雜訊光輸出 — Imatest Documentation

雜散光（光暈）文件頁面

頁面內容

本頁面概述了 Imatest 雜散光源分析的各種輸出結果。

Imatest雜散光分析輸出概述

雜散光測量影像
- 歸一化（或未歸一化）雜散光度量影像FITS文件，其中包含浮點度量影像資料。輸入影像中的每個像素都可以進行歸一化，以表示一個度量值。本頁描述的主要度量是歸一化雜散光，它涉及透過光源直接成像的影像層級進行歸一化。雜散光度量影像是分析的主要輸出結果。
- 彩色映射的雜散光度量影像圖
  - 每個影像的雜散光度量影像均採用色彩映射（儲存為影像檔案）。這些影像圖提供了一種查看雜散光度量影像的簡單方法。
  - 顯示全套顏色映射雜散光度量影像圖動畫的影片檔案（GIF、AVI、MP4）（注意：Linux 作業系統不支援 MP4 輸出）。
- 對應的掩模影像FITS文件，其中包含用於在相關雜散光度量影像中掩蔽光源直接影像的二值掩模影像。
- 注意：雜散光度量影像資料和遮罩影像也包含在HDF5結果檔中。
總結分析圖
- 雜散光水平圖：雜散光度量影像統計量（例如，平均值、最大值、第 75 個百分位數等）繪製為影像索引或光源場角度的函數。
- 雜散光像素計數圖：將雜散光度量影像計數（像素數）繪製為影像索引或光源場角度的函數。
雜散光度量影像直方圖
- 每個影像的雜散光度量影像直方圖（儲存為影像檔案）。這些直方圖表示雜散光度量影像的資料分佈。
- 顯示完整雜散光度量影像直方圖動畫的影片檔案（GIF、AVI、MP4）（注意：Linux 作業系統不支援 MP4 輸出）。
掩模診斷圖
- 用於分析影像遮蔽或參考影像檢測的診斷圖
標準輸出檔（JSON、CSV、HDF5、XML）
- 輸出文件格式
  - JSON 編碼的文字文件，包含結構化的雜散光分析輸入和結果，包括每張圖像的統計資訊和匯總/多圖像統計資訊。
  - 包含表格形式的雜散光分析輸入和結果的 CSV 文件，包括每張影像的統計資訊和匯總/多影像統計資訊。
  - HDF5檔案包含結構化雜散光分析的輸入和結果，以及完整的輸入影像資料、輸出雜散光度量影像資料和二值遮罩影像資料。
  - 包含結構化雜散光分析輸入和結果的 XML 編碼文字文件，包括單幅影像統計資訊和匯總/多幅影像統計資訊。
- 有關結果文件的說明，請參閱結果文件頁面。
遮罩文件
- 包含為影像產生的光源遮罩的FITS檔。

歸一化雜散光度量影像

雜散光分析的主要輸出結果是雜散光度量影像。

雜散光度量影像可以輸出為FITS檔案和彩色映射圖（儲存為影像檔案）。度量影像FITS檔案包含浮點度量影像數據，可用於補充分析。彩色映射度量影像圖提供了一種便捷的方式來查看雜散光度量影像。使用者還可以存取結構化的HDF5輸出檔案中的度量影像資料。有關如何解讀歸一化雜散光度量圖像的更多詳細信息，請參閱雜散光文檔首頁。

圖 1：歸一化雜散光度量影像的彩色映射圖。線性影像資料已透過單獨的軸上影像中光源直接像的亮度（數字值/像素值）進行歸一化。對於軸上參考影像，我們使用了較短的曝光時間，並使用中性密度濾鏡衰減光源，使光源的直接像不飽和。我們計算了參考影像中光源直接像內的平均亮度。然後，我們補償了參考影像和測試影像之間的亮度差異，以計算高於飽和度的理論亮度，作為最終的「補償」歸一化因子。此處，度量影像中的雜散光亮度約為光源直接像亮度的 0.0006% 或更低，儘管飽和雜散光（黃色）的強度可能更大。所用光源的角直徑約為 0.5 度（與太陽相似），計算指標為擴展光源抑制比 (ESRR) [1] 。由於光源的直接像並非雜散光，因此會被屏蔽掉。

