杂散光输出 — Imatest Documentation

杂散光（光晕）文档页面

页面内容

本页面概述了 Imatest 杂散光源分析的各种输出结果。

Imatest杂散光分析输出概述

杂散光测量图像
- 归一化（或未归一化）杂散光度量图像FITS文件，其中包含浮点度量图像数据。输入图像中的每个像素都可以进行归一化，以表示一个度量值。本页描述的主要度量是归一化杂散光，它涉及通过光源直接成像的图像级别进行归一化。杂散光度量图像是分析的主要输出结果。
- 彩色映射的杂散光度量图像图
  - 每幅图像的杂散光度量图像均采用颜色映射（保存为图像文件）。这些图像图提供了一种查看杂散光度量图像的简便方法。
  - 显示全套颜色映射杂散光度量图像图动画的电影文件（GIF、AVI、MP4）（注意：Linux 操作系统不支持 MP4 输出）。
- 相应的掩模图像FITS文件，其中包含用于在相关杂散光度量图像中掩蔽光源直接图像的二值掩模图像。
- 注：杂散光度量图像数据和掩模图像也包含在HDF5结果文件中。
汇总分析图
- 杂散光水平图：杂散光度量图像统计量（例如，平均值、最大值、第 75 个百分位数等）绘制为图像索引或光源场角度的函数。
- 杂散光像素计数图：将杂散光度量图像计数（像素数）绘制为图像索引或光源场角度的函数。
杂散光度量图像直方图
- 每幅图像的杂散光度量图像直方图（保存为图像文件）。这些直方图表示杂散光度量图像的数据分布。
- 显示完整杂散光度量图像直方图动画的电影文件（GIF、AVI、MP4）（注意：Linux 操作系统不支持 MP4 输出）。
掩模诊断图
- 用于分析图像掩蔽或参考图像检测的诊断图
标准输出文件（JSON、CSV、HDF5、XML）
- 输出文件格式
  - JSON 编码的文本文件，包含结构化的杂散光分析输入和结果，包括每张图像的统计信息和汇总/多图像统计信息。
  - 包含表格形式的杂散光分析输入和结果的 CSV 文件，包括每张图像的统计信息和汇总/多图像统计信息。
  - HDF5文件包含结构化杂散光分析的输入和结果，以及完整的输入图像数据、输出杂散光度量图像数据和二值掩模图像数据。
  - 包含结构化杂散光分析输入和结果的 XML 编码文本文件，包括单幅图像统计信息和汇总/多幅图像统计信息。
- 有关结果文件的说明，请参阅结果文档页面。
掩码文件
- 包含为图像生成的光源掩模的FITS文件。

归一化杂散光度量图像

杂散光分析的主要输出结果是杂散光度量图像。

杂散光度量图像可以输出为FITS文件和彩色映射图（保存为图像文件）。度量图像FITS文件包含浮点度量图像数据，可用于补充分析。彩色映射度量图像图提供了一种便捷的方式来查看杂散光度量图像。用户还可以访问结构化的HDF5输出文件中的度量图像数据。有关如何解读归一化杂散光度量图像的更多详细信息，请参阅杂散光文档首页。

图 1：归一化杂散光度量图像的彩色映射图。线性图像数据已通过单独的轴上图像中光源直接像的亮度（数字值/像素值）进行归一化。对于轴上参考图像，我们使用了较短的曝光时间，并使用中性密度滤光片衰减光源，使光源的直接像不饱和。我们计算了参考图像中光源直接像内的平均亮度。然后，我们补偿了参考图像和测试图像之间的亮度差异，以计算高于饱和度的理论亮度，作为最终的“补偿”归一化因子。此处，度量图像中的杂散光亮度约为光源直接像亮度的 0.0006% 或更低，尽管饱和杂散光（黄色）的强度可能更大。所用光源的角直径约为 0.5 度（与太阳相似），计算指标为扩展光源抑制比 (ESRR) [1] 。由于光源的直接像并非杂散光，因此会被屏蔽掉。

