一种调制传递函数MTF测试图卡、MTF的测试方法及装置与流程

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种调制传递函数MTF测试图卡、MTF的测试方法及装置。

背景技术：

镜头成像的调制度随空间频率变化的函数称为调制度传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)，可通过测试图卡计算获得MTF，用于评价虚拟现实设备的清晰度。

为了模拟虚拟现实设备用户实际观测到的图像的清晰度，如图1所示，将镜片13固定在镜片支架上14，镜片支架14另一端连接显示屏幕16，测试图卡15投影在显示屏幕16上；将图像采集装置11安装在承载平台12上，图像采集装置11透过镜片13拍摄显示屏幕16上的测试图卡15，获得测试图卡15的图像。

现有的MTF测试图卡的结构如图2所示，包括至少一个第一测试色块21和至少一个第二测试色块22，第一测试色块21包括沿水平方向相间分布、数量相等的黑色条纹和白色条纹；第二测试色块22包括沿竖直方向相间分布、数量相等的黑色条纹和白色条纹，使用这种具有黑白条纹相间分布的测试图卡时，显示屏幕16的亮度对测试图卡15图像中黑色条纹和白色条纹的灰度值产生影响，导致计算得到的MTF值存在差异，无法准确评价虚拟现实设备的清晰度。

具体地，根据如下公式计算水平方向的MTF值：

其中，从采集的测试图卡15的图像中选择目标第一测试色块对应的图像区域，针对该图像区域求取灰度平均值，Imax为该图像区域中大于灰度平均值的各个像素点的灰度值的平均值，即所有白色条纹灰度值的平均值，Imin为该图像区域中小于灰度平均值的各个像素点的灰度值的平均值，即所有黑色条纹灰度值的平均值。

当显示屏幕的亮度发生变化时，上述公式转化为：

其中，ΔImax为所有白色条纹灰度值的变化值，ΔImin为所有黑色条纹灰度值的变化值，对于同一第一测试色块对应的图像区域，白色条纹灰度值的变化量与黑色条纹灰度值的变化量近似相同(ΔImax≈ΔImin)；由公式计算可知，当显示屏幕的亮度变大时，MTF值降低，当显示屏幕的亮度变小时,MTF值升高。

因此,对于同一个产品，显示屏幕的亮度变化时，相应的MTF值发生变化，因此无法准确的评价产品的清晰度。

技术实现要素：

为了解决现有技术的显示屏幕的灰度值发生变化造成MTF的值发生变化、导致无法准确评价虚拟现实设备的清晰度的问题，本发明提供了一种调制传递函数MTF测试图卡、MTF的测试方法及装置。

本发明的一个实施例提供一种调制传递函数MTF测试图卡，包括：

至少一个第一测试色块、至少一个第二测试色块、至少一个纯黑色测试色块和至少一个纯白色测试色块；

第一测试色块包括沿水平方向相间分布、数量相等的黑色条纹和白色条纹；

第二测试色块包括沿竖直方向相间分布、数量相等的黑色条纹和白色条纹；

纯黑色测试色块的中心到MTF测试图卡中心的距离与纯白色测试色块的中心到MTF测试图卡中心的距离相等。

优选地，纯黑色测试色块的数量与纯白色测试色块的数量相等。

优选地，沿MTF测试图卡的水平方向第一测试色块和第二测试色块互不相邻；

沿MTF测试图卡的竖直方向第一测试色块和第二测试色块互不相邻。

优选地，各个测试色块呈M×M矩阵分布，M为大于等于2的整数。

根据本发明的另一个方面，提供一种基于上述测试图卡的MTF测试方法，包括：

透过镜片采集投影在显示屏幕上的MTF测试图卡的图像，MTF测试图卡的中心位于镜片的光轴上；

从MTF测试图卡的图像中选择目标第一测试色块对应的第一图像区域、目标第二测试色块对应的第二图像区域、目标纯黑色测试色块对应的第三图像区域和目标纯白色测试色块对应的第四图像区域；