雜散光度量影像 FITS 文件

靈活影像傳輸系統 (FITS)是一種專為儲存和處理科學影像資料而設計的檔案格式。

使用者可以選擇從 Imatest 雜散光分析中輸出雜散光度量影像 FITS 檔案。

FITS 度量影像檔案包含浮點數據，其值對應於影像中每個像素的計算雜散光度量值。請注意，如果光源被遮罩，這些值將為 NaN（非數字）。希望充分利用雜散光度量影像的使用者可以使用 FITS 檔案輸出進行補充雜散光分析。例如，可以將度量圖像 FITS 檔案匯入使用者選擇的程式語言進行進一步的資料處理，或匯入到眾多現有的FITS檢視器應用程式中。 FITS 檔案格式在天文界廣泛使用，並且已經有許多軟體工具/應用程式用於分析FITS檔案影像資料。這些工具可用於從雜散光度量影像中直觀地提取訊息，例如，透過調整影像資料的顏色和縮放比例。

圖 3：SAOImageDS9 應用程式的螢幕截圖。使用 DS9 對雜散光度量影像 FITS 檔案進行了處理，採用了對數縮放和「bb」顏色映射，以便更好地顯示某些雜散光偽影。

圖 4：使用 MATLAB 讀取的 FITS 檔案繪製的 3D 曲面圖，採用對數刻度。 FITS 檔案可以使用 `fitsread()` 指令讀取到 MATLAB 中，並使用`surf()` ` 指令繪製曲面圖。在本例中，指令為`surf(log10(im), 'EdgeColor', 'None');`其中 `im` 是從 `fitread()` 指令讀取的影像陣列。

二元掩模 FITS 文件

使用者可以選擇輸出一個FITS文件，其中包含每個度量影像產生的光源二值遮罩。此二值掩模FITS檔案是一個 uint8 編碼的影像，其中 1 表示被遮罩的像素，0 表示未被遮罩的像素。

彩色映射的雜散光度量影像圖

使用者可以選擇將 Imatest 雜散光分析產生的彩色映射雜散光指標影像圖（儲存為影像檔案）輸出，這些影像圖代表了每張待測輸入影像的主要分析結果。使用者還可以將這些圖像圖輸出為影片（GIF、AVI、MP4 格式），以動畫形式展示所有指標圖像圖。注意：Linux 作業系統不支援 MP4 輸出。

彩色映射的雜散光度量影像圖提供了一種快速簡便的雜散光評估方法，尤其是在以視訊形式查看時。想要進一步檢查雜散光度量影像的使用者可以透過查看相關的度量影像資料（來自對應的 FITS 檔案或HDF5輸出）和/或利用其他豐富的衍生輸出統計資料（例如，來自 JSON 輸出或其他圖表）來實現。

圖 5：由 Imatest 產生的 GIF 動畫，展示了一系列歸一化的雜散光度量影像（彩色映射圖）。數據顯示，光源場角 (Fa) 在相機水平全視野 (FOV) 範圍內（約為 70 度）進行了 180 度水平掃描，包括遠超出視場角的角度。

雜散光水平圖

使用者可以選擇從 Imatest 雜散光分析中輸出「雜散光水平圖」（儲存為影像檔案）。

雜散光強度圖顯示了從度量影像資料中提取的各種統計資料（由使用者選擇），並以捕獲指數或光源場角為函數繪製。這些統計資料可以包括每個測量影像的平均值或最大值，以及測量影像資料的不同百分位數，例如第 75 和第 95 個百分位數。這些高級統計資料可用作合格/不合格標準，並且當以光源場角為函數繪製時，它們可以提供有意義的數據摘要或高級分析。繪製的統計資料也以向量格式包含在標準輸出檔案（JSON、CSV、 HDF5 、XML）中，以便進行外部繪圖或補充分析。

