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图像质量评估

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在日常生活中,普遍认为图像亮度较高、对比度较高的图像质量较好。然而,在工业界对图像质量的评估标准与日常生活中的认知存在显著差异。欧洲机器学习协会(EMVA)发布的标准EMVA1288则提出了基于敏感性测量的图像质量评估方法。

传感器是相机的关键部分,在其表面布置了大量像素单元。每个像素单元都配备了光电二极管装置,在接收光线时将光能转换为电能并产生电荷信号。这些电荷信号经过电路处理后生成图像信息。量子效率参数衡量了光电元件将光子转化为电子的能力水平,具体表现为光子数量与对应产生的电子数量之比值。当单个光子能够产生更多电子时,则意味着量子效率更高,在这种情况下获取到的图像信息也会更加丰富

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一种配备全画素传感器的单反相机与配备小巧传感器的紧凑型相机进行比较,在理想条件下两者均可拍摄出高质量的照片。然而,在光线不足的情况下,在这种情况下单反相机所拍摄的照片质量显著优于小型相机输出的照片质量。单反相机之所以具备更大的底片或 CCD(成像传感器),因此能够捕获更多光线从而生成更多信息。相比之下,在光线不足的情况下小型相机会自动开启快门以便弥补光线短缺问题;若无快门补偿装置则需依靠增益或 ISO 设置来平衡曝光;在这种操作过程中可能会引入额外噪声。

单反相机 紧凑型相机

简单来说,更大面积的传感器,更好的图像质量。

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除了传感器的面积,传感器表面的像素个数同样对图像质量有很大影响。

对比单反相机与便携式相机,在15,000,000像素的基础上(即相同分辨率下),单反相机镜头镜头片数更多(即镜头面积更大)。当传感器表面布满过多的小孔(pixel)时(即高分辨率),图像会产生大量噪音、对光线敏感度降低以及整体图像质量下降等问题。小孔尺寸同样关键(因为直接影响每个pixel接收光子的能力),它关系着整个成像效果的关键因素之一。

你可以想象时有很多储水装置在收集雨水,在不同区域所获雨水量与其亮度相关。当曝光时间结束时,每个储水装置被赋予一个离散数值用于测量其中水量。

没有收集到水就是0

当水量达到上限时(即满),水量为255;然而,“水刚刚满”与“水溢出”是两个不同的状态,在这两种情况下都使用相同的数值255来表示水量(而导致了信息的缺失)。

这张图像以换取深部区域图像质量为代价牺牲了明部区域的质量。经由较长曝光时间的作用,深部区域成功地收集了足够的光线信息以获得所需的数据量;然而这使得明部区域出现了过载现象。

另一方面,在缩短曝光时间后,在图像中这些区域对应的像素值均为零;然而,在真实场景中这些区域的实际亮度却存在显著差异

这就是为什么单反相机产生更好的图像质量。

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事实上,在较高像素度下能够更精确地记录明亮与阴影细节。相机捕捉明暗细节的能力即为动态范围(Dynamic Range),其中缩写DR代表该参数。通常情况下,在交通监控场景中配备较大的动态范围以确保车牌区及驾驶者所在区域均能清晰可见。

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改写说明

最终输出

单反相机有更高信噪比。它收集了更多的光更少的噪声。

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过去几年里,CMOS传感器的发展速度非常快,在性能和成本方面都实现了显著提升。它不仅更加灵敏而且价格更低。只有当相机制造商更加关注技术细节时,我们才有可能充分挖掘CMOS的技术潜力。

此外,在实际应用中,图像的对比度,也很关键。

总的来说 ,为了获得好的图像质量,你需要考虑以下因素:

拍照的物体

光照

物体和相机的距离

曝光时间

感兴趣的区域

增益

镜头

光圈

亮度

对比度

量子效率

分辨率

信噪比

动态范围

除了参考EMVA1288,你需要在实际场景中测试相机的实际效果。

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