|
Flatfield 使用教學（第一部分） | Flatfield 使用教學（第二部分） | Flatfield 互動式教學| 時間噪音 |
介紹
歐洲機器視覺 1288 標準 (EMVA 1288)旨在測試線性影像感測器的幾項關鍵特性，包括線性度、靈敏度（量子效率）、雜訊、暗電流、不均勻性和光譜靈敏度。 Imatest 2020.2及更高版本執行其中一部分測量，包括平場影像中的時間雜訊和空間不均勻性。光響應不均勻性和暗訊號不均勻性（分別以PRNU 和 DSNU 表示，PRNU代表明亮影像， DSNU代表暗影像，DSNU 代表「鏡頭蓋已蓋上」）等結果可以透過「均勻性」和「均勻性互動式」模組，從批量平場影像中計算。
這些測量結果源自EMVA 1288 標準，並具有相似的數值結果，但： 它們並不完全符合 EMVA 1288 標準，因為方法不同。感測器動態範圍測量也旨在提供與 EMVA 1288 標準相當的結果，但同樣，它遠未達到標準要求。
影像感測器雜訊是由多種因素引起的像素級隨機變化，包括光子（散粒雜訊）、熱雜訊（約翰遜雜訊）、暗電流雜訊以及影像感測器中像素的靈敏度和增益的變化，有時也稱為固定模式雜訊（我們在這裡稱之為空間不均勻性）。 EMVA 標準（§4）中更傾向於使用「不均勻性」。
影像感測器雜訊可以分解為兩個基本因素。
- 時間噪聲，即隨影像變化的隨機噪聲。
- 空間雜訊或不均勻性是由像素靈敏度和增益不均勻引起的，這種不均勻性在影像之間是一致的。
測量時間雜訊有兩種方法。方法一是將兩張在相同條件下擷取的影像相減，然後除以√2。方法二需要大量的影像。 EMVA計算採用此方法，因為空間非均勻性也需要多幅影像。
計算時間雜訊和非均勻性需要拍攝多張影像。 （EMVA §8 建議的最小影像數量為L ≥ 16；100-400 更佳，但Imatest計算只需 4 張影像即可完成（僅適用於測試）。此標準建議拍攝一組亮度影像，其平均像素水準（在未應用伽瑪校正的線性檔案中）為飽和度的 50%（文件中以下標 50%表示；我們更傾向於使用「light」），以及一組暗像素影像（「鏡頭蓋已蓋上」；以下標 dark 表示）。
關於 EMVA 1288 方程式的說明： Imatest 目前未使用光度單位，例如K = 每個電子的數字值 (DN)； η = 量子效率； μp = 每個像素的平均光子數； μe = 每個像素的平均電子數 ( μe = ημp )。 Imatest 的結果僅基於電學測量，因此我們無法完全遵循標準方程式。 以下公式代表實際的Imatest計算結果，旨在與標準測量結果等效。我們將盡量遵循 EMVA 1288 的一些符號。 μ 代表平均值； s代表空間標準差； σ代表時間標準差。 | |
以下方程式的總結： 對於一組L 張拍攝的影像，計算平均影像 <y>： EMVA 線性版本 4.0 (33) 那麼， L張包含M行N列的影像中每個像素的平均值為： EMVA 線性版本 4.0 (34) 空間非均勻性s是μ y 的標準差，使得總體空間變異數為， 等於平均值。 影像中每個像素的時間雜訊方差（功率）為： EMVA 線性版本 4.0 (18) 這個方程式的計算可能既緩慢又繁瑣，但有一個簡單方法，維基百科“方差”頁面中有描述。依照維基百科的符號表示，在EMVA表示法中， 然後可以透過減去以下方法校正「測量」的空間方差，以消除時間雜訊的殘餘方差： ： EMVA 線性版本 4.0 (36) 總空間方差可以進一步分解為行空間方差、列空間方差和像素空間方差，這對於表徵行與行和列與列之間的不均勻性非常有用： EMVA 線性版本 4.0 (37) 列空間方差由組合影像的平均行計算得出： EMVA 線性版本 4.0 (39) 同樣地，行空間方差是透過組合影像的平均列計算得出的。 ， 和使用EMVA 線性版本 4.0 第 4.3 節定義的方程組求解。
完整的EMVA 1288 光響應不均勻性 ( PRNU 1288 )測量使用一組亮影像（下標 50 或 light）和一組暗影像（下標 dark）。執行映像集後，結果會暫時儲存在 imatest-v2.ini 檔案中。 PRNU 1288僅在亮影像和暗影像均可用時才會計算。 其中 <...> 表示對影像取平均值。 僅使用影像的亮集，我們可以定義PRNU亮，它與PRNU 1288非常接近。 暗訊號不均勻性 使用相同的方法，也計算了分解後的行、列和像素方差的 PRNU 和 DSNU。 |
方法
拍攝平坦的場景，通常使用高度均勻的光源，例如不閃爍的LED燈箱。對於明亮的影像，如果可以控制曝光，請選擇線性影像曝光約為最大值的50%（對於伽瑪=2.2的色彩空間，這約為最大值的73%）。