根据第一图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取水平方向的MTF值；

根据第二图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取竖直方向的MTF值。

优选地，根据第一图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取水平方向的MTF值，包括：

根据如下公式获取水平方向的MTF值：

其中，MTFh1表示水平方向的MTF值；Imaxh表示第一图像区域中各列像素点中灰度最大值的平均值，Iminh表示第一图像区域中各列像素点中灰度最小值的平均值；Iwmaxh表示第四图像区域中各列像素点中灰度最大值的平均值，IBminh表示第三图像区域中各列像素点中灰度最小值的平均值。

优选地，根据第二图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取竖直方向的MTF值，包括：

根据如下公式获取竖直方向的MTF值：

其中，MTFv1表示竖直方向的MTF值；Imaxv表示第二图像区域中各行像素点中灰度最大值的平均值，Iminv表示第二图像区域中各行像素点中灰度最小值的平均值；Iwmaxv表示第四图像区域中各行像素点中灰度最大值的平均值，IBminv表示第三图像区域中各行像素点中灰度最小值的平均值。

根据本发明的再一方面，提供一种基于上述测试图卡的MTF测试装置，包括：

图像采集单元，用于透过镜片采集投影在显示屏幕上的MTF测试图卡的图像；

图像区域选择单元，用于从MTF测试图卡的图像中选择目标第一测试色块对应的第一图像区域、目标第二测试色块对应的第二图像区域、目标纯黑色测试色块对应的第三图像区域和目标纯白色测试色块对应的第四图像区域；

水平方向MTF值获取单元，用于根据第一图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取水平方向的MTF值；

竖直方向MTF值获取单元，用于根据第二图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取竖直方向的MTF值。

优选地，水平方向MTF值获取单元具体用于：

根据如下公式获取水平方向的MTF值：

其中，MTFh1表示水平方向的MTF值；Imaxh表示第一图像区域中各列像素点中灰度最大值的平均值，Iminh表示第一图像区域中各列像素点中灰度最小值的平均值；Iwmaxh表示第四图像区域中各列像素点中灰度最大值的平均值，IBminh表示第三图像区域中各列像素点中灰度最小值的平均值；

竖直方向MTF值获取单元具体用于：

根据如下公式获取竖直方向的MTF值：

其中，MTFv1表示竖直方向的MTF值；Imaxv表示第二图像区域中各行像素点中灰度最大值的平均值，Iminv表示第二图像区域中各行像素点中灰度最小值的平均值；IWmaxv表示第四图像区域中各行像素点中灰度最大值的平均值，IBminv表示第三图像区域中各行像素点中灰度最小值的平均值。

本发明的另一个实施例提供一种电子设备，电子设备包括存储器和处理器，存储器和处理器之间通过内部总线通讯连接，存储器存储有能够被处理器执行的程序指令，程序指令被处理器执行时能够实现上述的MTF的测试方法。

本发明的另一个实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行上述的MTF的测试方法。

本发明的技术效果是，本发明通过在现有的MTF测试图卡中增加纯黑色的测试色块和纯白色的测试色块，纯黑色测试色块的中心到MTF测试图卡中心的距离与纯白色测试色块的中心到MTF测试图卡中心的距离相等。从而可根据具有水平方向黑白条纹测试色块对应的图像区域的灰度值、具有竖直方向黑白条纹测试色块对应的图像区域的灰度值、纯黑色测试色块对应的图像区域的灰度值和纯白色测试色块对应的图像区域的灰度值获取MTF值，当显示屏幕亮度变化时，由于黑白条纹灰度值的变化量的差与黑白色块灰度值的变化量的差近似相同且较小，MTF值不会随着显示屏幕亮度的改变而改变。

附图说明

图1为MTF测试原理图；

图2为现有的MTF测试图卡的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的MTF测试图卡的结构示意图；

