Low Light Level Factors: Image Quality & Camera Performance

低光

简介

低光性能是指相机在仍能保持可接受图像质量的情况下所能捕捉图像的最低光照水平。采用小尺寸传感器的相机（如手机）通常会遇到低光性能方面的问题。过去，在测量低光性能时，测试流程往往存在不一致或不合逻辑的情况（例如 0 lux 的灵敏度）。然而，2018年发布的ISO 19093标准明确了测试和分析低光性能的测量方法及规范。1 如今，低光测试已成为相机整体质量评估的关键环节。

低光环境测量

在2018年该标准发布之前，几乎不存在通用的测试方法，而当时现有的方法也无法提供准确的评估结果。该标准中描述的测试方法采用了一张多功能Test Chart。

TC42工作组与Image Engineering测试图表制作团队合作，共同开发了TE42-LL多功能测试图表。该测试图表本身包含了测量低光性能所需的所有关键图像质量测试结构。

图1：TE42-LL Test Chart专为ISO 19093标准设计。

Low-light evaluation steps: Ensure the test chart receives uniform Illumination. Since low-light testing requires lower light levels during analysis, it is essential to use a light source that can be adjusted to different light levels. 目前，Image Engineering公司的iQ-Flatlight是市场上唯一一款能在所需强度水平下提供宽广光谱范围的照明系统。

设置好照明后，ISO 19093 规定下一步是在 >1000 lux 的强光条件下拍摄参考图像。此后，应逐步降低光照水平，并在每个光照水平下拍摄一张图像。最后一步是对图像进行评估，考察所有必要的图像质量方面，如纹理、Color、噪点等。

将所有图像质量因素（针对每个因素）仍高于规定阈值的最低光照水平，作为该相机在测试中的低光性能。

图 2：低光测试中的各种光照水平。

确定的图像质量因素包括：

曝光时间——确保图像不会因手抖而模糊。
曝光级别——有时会刻意降低曝光以保持较短的曝光时间，从而掩盖大量噪点。
纹理（低对比度的细微细节）可能会因在高增益水平下对图像进行降噪处理而丢失。
高增益水平可能会导致噪点产生。
仅对颜色通道进行降噪可能会导致色度下降。

下表 1 显示了低光性能测量结果的一个示例。该相机的低光性能为 3 勒克斯，这是所有数值均为绿色（高于阈值）的最后一个级别。

表 1：特定性能指标的可接受值以绿色突出显示。表 1：特定性能指标的可接受值以绿色突出显示。

这些阈值仅供参考，因为 ISO 19093 并未定义单一的阈值集。该标准仅描述了测试流程，用户可根据摄像头的具体应用场景自行设定阈值。目前已有几个组织针对特定应用场景为相机定义了一套阈值。例如，专注于手机分析的 VCX-组织正在制定一套阈值，用于评估手机的低光拍摄能力。

结论

低光性能是指相机在保持各项图像质量指标处于可接受范围内的前提下，所能捕捉到的最低光照水平。在2018年ISO 19093标准发布之前，尚无其他关于低光性能测量的既定指南。 ISO 19093 引入了一种基于多功能 Test Chart 的低光性能分析方法。该 Test Chart 包含了测量关键图像质量指标所需的所有测试目标（Color、噪点、Resolution 等）。

除了测试图表外，分析低光性能的另一个关键环节是使用可调节至不同光照水平的光源（目前市面上唯一具备此功能的光源是 iQ-Flatlight）。测试图表与光源相结合，为测量相机的低光性能提供了完善的解决方案。