图像统计 — Imatest Documentation

图像统计是一个交互式实用程序，可用于检查图像的多个属性，包括

垂直和水平横截面厚度可调。增加厚度可以减轻噪声的影响。可以绘制像素级或一维傅里叶频谱。
矩形或正方形（吸管）区域的属性，包括矩形位置、R、G、B 和 Y（亮度）通道的平均值、Log ₁₀ （平均值/最大值）、噪声（σ）、非均匀性校正噪声、SNR（信号/噪声）、SNR dB 和平均 L*a*b*（当已输入颜色空间时）。
- 面积大于 250 像素的矩形区域的直方图（主要为亮度通道：可包含 R、G 和 B 通道）。
- 横截面（1D）或大于 80x80 像素的矩形区域（2D）的线性或对数轴的傅里叶频谱。
- 包含空间像素级信息的3D 表面图（ Imatest 5.2+ ）
低于或高于指定值的点分别用蓝色和/或红色表示。
原始图像中各点之间的距离。
EXIF 数据——存储在图像文件中的元数据

图像统计功能适用于任何图像，而不仅仅是测试图表。它有很多实用的应用，例如：

对于颜色/色调设置、颜色/色调自动和阶梯图，您可以确定图像的黑电平（像素）偏移量（添加到像素级别的固定数字）和饱和度级别。
- 应用黑电平偏移后，图像中可能会添加噪声。因此，最小像素电平可能与偏移量不符。直方图峰值是更好的指标。
- 饱和度通常是位深度对应的最大值：8 位（24 位颜色）为 255，16 位（48 位颜色）为 65535，但并非总是如此。我们见过一些 8 位图像，其饱和度在 220-235 左右就达到饱和（像素级不再随色块亮度增加而增加）。

您可以放大或调亮图像，以便查看原本可能忽略的细节。放大图像可以更轻松地选择狭小的矩形区域。它还可以限制横截面显示的范围（以便仅显示感兴趣的区域）。调亮图像不会影响数值结果。支持位深度为 8 位和 16 位的图像。

运行映像统计信息

可以从以下位置打开图像统计信息

实用工具菜单，
您可以从“文件”下拉菜单或右侧控制区域中未用于其他用途时出现的按钮，选择“Rescharts” 、 “颜色/色调设置”或“均匀性交互式”选项。
从“分析”下拉菜单中选择“图像处理” 。如果同时存在输入图像和输出图像，则可以快速切换这两个图像进行比较。

打开图像统计信息会弹出以下窗口。图像下方显示了简要说明。

图像统计信息打开窗口

窗口会显示未裁剪的图像，并保持其原始亮度（除非在之前的运行中更改过）。文件名位于顶部，左侧是控制区域。在执行图像分析之前，您可以执行以下几项操作。

您可以使用“调整大图像大小”下拉菜单（左上角）对图像进行降采样，从而加快运算速度（尤其是横截面分析）。建议选择设置1：不调整大小或2：调整大图像大小 (imresize) 。如果需要分析噪声或频谱，则不建议进行降采样。通常不建议使用设置 3 及更高版本（通过跳过像素来调整大小）。这些设置曾被用于诊断一些异常的去马赛克行为。
您可以通过点击并拖动鼠标来缩放图像。您可以通过点击“全屏视图”（缩小）或双击图像（但双击并非总是有效）来恢复图像原状。这可以更轻松地选择小的矩形区域或限制横截面的范围，例如，您可以观察深阴影中的物体行为。
您可以通过点击左上角的下拉菜单（上方显示“原始图像”）来更改图像外观，例如提亮、增加饱和度、调整色调等等。选项显示在右侧。提亮图像（有多种方法）可以让您看到在暗图像中不可见的阴影细节。更改图像外观不会影响任何数值或图形分析结果。
您可以点击“显示像素 < 或 > 设置级别”面板中的相应设置，将低于设定值的像素显示为蓝色，高于设定值的像素显示为红色。将复选框设置为 0 可实现正常显示。

图像外观选择。它们不会影响数值结果。
当选择除“原始图像”以外的任何图像时，背景将显示为黄色。

下图为放大并提亮后的图像，其中像素值低于 4（满分 255）的像素显示为蓝色，高于 252 的像素显示为红色。在执行横截面、矩形/吸管等操作时，图像缩放比例保持不变。点击“全屏视图”（缩小）即可查看完整图像。

