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介绍
欧洲机器视觉 1288 标准 (EMVA 1288)旨在测试线性图像传感器的几项关键特性，包括线性度、灵敏度（量子效率）、噪声、暗电流、不均匀性和光谱灵敏度。Imatest 2020.2及更高版本执行其中一部分测量，包括平场图像中的时间噪声和空间不均匀性。光响应不均匀性和暗信号不均匀性（分别用PRNU 和 DSNU 表示，PRNU代表明亮图像， DSNU代表暗图像，DSNU 代表“镜头盖已盖上”）等结果可以通过“均匀性”和“均匀性交互式”模块，从批量平场图像中计算得出。
这些测量结果源自EMVA 1288 标准，并具有相似的数值结果，但是： 它们并不完全符合 EMVA 1288 标准，因为方法不同。传感器动态范围测量也旨在提供与 EMVA 1288 标准相当的结果，但同样，它远未达到标准要求。
图像传感器噪声是由多种因素引起的像素级随机变化，包括光子（散粒噪声）、热噪声（约翰逊噪声）、暗电流噪声以及图像传感器中像素的灵敏度和增益的变化，有时也称为固定模式噪声（我们在这里称之为空间不均匀性）。EMVA 标准（§4）中更倾向于使用“不均匀性”。
图像传感器噪声可以分解为两个基本因素。
- 时间噪声，即随图像变化的随机噪声。
- 空间噪声或不均匀性是由像素灵敏度和增益不均匀引起的，这种不均匀性在图像之间是一致的。
测量时间噪声有两种方法。方法一是将两幅在相同条件下采集的图像相减，然后除以√2。方法二需要大量的图像。EMVA计算采用这种方法，因为空间非均匀性也需要多幅图像。
计算时间噪声和非均匀性需要拍摄多张图像。（EMVA §8 建议的最小图像数量为L ≥ 16；100-400 更佳，但Imatest计算只需 4 张图像即可完成（仅适用于测试）。该标准建议拍摄一组亮度图像，其平均像素水平（在未应用伽马校正的线性文件中）为饱和度的 50%（文档中用下标 50 表示；我们更倾向于使用“light”），以及一组暗像素图像（“镜头盖已盖上”；用下标 dark 表示）。
关于 EMVA 1288 方程的说明： Imatest 目前未使用光度单位，例如K = 每个电子的数字值 (DN)； η = 量子效率； μp = 每个像素的平均光子数； μe = 每个像素的平均电子数 ( μe = ημp )。Imatest 的结果仅基于电学测量，因此我们无法完全遵循标准方程。 以下公式代表实际的Imatest计算结果，旨在与标准测量结果等效。我们将尽量遵循 EMVA 1288 的一些符号。μ 代表均值； s代表空间标准差； σ代表时间标准差。 | |
以下方程式的总结： 对于一组L 张拍摄的图像，计算平均图像 <y>： EMVA 线性版本 4.0 (33) 那么， L张包含M行N列的图像中每个像素的平均值为： EMVA 线性版本 4.0 (34) 空间非均匀性s是μ y 的标准差，使得总体空间方差为， 等于平均值。 图像中每个像素的时间噪声方差（功率）为： EMVA 线性版本 4.0 (18) 这个方程的计算可能既缓慢又繁琐，但有一个简便方法，维基百科“方差”页面中有描述。按照维基百科的符号表示，在EMVA表示法中， 然后可以通过减去以下方法校正“测量”的空间方差，以消除时间噪声的残余方差： ： EMVA 线性版本 4.0 (36) 总空间方差可以进一步分解为行空间方差、列空间方差和像素空间方差，这对于表征行与行和列与列之间的不均匀性非常有用： EMVA 线性版本 4.0 (37) 列空间方差由组合图像的平均行计算得出： EMVA 线性版本 4.0 (39) 同样地，行空间方差是通过组合图像的平均列计算得出的。 ， 和使用EMVA 线性版本 4.0 第 4.3 节中定义的方程组求解。
完整的EMVA 1288 光响应不均匀性 ( PRNU 1288 )测量使用一组亮图像（下标 50 或 light）和一组暗图像（下标 dark）。运行图像集后，结果会临时存储在 imatest-v2.ini 文件中。PRNU 1288仅在亮图像和暗图像均可用时才会计算。 其中 <...> 表示对图像取平均值。 仅使用图像的亮集，我们可以定义PRNU亮，它与PRNU 1288非常接近。 暗信号不均匀性 使用相同的方法，也计算了分解后的行、列和像素方差的 PRNU 和 DSNU。 |
方法
拍摄平坦的场景，通常使用高度均匀的光源，例如不闪烁的LED灯箱。对于明亮的图像，如果可以控制曝光，请选择线性图像曝光约为最大值的50%（对于伽马=2.2的色彩空间，这约为最大值的73%）。