杂散光度量图像 FITS 文件

灵活图像传输系统 (FITS)是一种专为存储和处理科学图像数据而设计的文件格式。

用户可以选择从 Imatest 杂散光分析中输出杂散光度量图像 FITS 文件。

FITS 度量图像文件包含浮点数据，其值对应于图像中每个像素的计算杂散光度量值。请注意，如果光源被遮罩，这些值将为 NaN（非数字）。希望充分利用杂散光度量图像的用户可以使用 FITS 文件输出进行补充杂散光分析。例如，可以将度量图像 FITS 文件导入用户选择的编程语言进行进一步的数据处理，或者导入到众多现有的FITS查看器应用程序中。FITS 文件格式在天文界广泛使用，并且已经有许多软件工具/应用程序用于分析FITS文件图像数据。这些工具可用于从杂散光度量图像中直观地提取信息，例如，通过调整图像数据的颜色和缩放比例。

图 3：SAOImageDS9 应用程序的屏幕截图。使用 DS9 对杂散光度量图像 FITS 文件进行了处理，采用了对数缩放和“bb”颜色映射，以便更好地显示某些杂散光伪影。

图 4：使用 MATLAB 读取的 FITS 文件绘制的 3D 曲面图，采用对数刻度。FITS 文件可以使用 `fitsread()` 命令读取到 MATLAB 中，并使用`surf()` ` 命令绘制曲面图。在本例中，命令为`surf(log10(im), 'EdgeColor', 'None');`其中 `im` 是从 `fitread()` 命令读取的图像数组。

二元掩模 FITS 文件

用户可以选择输出一个FITS文件，其中包含每个度量图像生成的光源二值掩模。该二值掩模FITS文件是一个 uint8 编码的图像，其中 1 表示被掩模的像素，0 表示未被掩模的像素。

彩色映射的杂散光度量图像图

用户可以选择将 Imatest 杂散光分析生成的彩色映射杂散光指标图像图（保存为图像文件）输出，这些图像图代表了每张待测输入图像的主要分析结果。用户还可以将这些图像图输出为视频（GIF、AVI、MP4 格式），以动画形式展示所有指标图像图。注意：Linux 操作系统不支持 MP4 输出。

彩色映射的杂散光度量图像图提供了一种快速简便的杂散光评估方法，尤其是在以视频形式查看时。想要进一步检查杂散光度量图像的用户可以通过查看相关的度量图像数据（来自相应的 FITS 文件或HDF5输出）和/或利用其他丰富的衍生输出统计数据（例如，来自 JSON 输出或其他图表）来实现。

图 5：由 Imatest 生成的 GIF 动画，展示了一系列归一化的杂散光度量图像（彩色映射图）。数据显示，光源场角 (Fa) 在相机水平全视场 (FOV) 范围内（约为 70 度）进行了 180 度水平扫描，包括远超出视场角的角度。

杂散光水平图

用户可以选择从 Imatest 杂散光分析中输出“杂散光水平图”（保存为图像文件）。

杂散光强度图显示了从度量图像数据中提取的各种统计信息（由用户选择），并以捕获指数或光源场角为函数绘制。这些统计信息可以包括每个度量图像的平均值或最大值，以及度量图像数据的不同百分位数，例如第 75 和第 95 百分位数。这些高级统计信息可用作合格/不合格标准，并且当以光源场角为函数绘制时，它们可以提供有意义的数据摘要或高级分析。绘制的统计信息也以矢量格式包含在标准输出文件（JSON、CSV、 HDF5 、XML）中，以便进行外部绘图或补充分析。

然而，需要注意的是，衍生出的汇总指标永远无法展现全貌，而指标图像本身却可以。例如，一张图像可能产生较差的杂散光汇总指标，但杂散光可能完全表现为朦胧的眩光；而另一张图像可能产生较好的汇总指标，但杂散光却表现为多个明显的重影。哪种杂散光更严重？可能需要对指标图像本身进行额外的主观分析，才能了解这些图像中的杂散光是否对相机系统的应用具有重要意义。