图4为本发明另一个实施例的MTF测试图卡的结构示意图；

图5为本发明一个实施例的MTF测试方法的流程示意图；

图6为本发明一个实施例的MTF测试装置的结构示意图；

图7为本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了解决背景技术中提出的技术问题，本申请的发明人想到在现有的MTF测试图卡中增加纯黑色的测试色块和纯白色的测试色块，纯黑色测试色块的中心到MTF测试图卡中心的距离与纯白色测试色块的中心到MTF测试图卡中心的距离相等。从而可根据具有水平方向黑白条纹测试色块对应的图像区域的灰度值、具有竖直方向黑白条纹测试色块对应的图像区域的灰度值、纯黑色测试色块对应的图像区域的灰度值和纯白色测试色块对应的图像区域的灰度值获取MTF值，当显示屏幕亮度变化时，由于黑白条纹灰度值的变化量的差与黑白色块灰度值值的变化量的差近似相同且较小，MTF值不会随着显示屏幕亮度的改变而改变。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图3为本发明一个实施例的MTF测试图卡的结构示意图。如图3所示，本发明实施例的MTF测试图卡包括：

至少一个第一测试色块31、至少一个第二测试色块32、至少一个纯黑色测试色块33和至少一个纯白色测试色块34；

第一测试色块31包括沿水平方向相间分布、数量相等的黑色条纹和白色条纹；

第二测试色块32包括沿竖直方向相间分布、数量相等的黑色条纹和白色条纹；

纯黑色测试色块33的中心到MTF测试图卡中心的距离与纯白色测试色块34的中心到MTF测试图卡中心的距离相等。

设置纯白色和纯黑色的测试测块作为基准测试色块，通过条纹色块与纯色色块的对比获得图像的MTF值，从而使结果更加准确。采用该种MTF测试图卡获取镜头成像的MTF值，MTF值的获取结果为：

式中，Imax为第一测试色块31和第二测试色块32每个采样区域中灰度最大值的平均值；Imin为第一测试色块31和第二测试色块32每个采样区域中灰度最小值的平均值；IWmax为纯白测试色块34每个采样区域中灰度最大值的平均值；IBmin为纯黑测试色块33每个采样区域中灰度最大值的平均值。

如图1所示，在获取测试色块的灰度值时，将每个测试色块分为多个采样区域进行灰度值采样。在每个采样区域中确定出灰度最大值和灰度最小值，求所有采样区域的灰度最大值和灰度最小值的平均值。采样区域的确定利用统计学原理进行确定，例如在条纹测试色块中需要保证既有白条纹又有黑条纹，尽量使数据具有多样性，从而保证计算结果的可靠性。具体的，将第一测试色块31竖直方向上第一个像素点组成的区域作为第一测试色块31的第一采样区域，第二个像素点组成的区域作为第一测试色块31的第二采样区域，以此类推进行灰度值的数据采样；将第二测试色块32水平方向上第一个像素点组成的区域作为第二测试色块32的第一采样区域，第二个像素点组成的区域作为第二测试色块32的第二采样区域，以此类推进行灰度值的数据采样。

在显示屏幕的亮度发生变化时，MTF值的计算方式变为：

式中，ΔImax为白色条纹的灰度值变化量；ΔImin为黑色条纹的灰度值变化量；ΔIWmax为纯白色测色色块的灰度值变化量；ΔIBmin为纯黑色测试色块33的灰度值变化量。由于ΔImax和ΔImax同属于条纹的色块，因此白色条纹和黑色条纹的灰度值变化量近似相同，即ΔImax≈ΔImin；ΔIWmax和ΔIBmin同属于纯色测试色块，灰度值变化量也近似相同，即ΔIWmax≈ΔIBmin。由此可得，式(2)约等于式(1)，即使屏幕亮度发生变化，MTF值也不变，从而可以准确评价图像的清晰度。