在 INI 设置中设置暗图像分类阈值。此功能从 Imatest 24.1 版本开始提供，允许用户手动设置用于区分“亮”图像和“暗”图像的阈值。该阈值基于输入图像的归一化均值，默认值为 0.08。这意味着，所有输入图像的平均数字计数必须小于最大数字计数的 8% 才能被分类为“暗”。在某些情况下，此阈值可能过低，无法按预期对一组输入图像进行分类。要在 .ini 文件中调整此阈值，请在 Imatest 主窗口中找到INI下拉菜单，然后选择“打开 INI 文件” 。
这将使用文本编辑器打开您现有的 .ini 配置文件。如果从默认的 .ini 文件开始，或者您之前没有运行过平坦场分析，则需要手动添加[flatfield]部分和threshold_Lt_Dk_pct_0_1 ，如下所示。
如果您之前运行过平坦场分析，则文件中已存在[flatfield]部分和几个 ini 键，包括threshold_Lt_Dk_pct_0_1 。请在文本编辑器中或使用INI下拉菜单中的INI 文件编辑器工具调整现有threshold_Lt_Dk_pct_0_1字段的值，然后保存更改。现在您可以像往常一样继续进行分析。
对于已保存的图像文件，选择一组L （亮或暗）文件，然后选择平场分析，并选择所需的交互式或自动（批量）选项。
点击“分析”按钮，进入多图像验证阶段。在此窗口中，分析 EMVA1288 时，请务必选择“读取 n >= 4 个文件以检测基于像素的时间噪声” 。选择“是”继续。
此时会弹出一个区域选择窗口。大多数情况下，您需要选择整张图像（或者，如果您分析的是相同大小的图像，则可以使用与上一张图像相同的选择区域）。选择完成后，会出现一个进度条：读取多张图像的速度出奇地快。
要直接采集数据，请使用设备管理器选择采集设备。设备管理器可从“实用工具”菜单或“均匀性交互式设置”窗口打开。选择完成后，按“保存” 。
如果可能，在采集数据之前，应在“设置”下拉菜单中将“信号平均”设置为所需的数值，并勾选“计算图像平方平均” （其功能与上文提到的 EMVA-1288 的“读取 n 个文件...”相同）。（此名称可能会更改。）使用“均匀性交互式”窗口左下角的“采集图像”（读取图像文件）按钮，即可轻松重复数据采集。
在“更多设置”窗口中，应将EMVA 1288设置为“EMVA 1288 计算：盒式滤波器”。5×5 盒式滤波器是一种高通滤波器（详见 §C.5），旨在抑制低频空间变化。
拍摄一张明亮或黑暗的平场图像。 要直接采集数据，请使用设备管理器选择设备。打开“均匀性交互式”程序。在“设置”下拉菜单中，选择“信号平均” ，然后选择要平均的图像数量（必须≥128；建议128），并确保选中“平均时计算图像²” 。然后采集图像。 从已保存的图像文件中，选择一批文件，然后务必在确认窗口中选择“读取 n 个文件以检测基于像素的时间噪声 (N >= 4)”。 在“均匀性”或“均匀性交互式更多设置”窗口中，选择“EMVA 1288 计算”和“盒式滤波器” 。对于“均匀性” ，选择图表。 |
结果
在“显示”下拉窗口中选择的几个图表包含 EMVA 1288 结果。这些图表包括直方图、累积直方图、 V&H 频谱、 PRNU、DSNU 和直方图以及时间噪声图像。
PRNU、DSNU和 Hist包含结果摘要。
在 Flatfield（固定模块）中选择此图时，将省略直方图（在其他图中可用），以便可以看到整个输出。
请注意，PRNU/DSNU 统计数据需要来自明暗两组图像数据。要生成这些统计数据，请选择“读取图像文件”，并对一组暗图像（如果先计算了暗图像，则对一组亮图像）重复分析。为了计算 DSNU/PRNU 统计数据，明暗图像必须具有相同的大小和类型（单色、拜耳原始图像或去马赛克图像）。
当浅色和深色数据都已加载和分析完毕后，PRNU/DSNU 统计信息将显示在结果表中：
还有一些其他结果也很有意思。
标准直方图——参见 EMVA §8.4 图 13。可针对浅色或深色图像进行计算。以下是两个示例，分别展示了未使用和使用盒式滤波器的情况。EMVA 1288（ §C.5）推荐使用盒式滤波器来去除低空间频率的非均匀性。
 不带盒式（低通）滤波器的直方图 |  带盒式（低通）滤波器的直方图 |
累积直方图——见 EMVA 第 8.4 节图 14。我们不确定如何使用它们。不包含 EMVA 所需的结果。
水平和垂直频谱图及剖面图——详见 EMVA 第 8.3 节和 8.4 节，此处合并显示。这些图不包含 EMVA 所需的计算结果。提供多种平滑设置。
时域噪声图像——根据绿色方框（上方）中的公式定义，计算每个像素的时域噪声功率（方差） σ²和均方根电压σ ，即，它们是图像。对于 EMVA 计算中使用的平场图像，时域噪声图像意义不大，但对于测试图图像，它们却非常重要，因为它们展示了图像处理在图像场中的差异。（应用双边滤波时，噪声通常在边缘附近比在平滑区域更大。）更多详情请参见“时域噪声”部分。