图像质量因素（关键性能指标）

清晰度

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清晰度可以说是最重要的图像质量因素：它决定了图像能够传达多少细节。右上角的图像展示了清晰度降低的影响（通过使用设置为 0.7 sigma 的高斯滤波器运行图像处理程序）。

设备或系统的清晰度以空间频率响应 (SFR)来衡量，也称为调制传递函数 (MTF) 。MTF 表示给定空间频率（以周期或线对/距离衡量）相对于低频的对比度。50% MTF 频率与感知清晰度高度相关——远优于以往的分辨率消失测量方法，后者只能指示细节缺失的位置。

清晰度和 MTF 在“清晰度：它是什么以及如何测量？”一节中进行了介绍。

打印或显示图像的清晰度是通过主观质量因子 (SQF) 或锐度来衡量的，它们源自 MTF（人眼的对比度敏感度函数）和观看条件。

Imatest的主要锐度测量方法是使用斜边图案，通过SFR 、斜边 SFR （ Rescharts的一部分）、 SFRplus 、 eSFR ISO 、 SFRreg或棋盘格（后四种方法高度自动化）进行分析。您可以使用 Imatest 测试图表模块购买或打印测试图。有关使用 Imatest测试镜头的简要说明，请参阅“如何使用 Imatest 测试镜头” 。

有几种替代图案可用于测量MTF，这些图案会使相机应用不同程度的锐化和降噪处理。所有这些图案都需要比倾斜边缘更大的测量空间。它们包括：

• 对数频率法使用正弦模式图，其频率呈对数增长。它可用于检验斜边法。该方法更直接，但精度较低。
  
• Log F-Contrast ，非常适合检查降噪造成的细节损失，
• 星图，一种多方向正弦图案，
  
• 随机/枯叶图案用于测量纹理锐度。尺度不变的随机图案可最大限度地减少锐化并最大程度地降低噪声。枯叶图案更能代表典型的图像。
  

MTF测量矩阵对不同的测量方法进行了比较。

许多消费级相机，尤其是那些图像传感器或像素较小的相机（例如移动成像设备和傻瓜相机），其信号处理方式在图像平面上并不统一。锐化处理应用于对比度高的特征（例如边缘），而降噪处理（低通滤波）则应用于非锐化特征区域，且通常强度较高，导致纹理细节丢失。这类相机在倾斜边缘测试中表现良好，但在实际成像中却效果不佳。为了强调这一点，我们展示了一张真实的手机拍摄照片，照片中窗户和瓦片被过度锐化，而松树丛的纹理却完全丢失了。 Imatest 通过两个模块测量纹理清晰度：

• Log F-Contrast ，它将图案对比度与纹理损失联系起来，以及
  
• 随机/枯叶测试图支持两种类型的测试图。尺度不变的随机图案可最大限度地减少锐化并最大程度地降低噪声。枯叶图案则更能代表典型的图像。枯叶图案已引起业界的广泛关注，尤其是来自手机图像质量（CPIQ）小组的关注。Imatest的新型“散落硬币（枯叶）”测试图相比现有测试图具有多项显著优势。
  

噪音

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噪声是图像密度的随机变化，在胶片上表现为颗粒感，在数字图像中表现为像素级变化。它源于图像传感器和放大器内部的基本物理效应——光的粒子特性和热能。

噪声及其测量在摄影图像中的噪声中进行了介绍，并在色彩/色调和 eSFR ISO 噪声中进行了更深入的描述。

噪声可通过多个Imatest模块进行测量。Color /Tone Interactive 、 Color/Tone Auto和Stepchart可提供最详细的结果，但Colorcheck 、 SFR 、 SFRplus 、 eSFR ISO和Flatfield也可测量噪声。ISO 15739 视觉噪声标准利用噪声频谱、人眼视觉系统模型和观察条件来评估噪声的视觉强度。

噪点与像素尺寸密切相关。在像素尺寸至少为 4 微米见方的数码单反相机中，噪点可以非常低。但在配备小型传感器的卡片数码相机和拍照手机中，尤其是在高ISO 感光度或弱光环境下，噪点会变得非常明显。此外，传感器技术和制造质量也会影响噪点。

镜头（光学）畸变

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镜头（光学）畸变是一种像差，它会导致图像边缘附近的直线发生弯曲。这会给建筑摄影和摄影测量（从图像中提取测量数据）带来麻烦。最简单的近似方法是使用三阶方程。其中r_{_u} 为未畸变半径， r_{_d}为畸变半径。根据 k 的符号，畸变可以是“桶形”（如右图所示）或“枕形”。对于复杂的透镜，当五阶近似系数（符号相反。

《失真：方法与模块》是一本优秀的失真入门教材。它列出了数学模型、用于测量失真的模块，并展示了测量结果。

光线衰减（渐晕）和传感器不均匀性

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暗角（渐晕）是指图像边缘附近的亮度降低。使用广角镜头时，暗角现象尤为明显。Flatfield 和Flatfield -Interactive （一种专为直接图像采集而设计的交互式模块）可以测量暗角。