然而，需要注意的是，衍生出的匯總指標永遠無法展現全貌，而指標圖像本身卻可以。例如，一張影像可能產生較差的雜散光匯總指標，但雜散光可能完全表現為朦朧的眩光；而另一張影像可能產生較好的總和指標，但雜散光卻表現為多個明顯的重影。哪種雜散光比較嚴重？可能需要對指標影像本身進行額外的主觀分析，才能了解這些影像中的雜散光是否對相機系統的應用具有重要意義。

請注意，雜散光強度總合統計數據可能會受到測量影像飽和度的影響，從而產生誤導。例如，考慮兩組不同的雜散光源影像。第一組影像的相機曝光時間為 50 毫秒，而第二組影像的相機曝光時間為 200 毫秒。第二組影像會顯示更多的雜散光，但同時也會出現更明顯的飽和度和光源直射像周圍的光暈。影像中這些飽和區域會將平均值等全局統計資料推向飽和度對應的值，但不會超過該值，因此這些統計數據實際上可能低於其應有的值（如果我們能夠測量飽和的雜散光）。

圖 6：雜散光強度圖，顯示了度量影像資料的全局平均值和第 75 個百分位數，並以光源視場角為函數繪製。請注意，不同的匯總指標可以反映不同的數據信息，甚至在匯總數據方面可能具有誤導性。此處，度量影像資料的平均值顯示視場左側的強度較高，而第 75 個百分位數則顯示視場右側的強度較高。此外，在相機視野邊緣附近也存在跳躍現象（）。請注意，此處使用負視場角來描述影像視場的左側。繪製的資料與上方的彩色映射度量影像 GIF（圖 5）相對應。

散亂像素計數圖

使用者可以選擇從 Imatest 雜散光分析中輸出「雜散光像素計數圖」（儲存為影像檔案）。

雜散光像素計數圖顯示了影像中對應於特定雜散光水平或特徵的像素數量。這包括高於選定閾值（例如，雜散光水平大於或等於 0.002 的像素數量）的像素數量，以及圖像中的總像素數和被遮蔽的像素數。與水平統計類似，這些像素計數可以作為合格/不合格的判斷標準，並且當繪製為光源場角的函數時，它們可以提供有意義的摘要或對數據的高級洞察。雜散光像素計數圖與雜散光直方圖相關，因為它們都可以用來描述影像中雜散光資料的分佈。繪製的統計資料也以向量格式包含在標準輸出檔案（JSON、CSV、 HDF5 、XML）中，以便進行外部繪圖或補充分析。

請注意，像素計數統計/圖表比色階統計/圖表更不容易受到飽和度的影響。例如，雖然度量影像的全域平均色階會受到飽和度的影響（飽和度會使平均值低於在飽和度以上測量時的平均值），但「大於或等於 0.002 的雜散光像素數」與度量影像中是否存在飽和像素無關。

圖 7：雜散光像素計數圖，顯示了度量影像中像素數（大於或等於三個不同閾值）隨光源場角的變化。 Y 軸代表像素數，採用對數刻度，使每個閾值處於相似的視覺尺度上。圖中，每個閾值對應的雜散光像素數（大於對應閾值）在影像場的左側較多，在影像場的中右側略有增加。請注意，此處使用負場角來描述影像場的左側。圖中資料與上方的彩色映射度量影像 GIF（圖 5）相對應。

雜散光度量影像直方圖

使用者可以選擇從 Imatest 雜散光分析中輸出雜散光指標影像直方圖（儲存為影像檔案），該直方圖表示雜散光指標影像資料中指標（例如 PSRR）的分佈。使用者還可以將相同的直方圖輸出為影片（GIF、AVI、MP4），以動畫形式顯示完整的指標圖像直方圖集。注意：Linux 作業系統不支援 MP4 輸出。

度量圖像直方圖可以提供有意義的高層次資料洞察。例如，透過比較各個直方圖，使用者可以識別哪些影像或光源角度會導致雜散光分佈異常。直方圖也可以用於確定合適的“閾值”，這些閾值可以繪製在雜散光像素計數圖上。

圖 8：一系列雜散光度量影像直方圖的 GIF 動畫，對應 180 張影像。每個直方圖幀顯示了相應度量影像資料中歸一化雜散光的分佈。標題顯示了光源的視野角 (Fa)。當光源位於相機視場角之外時，雜散光水平最低。圖中資料與上方的彩色映射度量影像 GIF 動畫（圖 5）相對應。