横截面

在“横截面”面板中，按下“X 横截面”或“Y 横截面”按钮即可启用十字线，用于选择水平或垂直横截面。您只需在图像中单击一个点即可选择所需的横截面，该横截面将显示在两条红线之间（如下图所示，垂直线位于图像中心左侧）。在横截面模式下，拖动鼠标无效。单击图像外部的点（但不要单击已激活的按钮或文本）或按 Esc 键可关闭十字线并返回正常模式。请注意，在横截面模式下，大多数按钮将被禁用或隐藏。您需要在按下“X横截面”或“Y 横截面”按钮之前进行设置。（当然，您可以随时更改设置。）

建议在按下横截面按钮之前，先放大图像（相当于裁剪图像）。

图像统计 Y 横截面图，RGBY 级别，Y 强调，放大显示。
该文件的位深度为 16，比位深度为 8 的文件显示更多阴影细节。

通过观察垂直截面图（采用对数y轴），我们能够了解该图表/相机组合在极暗区域的表现，而这在肉眼下很难实现（我们观察到短距离的耀斑光会影响结果）。相对较宽的线条有助于降低深阴影区域的高噪声。

横截面设置横截面选择和绘图有多种选项。

“线宽 (Line W)”下拉菜单允许您选择横截面的宽度。设置值包括 1、3、5、7、9、11、13、15、21 或 25 像素。增加默认值 1 的值可以降低噪声（宽度每增加一倍，噪声降低 3 dB）。通常情况下，应在感兴趣的特征范围内尽可能增大线宽。横截面宽度包含在两条垂直或水平红线之间。
“平滑 (Sm)”下拉菜单允许您选择使用 1、3、5、11 或 15 像素的矩形核进行平滑处理。这可以进一步降低噪声。请注意，平滑处理会在傅里叶频谱中 1/Sm（周期/像素）处产生一个零点：下图显示了当 Sm = 3 时，零点为 0.333 C/P。
“绘图类型”下拉菜单允许您在三个像素横截面图（1-3）和六个一维 (1D) 傅里叶频谱图（4-9；Imatest 2021.2 版本新增）之间进行选择。一维频谱图对于倾斜边缘尤为重要，其导数（图 7-9）对应于边缘扩展函数，如下所示。二维傅里叶频谱图位于“矩形分析”中，如下所示。选择项显示在右侧。
y（纵轴）下拉菜单允许您选择：（1）线性 y 轴，（2）以_{10 为}底的对数 y 轴（未归一化），或（3）以₁₀为底的对数 y 轴（已归一化）。当在“绘图类型”中选择像素横截面图时启用（傅里叶频谱图禁用）。具体选择取决于应用场景：上图的步长为对数（由密度单位定义），因此选择了以₁₀为底的对数 y 轴。

横截面图

（1）绘制 RGBY（等权重）

（2）绘制 RGBY（Y 轴强调）（默认；推荐横截面）

（3）仅绘制 Y（亮度）图。

（4）|傅里叶频谱(Y)|线性（1D）

（5）|傅里叶频谱(Y)|对数-对数(1D)

（6）|傅里叶频谱(Y)|半对数Y（1D）

（7）|傅里叶频谱（Y 导数）|线性（1D）

（8）|傅里叶频谱（Y 导数）|对数-对数（1D）

（9）|傅里叶频谱（Y导数）|半对数Y（1D）

**对上图所示同一图表的 Y 的导数进行一维 FFT 变换：线宽 W = 9；平滑度 Sm = 3**
**该图类似于边缘MTF图，但对噪声更为敏感。Sm = 3 会导致零点位于 0.333 C/P 处。**

矩形/滴管分析

此分析功能允许您检查矩形区域（通过单击并拖动鼠标选择）或方形吸管区域（通过单击鼠标选择，无需拖动）的多个属性。您可以查看基本统计信息，包括均值、噪声（未进行和已进行非均匀性校正）、CIELAB L*a*b* 值等。或者，您可以查看区域的直方图或频谱图。单击图像外部即可关闭矩形/吸管选择功能。矩形和结果将保持可见，直到进行下一次选择。以下是设置说明。