缩小光圈后，光线衰减通常会有所改善。这可以通过软件或图像处理流程轻松校正。Picture Window Pro 、 PTLens和其他一些程序都提供了消除光线衰减的工具。由于适度的光线衰减在画面上可能更美观，因此并不总是建议完全消除它。

Flatfield还可以测量其他传感器不均匀性，包括颜色阴影（不均匀性）、坏点（热像素和死像素）、局部灵敏度变化、斑点（灰尘）和噪声。

瑕疵（可见的传感器缺陷）

瑕疵是指图像中可见的斑点或痕迹，由传感器缺陷或传感器前方的灰尘（通常被拜耳滤镜、抗锯齿滤镜和红外滤镜隔开）引起。它们在制造过程中至关重要。Imatest Master 软件中的“平场瑕疵检测”功能可以测量这些瑕疵。

瑕疵检测功能使用类似于人眼视觉系统对比度敏感度函数的传递函数来过滤图像。因此，当过滤器参数设置正确时，可见瑕疵将被标记出来，而低于可见阈值的瑕疵将被忽略。这可以显著提高生产良率。

Flatfield Blemish Detect还可以测量热像素和死像素，并能执行大多数Flatfield功能。

曝光精度和ISO感光度

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对于可手动调节的相机来说，曝光准确度通常不是大问题，因为可以通过直方图轻松确定，并使用曝光补偿进行修正。但对于全自动相机和几乎没有后期色调调整功能的摄像机来说，曝光准确度可能是一个问题。

可以通过拍摄包含任何灰度图案测试图表的场景，并使用Stepchart （适用于仅限灰度阶梯图的图案，例如 Q-13/Q-14）、 Colorcheck （适用于 X-Rite Colorchecker）、 Color/Tone Interactive或Color/Tone Auto （适用于任何灰度图案的图表）进行分析来测量曝光准确度。

横向色差

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横向色差（LCA），也称为“彩色条纹”，是一种镜头像差，会导致不同颜色的光聚焦在距离图像中心不同的位置。它在图像边缘附近最为明显。有关其详细解释，请参阅“色差”部分。

LCA 测量方法包括SFR 、 SFRplus 、 eSFR ISO 、 SFRreg和棋盘格法，这些方法主要利用图像边界附近的切线边缘。点阵法则使用点阵网格进行符合I3A CPIQ 标准的 LCA 测量。

使用非对称镜头时，包括超广角镜头、真远摄镜头和变焦镜头，LCA 问题最为严重。去马赛克处理对其影响显著。去马赛克处理前，可以通过软件进行完全校正；去马赛克处理后，则只能进行部分校正。Picture Window Pro的校正效果相当不错。未来，Imatest 提供的信息（详细的 LCA 配置文件）或许能够进一步提升校正效果。

镜头眩光（光晕）

眩光是指镜头和光学系统中由于镜头元件与镜头内筒之间的反射而产生的杂散光。它可以预测镜头光晕（图像模糊，导致阴影细节和色彩丢失）以及“鬼影”的严重程度，这些现象可能在视野内或视野附近存在强光源时发生。（它无法详细测量鬼影。）

面纱眩光是通过以下方式测量的：

• 使用标准的柯达 Q-13 或 Q-14 阶梯图，安装在“黑洞”（即在小开口后面衬有黑色的盒子）旁边，安装在一个大的白板上，如“遮蔽眩光”中详细描述的那样。
• 使用ISO 18844 方法 C 的Flatfield或Flatfield Interactive ，以及带有对角线排列的“黑洞”（光陷阱；也有透射版本）的图表，在Veiling glare中也有描述。

只有使用 RAW 格式图像才能可靠地测量眩光，最好使用伽马值 = 1 解码，因为图像处理（尤其是转换为 sRGB 色彩空间）会影响色调响应曲线的“趾部”区域，而该区域对于眩光测量至关重要。必须特别注意区分像素偏移（传感器或相机输出中的最小像素级别——某些视频/电影色彩空间（例如Rec. 709 ）内置于其中）和耀斑光。

镜头光晕是限制相机实际动态范围的主要因素。对比度分辨率图表和模块对于在存在光晕的情况下测量真实动态范围尤为重要。

彩色莫尔条纹（锯齿）

彩色莫尔条纹是指图像中出现高空间频率重复图案（例如织物或栅栏）时产生的彩色条带现象。右侧的示例是佳能 Rebel XT 相机搭配其锐利套机镜头拍摄的衬衫局部细节图。之所以没有使用通常的图像，是因为它不包含能够展现彩色莫尔条纹的重复图案。

彩色摩尔纹是图像传感器中由于混叠（图像能量高于奈奎斯特频率）而产生的伪影，尤其是在使用拜耳彩色滤光片阵列的图像传感器中。关于彩色摩尔纹的详细解释请参见“奈奎斯特频率、混叠和彩色摩尔纹”部分。镜头锐度、传感器的抗混叠（低通）滤波器（会柔化图像）以及去马赛克软件都会影响彩色摩尔纹的出现。通常情况下，使用锐度最高的镜头时，彩色摩尔纹最为明显。