请注意，杂散光强度汇总统计数据可能会受到测量图像饱和度的影响，从而产生误导。例如，考虑两组不同的杂散光源图像。第一组图像的相机曝光时间为 50 毫秒，而第二组图像的相机曝光时间为 200 毫秒。第二组图像会显示更多的杂散光，但同时也会出现更明显的饱和度和光源直射像周围的光晕。图像中这些饱和区域会将平均值等全局统计数据推向饱和度对应的值，但不会超过该值，因此这些统计数据实际上可能低于其应有的值（如果我们能够测量饱和的杂散光）。

图 6：杂散光强度图，显示了度量图像数据的全局平均值和第 75 百分位数，并以光源视场角为函数绘制。请注意，不同的汇总指标可以反映不同的数据信息，甚至在汇总数据方面可能具有误导性。此处，度量图像数据的平均值显示视场左侧的强度较高，而第 75 百分位数则显示视场右侧的强度较高。此外，在相机视场边缘附近也存在跳跃现象（）。请注意，此处使用负视场角来描述图像视场的左侧。绘制的数据与上方的彩色映射度量图像 GIF（图 5）相对应。

散乱像素计数图

用户可以选择从 Imatest 杂散光分析中输出“杂散光像素计数图”（保存为图像文件）。

杂散光像素计数图显示了图像中对应于特定杂散光水平或特征的像素数量。这包括高于选定阈值（例如，杂散光水平大于或等于 0.002 的像素数量）的像素数量，以及图像中的总像素数和被掩蔽的像素数。与水平统计类似，这些像素计数可以作为合格/不合格的判断标准，并且当绘制为光源场角的函数时，它们可以提供有意义的摘要或对数据的高级洞察。杂散光像素计数图与杂散光直方图相关，因为它们都可以用来描述图像中杂散光数据的分布。绘制的统计信息也以矢量格式包含在标准输出文件（JSON、CSV、 HDF5 、XML）中，以便进行外部绘图或补充分析。

请注意，像素计数统计/图表比色阶统计/图表更不容易受到饱和度的影响。例如，虽然度量图像的全局平均色阶会受到饱和度的影响（饱和度会使平均值低于在饱和度以上测量时的平均值），但“大于或等于 0.002 的杂散光像素数”与度量图像中是否存在饱和像素无关。

图 7：杂散光像素计数图，显示了度量图像中像素数（大于或等于三个不同阈值）随光源场角的变化。Y 轴代表像素数，采用对数刻度，使每个阈值处于相似的视觉尺度上。图中，每个阈值对应的杂散光像素数（大于相应阈值）在图像场的左侧较多，在图像场的中右侧略有增加。请注意，此处使用负场角来描述图像场的左侧。图中数据与上方的彩色映射度量图像 GIF（图 5）相对应。

杂散光度量图像直方图

用户可以选择从 Imatest 杂散光分析中输出杂散光指标图像直方图（保存为图像文件），该直方图表示杂散光指标图像数据中指标（例如 PSRR）的分布。用户还可以将相同的直方图输出为视频（GIF、AVI、MP4），以动画形式显示完整的指标图像直方图集。注意：Linux 操作系统不支持 MP4 输出。

度量图像直方图可以提供有意义的高层次数据洞察。例如，通过比较各个直方图，用户可以识别哪些图像或光源角度会导致杂散光分布异常。直方图还可以用于确定合适的“阈值”，这些阈值可以绘制在杂散光像素计数图上。

图 8：一系列杂散光度量图像直方图的 GIF 动画，对应 180 张图像。每个直方图帧显示了相应度量图像数据中归一化杂散光的分布。标题显示了光源的视场角 (Fa)。当光源位于相机视场角之外时，杂散光水平最低。图中数据与上方的彩色映射度量图像 GIF 动画（图 5）相对应。