在 INI 設定中設定暗影像分類閾值。此功能從 Imatest 24.1 版本開始提供，允許使用者手動設定用於區分「亮」影像和「暗」影像的閾值。此閾值基於輸入影像的歸一化平均值，預設值為 0.08。這意味著，所有輸入影像的平均數字計數必須小於最大數字計數的 8% 才能分類為「暗」。在某些情況下，此閾值可能過低，無法如預期般對一組輸入影像進行分類。若要在 .ini 檔案中調整此閾值，請在 Imatest 主視窗中找到INI下拉式選單，然後選擇「開啟 INI 檔案」 。
這將使用文字編輯器開啟您現有的 .ini 設定檔。如果從預設的 .ini 檔案開始，或者您之前沒有執行過平坦場分析，則需要手動新增[flatfield]部分和threshold_Lt_Dk_pct_0_1 ，如下所示。
如果您之前執行過平坦場分析，則檔案中已存在[flatfield]部分和幾個 ini 鍵，包括threshold_Lt_Dk_pct_0_1 。請在文字編輯器中或使用INI下拉式選單中的INI 檔案編輯器工具調整現有threshold_Lt_Dk_pct_0_1欄位的值，然後儲存變更。現在您可以像往常一樣繼續進行分析。
對於已儲存的影像文件，選擇一組L （亮或暗）文件，然後選擇平場分析，並選擇所需的互動式或自動（批次）選項。
點選「分析」按鈕，進入多影像驗證階段。在此視窗中，分析 EMVA1288 時，請務必選擇「讀取 n >= 4 個檔案以偵測基於像素的時間雜訊」 。選擇“是”繼續。
此時會彈出一個區域選擇視窗。大多數情況下，您需要選擇整張影像（或者，如果您分析的是相同大小的影像，則可以使用與上一張影像相同的選擇區域）。選擇完成後，會出現一個進度條：讀取多張影像的速度出奇地快。
若要直接擷取數據，請使用裝置管理員選擇採集設備。裝置管理員可從「實用工具」選單或「均勻性互動設定」視窗開啟。選擇完成後，按「儲存」 。
如果可能，在擷取資料之前，應在「設定」下拉式選單中將「訊號平均」設定為所需的數值，並勾選「計算影像平方平均」 （其功能與上文提及的 EMVA-1288 的「讀取 n 個檔案...」相同）。 （此名稱可能會更改。）使用「均勻性互動」視窗左下角的「擷取影像」（讀取影像檔案）按鈕，即可輕鬆重複資料擷取。
在「更多設定」視窗中，應將EMVA 1288設定為「EMVA 1288 計算：盒式濾波器」。 5×5 盒式濾波器是一種高通濾波器（詳見 §C.5），旨在抑制低頻空間變化。
拍攝一張明亮或黑暗的平場影像。 若要直接擷取數據，請使用裝置管理員選擇設備。開啟“均勻性互動”程序。在「設定」下拉式選單中，選擇「訊號平均」 ，然後選擇要平均的影像數量（必須≥128；建議128），並確保選取「平均時計算影像²」 。然後採集影像。 從已儲存的影像檔案中，選擇一批文件，然後務必在確認視窗中選擇「讀取 n 個檔案以偵測基於像素的時間雜訊 (N >= 4)」。 在「均勻性」或「均勻性互動更多設定」視窗中，選擇「EMVA 1288 計算」和「盒式濾波器」 。對於「均勻性」 ，選擇圖表。 |
結果
在「顯示」下拉視窗中選擇的幾個圖表包含 EMVA 1288 結果。這些圖表包括直方圖、累積直方圖、 V&H 頻譜、 PRNU、DSNU 和直方圖以及時間雜訊影像。
PRNU、DSNU和 Hist包含結果摘要。
在 Flatfield（固定模組）中選擇此圖時，將省略直方圖（在其他圖中可用），以便可以看到整個輸出。
請注意，PRNU/DSNU 統計資料需要來自明暗兩組影像資料。要產生這些統計數據，請選擇“讀取圖像檔案”，並對一組暗圖像（如果先計算了暗圖像，則對一組亮圖像）重複分析。為了計算 DSNU/PRNU 統計數據，明暗影像必須具有相同的大小和類型（單色、拜耳原始影像或去馬賽克影像）。
當淺色和深色資料都已載入和分析完畢後，PRNU/DSNU 統計資料將顯示在結果表中：
還有一些其他結果也很有意思。
標準直方圖－參見 EMVA §8.4 圖 13。可針對淺色或深色影像進行計算。以下是兩個範例，分別展示了未使用和使用盒式濾波器的情況。 EMVA 1288（ §C.5）建議使用盒式濾波器來去除低空間頻率的非均勻性。
 不含盒式（低通）濾波器的直方圖 |  帶盒式（低通）濾波器的直方圖 |
累積直方圖－見 EMVA 第 8.4 節圖 14。我們不確定如何使用它們。不包含 EMVA 所需的結果。
水平和垂直頻譜圖及剖面圖－詳見 EMVA 第 8.3 節和 8.4 節，此處合併顯示。這些圖表不包含 EMVA 所需的計算結果。提供多種平滑設定。
時域雜訊影像－根據綠色方框（上方）中的公式定義，計算每個像素的時域雜訊功率（方差） σ²和均方根電壓σ ，即，它們是影像。對於 EMVA 計算中使用的平場影像，時域雜訊影像意義不大，但對於測試圖影像，它們非常重要，因為它們顯示了影像處理在影像場中的差異。 （應用雙邊濾波時，雜訊通常在邊緣附近比在平滑區域更大。）更多詳情請參閱「時域雜訊」部分。