相機(jī)圖像質(zhì)量的分類及應(yīng)用

對(duì)很多剛?cè)胄凶鯿amera tuning的小伙伴來(lái)說(shuō)，可能對(duì)圖像質(zhì)量還不是很了解，包括我自己剛開(kāi)始接觸這一行的時(shí)候也是一樣，不清楚ISP是什么，為什么要調(diào)它，影響畫(huà)質(zhì)的因素又有哪些，哪些是ISP能調(diào)的，哪些又不能調(diào)的，所以本文主要是從概念上簡(jiǎn)單介紹下圖像質(zhì)量，包括成像產(chǎn)品的分類、不同成像產(chǎn)品圖像質(zhì)量的要求、以及成像系統(tǒng)的介紹，希望對(duì)剛?cè)胄械男』锇槟苡兴鶐椭?，可以加深一下?duì)圖像質(zhì)量的理解。

1、成像產(chǎn)品的分類

2、圖像質(zhì)量分類

審美型 （ 人眼評(píng)判 ）：

no artefacts! color，noise，detail，focus speed、etc 信息型（ 機(jī)器識(shí)別、檢測(cè) ）： fast，no information lost，visibility，certain level tolerace to artefacts、etc

根據(jù)圖像質(zhì)量需求的成像產(chǎn)品分類：

3、成像產(chǎn)品的圖像質(zhì)量要求

審美類成像產(chǎn)品的圖像質(zhì)量要求

單反相機(jī) -- 真實(shí)的還原現(xiàn)實(shí)世界，需要遵循一定的客觀成像標(biāo)準(zhǔn)CIPA，ISO，如有藝術(shù)創(chuàng)作的需要可以用PS等軟件對(duì)照片進(jìn)行后處理；

手機(jī)相機(jī) -- 偏向于人眼視覺(jué)，對(duì)人/人臉的拍攝有一定要求；

無(wú)人機(jī)/ 運(yùn)動(dòng)相機(jī) -- 視頻的穩(wěn)定性（防抖、不允許畫(huà)面突變），對(duì)人/人臉的拍攝有一定要求；

監(jiān)控相機(jī) -- 低照度噪聲（時(shí)域，空域）、HDR、高銳度、對(duì)人/人臉的拍攝有一定要求；

信息類成像產(chǎn)品的圖像質(zhì)量要求

機(jī)器視覺(jué)相機(jī) -- 人/人臉、 高感光度；

Home Camera -- 家用相機(jī)，和監(jiān)控相機(jī)類似，對(duì)人臉識(shí)別有一定要求；

車載相機(jī) -- 高動(dòng)態(tài)范圍、高感光度、高幀率、motion artefacts、stitching artifacts、滿足一定的人眼視覺(jué)（有前視/后視的攝像頭是人眼來(lái)看的）；

4、成像系統(tǒng)組成

要理解圖像質(zhì)量，就必須要了解整個(gè)成像系統(tǒng)的組成，搞清楚整個(gè)成像系統(tǒng)中有哪些模塊會(huì)影響圖像質(zhì)量，如上以成像過(guò)程來(lái)描述，

光源（包含人造光、自然光、閃光燈）照到物體上，光線反射進(jìn)入成像系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)鏡頭（對(duì)于變焦鏡頭有驅(qū)動(dòng)馬達(dá)調(diào)整鏡片位置，實(shí)現(xiàn)變焦）、光圈、濾光片、快門到達(dá)Sensor上成像，

接著出來(lái)數(shù)字信號(hào)傳到ISP進(jìn)行圖像處理，ISP輸出YUV格式的數(shù)據(jù)，用于顯示或者經(jīng)過(guò)編碼后進(jìn)行存儲(chǔ)，又或者用于機(jī)器視覺(jué)；所以影響圖像質(zhì)量的因素有很多，包括光源、鏡頭、濾光片、Sensor、ISP、顯示器的顯示、編碼 ........

理解一下就是光源、鏡頭、光圈、濾光片、快門、Sensor構(gòu)成了一個(gè)完整的光學(xué)成像系統(tǒng)，但由于光學(xué)和半導(dǎo)體的缺陷與局限會(huì)導(dǎo)致成像的一系列問(wèn)題，

就需要經(jīng)過(guò)ISP，用數(shù)字信號(hào)處理的方法去克服光學(xué)，半導(dǎo)體的缺陷導(dǎo)致的成像問(wèn)題，處理完并得到較好的圖像后，就用來(lái)進(jìn)行圖像的顯示、存儲(chǔ)、或者機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)識(shí)別等應(yīng)用；

總結(jié)：整個(gè)成像系統(tǒng)是一個(gè)軟硬結(jié)合、光機(jī)電結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)，做有些系統(tǒng)架構(gòu)和硬件架構(gòu)的人，有必要了解整個(gè)系統(tǒng)，才能夠設(shè)計(jì)出正確的架構(gòu)，包括做圖像質(zhì)量的也是從系統(tǒng)角度去處理問(wèn)題，同樣要了解整個(gè)系統(tǒng)，才能更好的完成工作；

5、成像系統(tǒng)的兩條基本主線

圖像重建，圖像重建的過(guò)程，就是用數(shù)字信號(hào)處理的方法去克服光學(xué)、半導(dǎo)體的缺陷，清晰勾畫(huà)出正確的景物；

圖像重建要克服的光學(xué)缺陷與局限：MTF、像差、場(chǎng)曲、vignetting（光暈，暗角）/luma shading（亮度陰影）、glare（眩光）、Geometry Distortion（幾何失真）；

圖像重建要克服的半導(dǎo)體缺陷與局限：defect pixel、sensitivity、dynamic range、noise：temperal noise、fix pattern noise、color noise、spatial noise；

色彩重建，還原出準(zhǔn)確豐富的色彩 ，有時(shí)還要符合人們主觀傾向的色彩；

色彩重建要克服的光學(xué)缺陷與局限：Color shading、chromatic aberration、purple fringe；

色彩重建要克服的半導(dǎo)體缺陷與局限：Cross talk、balck level；

6、成像系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制

ISP中，關(guān)于圖像質(zhì)量的控制，包含如下3部分：

系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)標(biāo)定：如black level、shading、noise profile、white balance、chromatic aberration correction、etc，主要是針對(duì)不同的硬件拍出的raw圖，去做Calibration；

AEAWBAF（自動(dòng)曝光、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)對(duì)焦）：主要是軟件的3A算法去控制，要求達(dá)到曝光/白平衡/對(duì)焦的“快”、“準(zhǔn)”、“穩(wěn)”；

系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)整：基于上述的靜態(tài)標(biāo)定參數(shù)，在各個(gè)場(chǎng)景下去調(diào)整ISP中相應(yīng)模塊的動(dòng)態(tài)參數(shù)，以達(dá)到滿意的效果輸出，如shading，CCM， black level，noise reduction，sharpening、etc；

注：一般從硬件廠商那邊拿到的相同產(chǎn)品，成像效果都是差不多的，所以要有更好的用戶體驗(yàn)就必須在軟件上面增加自己的優(yōu)化，如3A算法、后處理算法；

審核編輯：郭婷