掩模诊断图

掩模诊断图提供了一种帮助理解掩模（源检测）过程的方法。它们在用于生成掩模的单通道图像上显示了被掩模像素的轮廓。

掩码元数据

除了掩模的视觉指示外，诊断图中还会显示有关所生成掩模的元数据。文本颜色与掩模数据类型相对应。白色文本为通用文本，不指代任何特定的掩模类型。

角落	诊断信息	内容
左上	口罩信息	所用掩膜类型的信息。
右上角	作物信息	诊断试验地所用作物的相关信息。
左下角	掩码参数	如果创建了掩码，则会显示像素数。如果没有创建掩码，则会显示相应的消息。在某些情况下可能会显示其他参数（前提是已创建掩码）。
右下角	图像级别	用于计算掩码的通道名称（例如，均值、亮度）显示图像在不同区域（全图、缩放区域）的统计信息（最小值、最大值）。如果检测到掩膜，还会显示被掩膜像素的统计信息。

某些掩码数据类型可能提供特定于该掩码方法的附加信息。

	额外信息
掩码数据类型	左上	左下角	笔记）
几何校准 + 圆		圆形掩模的中心和半径。	掩模中心位于 IEEE P2020 [2] IV 型图像坐标系中。
图像处理		用于创建掩码的数字阈值。图像处理掩蔽算法的退出条件。
图像处理 + 圆		图像处理信息。圆形掩模的中心和半径。	掩模中心位于 IEEE P2020 [2] IV 型图像坐标系中。
手动圆圈		圆形掩模的中心和半径。	掩模中心位于 IEEE P2020 [2] IV 型图像坐标系中。
没有任何
错误	所尝试的方法。	遇到的错误。

调试指南

掩码数据类型	指导
几何校准 + 圆	检查掩码中心是否合理。取反角度可能有所帮助。
图像处理	检查退出条件，了解图像处理掩蔽算法在何处停止。确认阈值是否适合图像数据和设置。
图像处理 + 圆	检查图像处理诊断信息。
手动圆圈	确认掩模中心位置准确。
没有任何
错误	请查看错误信息。如需更多帮助，请联系[email protected] 。

示例

标准输出文件（JSON、CSV、HDF5、XML）

用户可以输出多个标准输出文件（JSON、CSV、HDF5、XML），其中包含结构化的杂散光分析输入和结果，包括单幅图像统计信息和汇总/多幅图像统计信息。有关结果文件的说明，请参阅结果文档页面。

HDF5文件 (.h5) 包含完整的输入图像数据、输出度量图像数据和二值掩模图像数据，以及与 JSON 和 CSV 文件相同的输出内容。分层数据格式 (HDF) 是一组用于存储和组织大量数据的文件格式（包括HDF5 ）。例如， NASA 使用 HDF 格式存储其地球观测任务数据。从 Imatest 22.2 版本开始，用户可以选择访问HDF5标准输出文件中的所有杂散光数据，以便进行外部分析和/或数据分发。HDF5文件可以使用外部应用程序读取，也可以使用大多数编程语言以编程方式读取。

图 11：免费应用程序HDFView的屏幕截图。可以使用左侧面板浏览杂散光输出结构。此处打开了一张杂散光度量图像，该图像可从输出结构中访问，供用户查看。

图 12：Imatest 杂散光分析 JSON 标准输出文件片段的屏幕截图。该片段显示了给定归一化杂散光指标图像通道的各种统计数据，包括用户选择的统计数据。

参考

B. Bouce 等人，《GUERAP II 用户指南》， Perkin-Elmer 公司，1974 年。↩
IEEE汽车系统图像质量标准，IEEE Std 2020-2024，2024， doi：10.1109/IEEESTD.2024.10935839。↩ ^a ↩ ^b ↩ ^c