掩模診斷圖

掩模診斷圖提供了一種幫助理解掩模（源檢測）過程的方法。它們在用於生成光罩的單通道影像上顯示了被遮罩像素的輪廓。

遮罩元數據

除了光罩的視覺指示外，診斷圖中還會顯示有關所產生光罩的元資料。文字顏色與掩模資料類型相對應。白色文本為通用文本，不指任何特定的掩模類型。

角落	診斷訊息	內容
左上	口罩訊息	所用掩膜類型的信息。
右上角	作物資訊	診斷試驗地所用作物的相關資訊。
左下角	遮罩參數	如果建立了掩碼，則會顯示像素數。如果沒有建立掩碼，則會顯示相應的訊息。在某些情況下可能會顯示其他參數（前提是已建立遮罩）。
右下角	影像等級	用於計算遮罩的通道名稱（例如，平均值、亮度）顯示影像在不同區域（全圖、縮放區域）的統計資訊（最小值、最大值）。如果偵測到遮罩，也會顯示被遮罩像素的統計資訊。

某些遮罩資料類型可能提供特定於該遮罩方法的附加資訊。

	額外資訊
掩碼資料類型	左上	左下角	筆記）
幾何校準 + 圓		圓形掩模的中心和半徑。	掩模中心位於 IEEE P2020 [2] IV 型影像座標系中。
影像處理		用於建立遮罩的數字閾值。影像處理掩蔽演算法的退出條件。
影像處理 + 圓		影像處理資訊。圓形掩模的中心和半徑。	掩模中心位於 IEEE P2020 [2] IV 型影像座標系中。
手動圓圈		圓形掩模的中心和半徑。	掩模中心位於 IEEE P2020 [2] IV 型影像座標系中。
沒有任何
錯誤	所嘗試的方法。	遇到的錯誤。

調試指南

掩碼資料類型	指導
幾何校準 + 圓	檢查遮罩中心是否合理。取反角度可能會有所幫助。
影像處理	檢查退出條件，以了解影像處理掩蔽演算法在何處停止。確認閾值是否適合影像資料和設定。
影像處理 + 圓	檢查影像處理診斷資訊。
手動圓圈	確認掩模中心位置準確。
沒有任何
錯誤	查看錯誤訊息。如需更多協助，請聯絡[email protected] 。

範例

標準輸出檔（JSON、CSV、HDF5、XML）

使用者可以輸出多個標準輸出檔案（JSON、CSV、HDF5、XML），其中包含結構化的雜散光分析輸入和結果，包括單幅影像統計資訊和匯總/多幅影像統計資訊。有關結果文件的說明，請參閱結果文件頁面。

HDF5檔案 (.h5) 包含完整的輸入影像資料、輸出度量影像資料和二值遮罩影像數據，以及與 JSON 和 CSV 檔案相同的輸出內容。分層資料格式 (HDF) 是一組用於儲存和組織大量資料的檔案格式（包括HDF5 ）。例如， NASA 使用 HDF 格式儲存其地球觀測任務資料。從 Imatest 22.2 版本開始，使用者可以選擇存取HDF5標準輸出檔案中的所有雜散光數據，以便進行外部分析和/或資料分發。 HDF5檔案可以使用外部應用程式讀取，也可以使用大多數程式語言以程式設計方式讀取。

圖 11：免費應用程式HDFView的螢幕截圖。可使用左側面板瀏覽雜散光輸出結構。此處開啟了雜散光度量影像，該影像可從輸出結構中訪問，供使用者查看。

圖 12：Imatest 雜散光分析 JSON 標準輸出檔案片段的螢幕截圖。此片段顯示了給定歸一化雜散光指標影像通道的各種統計數據，包括使用者選擇的統計數據。

參考

B. Bouce 等人，《GUERAP II 使用者指南》， Perkin-Elmer 公司，1974 年。 ↩
IEEE汽車系統影像品質標準，IEEE Std 2020-2024，2024， doi：10.1109/IEEESTD.2024.10935839。 ↩ ^a ↩ ^b ↩ ^c