测量的运动模糊量	2016年3月3日	开启 IS 功能后测量的总模糊度 - 不抖动时测量的模糊度。

介绍

手术

图像稳定指标

定义

摇晃和未摇晃的边缘长度

结果评定

优选计算

结果

附录：关于 CIPA DC-X011-2012 规范的说明

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