选拔	测量
标准统计	矩形的位置、大小和对角线长度 RGBY 平均值、噪声（校正和未校正）、信噪比、CIELAB Lab* 值。注意：RMS噪声与标准偏差（ σ ）相同。
直方图（Y）全 x 轴直方图（Y）扩展 x 轴直方图（Y轴）+RGB全轴直方图（Y）+RGB 扩展 x 轴	以柱状图形式显示亮度 (Y) 通道的_log10 (出现次数+1) 直方图。最小区域大小 = 250 像素。均值用菱形 ◊（Y 通道）和星号* （R、G 和 B 通道）显示。完整的 x 轴是图像的最小值到最大值（0 到 1、255 或 65535，具体取决于图像来源和位深度）。 “扩展 x 轴”选项使用数据的上下限来确定 x 轴。“+RGB”选项会在直方图中添加 RGB 通道的阶梯图。示例如下。
傅里叶频谱线性（>80x80）傅里叶频谱对数-对数（>80x80）傅里叶频谱符号学（>80x80）	绘制区域的二维傅里叶频谱图，横坐标可以是线性坐标（x轴和y轴），纵坐标可以是对数坐标（x'轴），横坐标可以是半对数坐标（x轴线性，y轴对数）。最小区域尺寸为80x80像素。这对于像“散落的硬币”这样的图案尤为重要，因为这类图案的设计目标是获得1/ f的二维傅里叶频谱。示例如下。
3D曲面图（慢速） 3D曲面图（额外平滑处理）	3D 图，显示像素级别随 x、y 坐标的变化。可旋转。选择新区域前必须先关闭再重新打开。警告：处理大型图像时速度可能非常慢。建议先缩放（裁剪）图像。额外平滑处理速度会稍快一些（但仍然可能较慢）。
二维码（如果显示URL则打开）	2021.2 新增功能：读取二维码或条形码。我们建议您先放大（裁剪）图像，尤其是在图像包含多个二维码或条形码的情况下。如果代码包含网址，则会打开相应的网页。

其他设置包括

吸管大小。设置值分别为 1、3、5、7、9、11、13、15、21 或 25（边长以像素为单位）。
用于计算 CIELAB L*a*b* 值的色彩空间（下拉菜单）。提供最常用的色彩空间：默认为 sRGB（Windows/互联网标准）。

标准统计

直方图

傅里叶变换/频谱

**散落硬币（枯叶）图表的频谱图（对数坐标轴）**
**使用高品质手机摄像头在 900 勒克斯（强光；低噪点）下拍摄。**

图中用一条细黑虚线表示了数据曲线（数据点下三分之一）指数的一阶对数拟合结果。对于这种模式，拟合值与频率成正比^-0.989 。原始图表的设计目标是获得一个尺度不变的 1/f (频率^-1 ) 频谱——与拟合结果非常接近。图像未进行降采样，即“调整大图像大小”选项未勾选，这会影响结果。

该图可让您快速观察任何图像的频谱。

您可以查看各种枯叶图和（Imatest）散币图的高质量图像。我们发现，Imatest散币图的指数非常接近-1，这确保了真正的尺度不变性。其他市售枯叶图的指数则更接近0.9。
一个“平均场景”（如果真有神话般的存在的话*）的指数应该在-1左右。这是设计“枯叶与散落硬币”图表的部分依据（以及尺度不变性）。你可以查看任何场景（或场景的一部分）的光谱来验证这一点。

在科罗拉多州博尔德，很难找到一个“普通”的场景，因为这里的一切都高于平均水平（更不用说人了）。
（向加里森·凯勒致歉。）“高于平均水平”场景的光谱响应从未被研究过。这或许可以成为一个不错的博士论文选题。

三维曲面图（空间分析）

3D 曲面图（ Imatest 5.2+ ）显示所选区域的空间像素信息。要查看此图，请在“矩形分析”按钮正下方的下拉菜单中选择“3D 曲面图（标准或额外平滑）”，然后点击“矩形分析” ，再选择要显示的区域。您可以使用鼠标拖动来旋转该图。由于所选区域通常会被曲面图覆盖，因此会在左侧显示所选区域的副本。要分析不同的区域，请点击左侧的“恢复控制按钮和原始图像”按钮，然后再次点击“矩形分析” 。（这与其他矩形分析略有不同，在其他矩形分析中，您可以直接选择新区域。）

三维曲面图，显示像素级别随位置的变化
对于随机噪声低但量化噪声明显的 8 位（256 级）图像

此图显示了空间信息。在本例中，我们可以清楚地看到有限的数字电平数（0-255）如何影响噪声测量。

其他控制

全屏视图（缩小）恢复原始全图像视图：它会缩小图像（双击通常不起作用）。

数据光标功能允许您在点击图像时显示数据光标。右侧示例展示了此功能。点击数据光标（切换按钮，激活时背景为黄色）即可启用或禁用此功能。右键点击数据光标即可将其移除。

EXIF会在图像下方显示选定的 EXIF 数据（文件中包含的元数据）。要查看完整的 EXIF 数据，请使用“文件”下拉菜单（必须安装并选择Phil Harvey 的 EXIFtool ）。

文件下拉菜单允许您从剪贴板粘贴图像、查看所有 EXIF 数据、保存/显示屏幕或关闭程序。

图片下拉菜单包含多个实用工具。大多数工具的功能都一目了然。我们建议您尝试一下。