由图1的MTF测试原理图得知，测试图卡需要安装在镜片的中心，且测试图卡的中心与镜片的光轴重合，从而保证测试图卡的投影在显示屏幕上的图像质量。设置黑白条纹方向不同的测试色块，以获得不同方向上的灰度值的变化规律。另外由于镜片中心与镜片边缘的成像质量不一样，为了保证纯黑色测试色块33灰度值的变化量和纯白色测试色块34灰度值的变化量近似相等，二者距离测试图卡中心的距离应相等，使MTF测试图卡上距离中心相同的点的成像质量相同，从而保证MTF测试的准确性。

优选地，纯黑色测试色块33的数量与纯白色测试色块34的数量相等。在计算MTF值时，需要分别计算不同颜色的测试色块的灰度值，保持纯黑色测试色块33的数量与纯白色测试色块34的数量相等，可以保证在计算灰度值时不同样本之间的数量一致，使获得的MTF值更加准确。

在本实施例中，沿MTF测试图卡的水平方向第一测试色块和第二测试色块互不相邻，即不同的测试色块在水平方向上相间排列；沿MTF测试图卡的竖直方向第一测试色块和第二测试色块互不相邻，即不同的测试色块在竖直方向上相间排列。采用该种排列方式，可以增加样本的多样性，使MTF值的计算更加符合统计规律，结果更加接近真实值，即结果更准确。

在本发明的另一可选实施例中，MTF测试图卡的各个测试色块呈M×M矩阵分布，M为大于等于2的整数。如图4所示，MTF测试图卡的测试色块采用4×4的矩阵分布，扩大了测试的范围，能更准确的进行评价。镜头成像时，越靠近镜头光轴中心图像的清晰度越好，若MTF测试图卡如图1所示，测试色块距离光轴中心较近，计算获得的MTF值可靠性不高。因此适当增加测试色块的个数，可以使获得的MTF值更符合真实值，评价也更加客观准确。

图5为本发明一个实施例的MTF测试方法的流程示意图。如图5所示，本发明实施例的测试方法基于上述的MTF测试图卡进行，包括：

步骤S51：透过镜片采集投影在显示屏幕上的MTF测试图卡的图像，MTF测试图卡的中心位于镜片的光轴上；

由于镜片中心与镜片边缘的成像质量不一样，在设置MTF测试图卡时将MTF测试图卡的中心与镜片的光轴重合，尽量使MTF测试图卡的大小与镜头大小保持一致，获取整个镜头的平均MTF值，使该MTF值可以更准确客观的评价镜头的成像质量。MTF测试图卡设置在镜头外围，尽量靠近镜头，这样既可以保证成像质量，又不影响镜头的后续使用。

步骤S52：从MTF测试图卡的图像中选择目标第一测试色块对应的第一图像区域、目标第二测试色块对应的第二图像区域、目标纯黑色测试色块对应的第三图像区域和目标纯白色测试色块对应的第四图像区域；

基于前述的MTF值测试图卡，将每一个测试色块对应的图像区域进行区分，在计算MTF值时，分别计算每个图像区域的MTF值，从而获取与之相对应的镜头区域的MTF值。

步骤S53：根据第一图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取水平方向的MTF值；根据第二图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取竖直方向的MTF值。

在计算MTF值时，以第三图像区域和第四图像区域的灰度值作为基准，计算其他图像区域的MTF值。具体为，根据图像区域的条纹方向分别计算对应的MTF值，如第一图像区域的黑白条纹沿水平方向相间分布、数量相等，根据第一图像区域计算获取的MTF值为水平方向的MTF值；第二图像区域的黑白条纹沿竖直方向相间分布、数量相等，根据第二图像区域计算获取的MTF值为竖直方向的MTF值。