使用eSFR ISO和Wedge模块，通过双曲楔形测量颜色莫尔条纹。Imatest 5.2中新增了一种颜色莫尔条纹度量方法：CIELAB 色度平均值的最大值。测量楔形内部尺寸。

混叠对图像质量的影响可以通过香农信息容量计算来衡量。

聚焦、散焦和距离效应

当镜头失焦或改变物体距离而不改变镜头焦距时，会出现一些重要的现象。测量这些现象需要拍摄多张不同距离（推荐）或不同焦距设置（难以重复实现）下的图像。可以使用多张图像进行测量。

• 景深（DoF）
• 场曲率
• 纵向（轴向）色差，以及
• 镜头焦距（与电动模块化测试台一起使用时，可以设置精确控制的距离步长）。

要进行这些测量，您需要采集多组SFRplus 、 eSFR ISO或棋盘格图像，并使用FocusField后处理器进行处理。以下是结果的动画 GIF。

图像处理伪影：降噪和锐化

软件（尤其是 RAW 转换过程中的操作）可能会导致明显的视觉伪影，包括过度锐化产生的“光晕”和低对比度细节的丢失。这些伪影源于非线性（非均匀）信号处理（之所以这样称呼，是因为它随信号而变化）。图像在边缘等高对比度特征附近可能会被锐化（MTF 增强），而在没有这些特征的地方则会被模糊（低通滤波）。这通常使用双边滤波来实现，可以通过图像处理模块进行模拟。这通常会提高测量性能，但可能会导致感知图像质量下降，例如，即使边缘被强烈锐化，皮肤也会出现类似“塑料”的卡通效果。

这种细节损失可以通过Log F-Contrast模块进行测量，该模块分析左侧所示的图表，该图表横轴表示空间频率，纵轴表示对比度，两者均呈对数变化。Random /Dead Leaves模块也可用于观察和测量伪影：此处展示了一个特别严重的案例。

使用Star模块，通过香农信息容量可以测量几种类型的伪影的影响：混叠（来自去马赛克）、数据压缩和裁剪（饱和）。

数据压缩和传输损耗

数据压缩和传输损耗会对图像质量产生显著影响。左侧图像的右侧部分已保存为低质量 JPEG 格式，可见条带状伪影、低对比度细节丢失以及边缘附近的“波纹”现象。

其中一些损失，特别是低对比度细节的损失，可以使用Log F 对比度和随机/枯叶模块进行分析。

SSIM模块使用两幅图像（一幅处理后的图像和一幅参考图像）对压缩/传输损耗进行详细测量。这两幅图像必须来自同一采集过程，且像素尺寸必须相同。该模块可以使用任意图像，包括多种 Imatest 测试图表的图像，尤其是上文提到的两种图表。图像处理模块也包含 SSIM 计算功能。

信息容量测量采用西门子星形图，还能计算数据压缩对图像质量的影响。该测量通过比较 JPEG 和 JPEG 2000 进行了测试。

打印机的质量因素

注意： Print Test 的许多功能现在由Gamutvision实现。Print Test 已被弃用（无人使用）。

打印 Dmax

Dmax = -log ₁₀ （最小打印反射率）衡量的是打印机/墨水/纸张组合能够再现的最深黑色色调。它是影响打印质量的一个极其重要的因素。Dmax 值低的打印件看起来会显得苍白无力。Dmax = 1.7 对于哑光打印来说是一个不错的数值；2.0 对于光面、半光面和半光泽打印来说是一个不错的数值。据报道，Epson Ultrachrome K3 打印机在使用高级光泽纸时，Dmax 值可以高达 2.3。这非常出色。

Dmax 值通过打印测试测量，同时还要参考打印机的色调响应曲线和下文所述的色彩因素。打印测试需要一台性能良好的平板扫描仪，为了获得最佳精度，最好使用阶梯色卡。

Dmax受打印机、纸张和墨水的影响。响应曲线也受ICC配置文件的影响。打印测试可以帮助选择耗材并诊断打印问题。

打印色域

打印色域是指打印机、墨水和纸张组合能够再现的颜色范围。它是一个重要的质量因素，但其重要性可能被有些夸大了。（这种说法必然会引发争议。）相对不饱和的颜色，例如肤色，往往主导着我们对打印质量的感知。这类颜色必须被准确再现。色域仅影响高饱和度的颜色。整体色彩响应，尤其是对于低饱和度到中等饱和度的颜色而言，比色域更为重要。

通过Print Test测量打印色彩范围和整体色彩响应，以及上述密度因素。

打印色域受打印机、纸张、墨水和工作色彩空间的影响。色彩响应也受ICC配置文件和渲染意图的影响。打印测试可以帮助选择配置文件、软件设置并诊断色彩问题。