图像质量因素

简介

相机系统中最关键的组成部分之一是其各项时序参数的性能。这些参数对于图像的捕捉和处理至关重要，有助于控制相机系统的曝光、同步以及整体性能。 在相机系统的开发阶段，开发人员必须借助适当的测试设备来理解并测试这些时序指标，以确保系统运行正常，并能生成高画质的图像。

图 1：因拍摄时滞而错失镜头

时序测量的的重要性

如果没有精确的时序控制，摄像系统将面临严重的图像质量问题。 例如，在上图中，您会注意到右侧图像中的鸟因拍摄时延而偏离了画面。试想，如果自动驾驶系统也出现拍摄时延问题，物体将无法在场景中正确显示，这可能导致错误的调整，从而引发危险的驾驶状况。

因此，全面了解不同时序指标对摄像系统性能的影响至关重要。许多时序参数都会影响图像质量，应逐一进行测试，以确保系统的高性能和安全性。

时序参数

通过理解和控制时序参数，摄像机系统操作员能够实现理想的曝光设置、运动捕捉以及整体图像质量。在不同场景下，每个参数都对摄像机系统的性能和功能起着至关重要的作用。

快门速度与曝光时间

在传统相机中，快门速度指系统快门保持开启的时间长度。对于没有机械快门的相机系统（例如智能手机），我们使用“曝光时间”这一术语来表示相机图像传感器“开启”并接受光照的时间。

更快的快门速度或更短的曝光时间可以减少运动模糊。 相比之下，较慢的快门速度或较长的曝光时间能让更多光线进入相机，这对拍摄低光场景至关重要；但如果曝光时间过长，则会导致画面模糊。快门速度通常以秒的分数表示，例如 1/250 或 1/50。

自动对焦时间

自动对焦时间决定了相机系统能够多快、多准确地对场景中的主体进行对焦。 快速且精准的自动对焦性能，使用户能够在各种拍摄条件下捕捉清晰的图像，包括拍摄快速移动的被摄体等动态场景。在不同的Illumination条件下测试自动对焦功能至关重要，尤其是在光线较暗的环境中，此时相机可能难以识别并锁定被摄体。

快门与拍摄时滞

快门时滞是指从按下快门按钮到实际开始拍摄图像之间的时间间隔。当需要精确的时机控制时，例如捕捉画面中快速移动的物体，这一参数就显得尤为重要。

拍摄时滞与快门时滞相同，但包含自动对焦时间。换言之，我们测量的是按下快门按钮到实际开始拍摄前自动对焦所需的时间间隔。应评估快门时滞和拍摄时滞的性能，以确保满足所有用户需求。

帧率

帧率描述了相机每秒捕获并存储的独立帧数。更高的帧率能更好地稳定场景中的运动，因此更适合视频录制或快节奏场景。帧率以每秒捕获的帧数（fps）为单位。 标准帧率包括24 fps（电影制作）以及30或60 fps（家庭视频录制）。评估帧率性能需要采用正确的快门速度，以捕捉所需的帧数。

显示屏刷新率

相机显示屏刷新率是指相机显示屏上的图像每秒刷新次数。更高的刷新率能使一连串图像在切换时显得更加流畅。 较低的刷新率通常会导致根据显示屏信息进行物体对齐时出现问题。显示屏刷新率以赫兹（Hz）为单位，表示每秒的刷新周期数。

Rolling shutter speed

Rolling shutter描述了一种特定的传感器读出方式。虽然配备机械快门的相机即使在像素上没有光线时也能进行读出，但采用Rolling shutter（而非机械快门或全局快门，即能瞬间捕捉整个画面的相机）的相机则会逐行进行读出。 根据首行与末行读出时间之间的差异，在此期间移动的物体将出现Distortion。

启动时间

启动时间是指按下电源按钮后，相机达到完全工作状态所需的时间。虽然这看似并非关键的时序参数，但对消费者而言却至关重要。 例如，如果消费者正在使用一台当前处于关闭状态或收纳起来的相机，一旦打开并启动，它CAN多快准备好拍照？如果相机需要超过五秒钟，那么使用者很可能就会错过想要捕捉的瞬间，尤其是当拍摄对象是移动物体时。

时序参数的测试

在开发过程中，应针对每个时序参数进行彻底测试，以确保相机系统的高性能。我们建议遵循 ISO 15781 标准，该标准详细规定了各项时序参数的测量方法和性能阈值。

LED-Panel

LED-Panel是我们iQ-Lab中使用的时序测量设备，严格遵循ISO标准设定的指南。它可根据待测指标提供多种Illumination模式和频率。上述所有时序参数均可通过该设备进行测量，其中许多参数甚至可在单张图像中完成测量。 LED-Panel还具备调节LED板亮度的功能，以优化弱光测试；此外，该设备还提供红外功能，可进行近红外范围内的时序测量。

图2：LED-Panel

建立时序测试实验室

在我们位于克尔彭的 iQ-Lab 实验室中，我们经常使用 LED-Panel 进行时序测量。此外，我们还创新开发了新的测试方法，以便将时序测量更顺畅地融入我们的工作流程。

多功能Test Charts

时序只是评估相机性能时应考量的众多关键图像质量因素之一。其他因素还包括Resolution、Distortion、Color accuracy、Shading、动态范围等。鉴于因素众多且测试要求各异，我们建议使用多功能Test Chart，例如 TE42-LL。 为了进一步提高测试实验室的效率，我们在TE42-LL测试图中集成了两块LED-Panel，命名为TE42-LL Timing，以便在一张测试图像中同时测量所有关键时序参数及其他图像质量因素。

图3：TE42-LL Timing Test Chart

控制自动对焦

在测试这些时序参数时，一个常见的问题是控制相机的自动对焦。在拍摄多张测试图像时，很难确保每张图像的自动对焦设置都完全一致。 在我们的iQ-Lab实验室中，我们使用iQ-Near Focus来协助在相机测试期间重置自动对焦。该设备采用电动半透明棋盘格测试图，一旦启动，便会迅速降至相机视野之外，从而使相机能够对焦于其后方的场景（或Test Chart）。

将 iQ-Near Focus 与 TE42-LL 时序 Test Chart 结合使用，即可构建一套用于测量相机系统时序参数的强大解决方案。

图 4：用于测试相机自动对焦性能的 iQ-Near Focus

结论

理解并测试最重要的相机时序参数性能，对于实现高图像质量至关重要。这些参数包括自动对焦时间、曝光时间、快门和拍摄时滞、帧率以及Rolling shutter速度，对正确捕捉和处理图像起着关键作用。

在相机系统的开发阶段，开发人员必须使用适当的测试设备来理解和测试这些时序指标，以确保系统运行正常，并在自动驾驶或安防监控等应用场景中确保安全。