在计算MTF值前，需要对各个图像区域进行灰度值采样。将每个测试色块分为多个采样区域，在每个采样区域中确定出灰度最大值和灰度最小值，并求所有采样区域的灰度最大值和灰度最小值的平均值。具体为，黑白条纹水平相间分布的第一图像区域竖直划分采样区域，即以一个像素点的宽度为基准，竖直方向上同一列像素点构成的区域为一个采样区域；黑白条纹竖直相间分布的第二图像区域水平划分采样区域，即水平方向上同一行像素点构成的区域为一个采样区域。测试获取每个像素点的灰度值，并确定出每个采样区域的灰度最大值和灰度最小值，最后分别求取同一图像区域内所有采样区域的灰度最大值和灰度最小值的平均值。确定第三图像区域和第四图像区域的灰度最大值和灰度最小值的平均值时，由于图像区域颜色一致，可以采用水平划分或数值划分采样区域的方法，这里不予区分。

水平方向MTF值的计算具体为，根据如下公式获取水平方向的MTF值，

式中，MTFh1表示水平方向的MTF值；Imaxh表示所述第一图像区域中所有采样区域的灰度最大值的平均值，Iminh表示所述第一图像区域中所有采样区域的灰度最小值的平均值；Iwmaxh表示所述第四图像区域中所有采样区域的灰度最大值的平均值，IBminh表示所述第三图像区域中所有采样区域的灰度最小值的平均值。

竖直方向MTF值的计算具体为，根据如下公式获取水平方向的MTF值，

式中，MTFv1表示竖直方向的MTF值；Imaxv表示所述第二图像区域中所有采样区域的灰度最大值的平均值，Iminv表示所述第二图像区域中所有采样区域的灰度最小值的平均值；IWmaxv表示所述第四图像区域中所有采样区域的灰度最大值的平均值，IBminv表示所述第三图像区域中所有采样区域的灰度最小值的平均值。

图6为本发明一个实施例的MTF测试装置的结构示意图。如图6所示，本发明实施例的MTF测试装置基于上述的MTF测试图卡，包括：

图像采集单元61，用于透过镜片采集投影在显示屏幕上的MTF测试图卡的图像；

图像区域选择单元62，用于从MTF测试图卡的图像中选择目标第一测试色块对应的第一图像区域、目标第二测试色块对应的第二图像区域、目标纯黑色测试色块对应的第三图像区域和目标纯白色测试色块对应的第四图像区域；

水平方向MTF值获取单元63，用于根据第一图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取水平方向的MTF值；

竖直方向MTF值获取单元64，用于根据第二图像区域的灰度值、第三图像区域的灰度值和第四图像区域的灰度值获取竖直方向的MTF值。

MTF测试装置的获取MTF值与方法的实施例中获取MTF值的过程相同，前文已进行详细的描述，此处不再赘述。

图7为本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。如图7所示，该电子设备包括存储器71和处理器72，存储器71和处理器72之间通过内部总线73通讯连接，存储器71存储有能够被处理器72执行的程序指令，程序指令被处理器72执行时能够实现前文所述的MTF值测试方法。

此外，上述的存储器72中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明的另一个实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使所述计算机执行上述的方法。

综上所述，根据本发明的技术方案，通过在现有的MTF测试图卡中增加纯黑色的测试色块和纯白色的测试色块，纯黑色测试色块的中心到MTF测试图卡中心的距离与纯白色测试色块的中心到MTF测试图卡中心的距离相等，从而可根据具有水平方向黑白条纹测试色块对应的图像区域的灰度值、具有竖直方向黑白条纹测试色块对应的图像区域的灰度值、纯黑色测试色块对应的图像区域的灰度值和纯白色测试色块对应的图像区域的灰度值获取MTF值。当显示屏幕亮度发生变化时，由于黑白条纹灰度值的变化量的差与黑白色块灰度值的变化量的差近似相同且较小，MTF值不会随着显示屏幕亮度的改变而改变。另外，不同的图像区域采用不同的MTF值计算方法，使获得的结果更精确，求不同图像区域的MTF值的平均值，在评价镜头的成像质量时更客观。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

需要说明的是术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。