一种摄像头成像质量实时评价装置的制作方法

本专利属于成像设备领域，具体而言涉及一种摄像头成像质量实时评价装置。

背景技术：

成像设备在现有技术中已经广泛使用，例如数码相机、数码摄像机、摄像头等等。理论上讲，成像设备记录信息的理想状态是对拍摄场景信息能够忠实再现。就图像质量评价而言，人是对图像信息感知的最终接受端，图像质量如何最终还是由人来进行分析、识别和理解。

目前成像设备成像质量的评价中，图像获取和图像质量评价是独立的两个过程，先由成像系统拍摄用于评价的数字图像，然后建立评价系统完成评价，再反馈给成像系统。

评价的实施通常是将拍摄后的数字图像显示在经过色彩管理的显示系统中，邀请一部分有经验的图像质量评价专家作为观察者，专家针对显示图像的效果依照一定的评分规则打分，或者是组织一部分非有经验的图像观察者，依据自己的偏好对显示图像的效果打分，然后对所得分数进行统计分析，得到图像视觉质量的平均分数或者加权平均分。这种评价是在脱离原拍摄场景之后独立进行的，由于没有与原拍摄场景对比的机会，是否如实还原了拍摄场景或者对拍摄场景的复制达到什么程度，很难比对。如此得到的评价结果强烈依赖于评价者的经验或者偏好，如果从对拍摄场景还原的忠实度来评价成像设备的成像质量的话，最好的评价方式是将成像设备记录的图像与拍摄场景实时比对，直接评价成像设备还原现实场景的效果。

市场上现有的用于成像设备图像质量检测主要是搭建专业检测或评价用的暗房，暗房的墙壁、天花板、地板等均应是中性灰色，其他物品也是灰色或者非彩色。这样的暗房装修规格要求较高，并且这种暗房对空间要求较大，由于房屋不可移动的特性，因此给评价带来不便。

现有技术方案的缺点主要有以下五点：第一，评价过程是在暗房中进行的，搭建暗房占用场地较大，暗房装修规格较高，暗房环境参数控制难度大；第二，图像评价过程与图像获取过程是分开的，不能实时比对；第三，评价结果不是基于评价者对原拍摄场景的感知和认识，强烈依赖于观察者的经验或者偏好；第四，对于成像系统成像效果的评价局限于暗房中设置场景的采集，不能完成户外自然环境现场信息采集的实时对比；第五，成像设备成像质量客观评价与调校相互独立的，成像系统成像质量控制参数调校目标很难实现与现场感知效果的一致性。

技术实现要素：

本专利正是基于现有技术的上述需求而提出的，本专利要解决的技术问题是提供一种用于摄像头成像质量评价方法，以便于能够有对比地对摄像头成像质量进行方便且准确的评价。

为了解决上述技术问题，本专利提供的技术方案包括：

一种摄像头成像质量实时评价方法，所述方法采用图像实时评价装置对摄像头成像质量进行实时比对；所述图像实时评价装置包括：箱体，所述箱体在进行成像质量评价时提供一个封闭的环境，隔绝外界杂光；投影系统，所述投影系统包括镜头组件和投影屏幕，所述镜头组件包括目镜、补光孔和投射镜；所述目镜与目标物体相对，采集目标物体的图像并将该图像传送给投射镜；所述投射镜将所述目标物体的图像投射到投影屏幕上；所述补光孔设置在所述目镜和所述投射镜之间向所述镜头组件内部的光路补光；所述投影屏幕设置在所述箱体内，呈现所述镜头组件投影的目标物体的图像；显示系统，所述显示系统与所述摄像头相连，显示所述摄像头拍摄的图像；所述显示系统包括显示屏幕，所述显示屏幕设置在所述箱体内；人眼视觉观察孔，所述人眼观察孔设置在所述箱体上，与所述投影屏幕和所述显示屏幕相对。所述实时比对的步骤如下：a)将所述装置的箱体放置于成像场景的正前方，将待评价的摄像头模组固定于本装置配置的摄像头模组固定支架上，将摄像头模组的控制器与显示系统连接，以便于显示获取的图像；b)依据测试项目要求，调整摄像头固定支架的六个维度的坐标，保证摄像头的光轴垂直于拍摄场景的像平面，并调整好物距得到相应的成像尺寸；c)打开投影系统，使拍摄场景内容投射在箱体内的投影屏幕上，调整目镜和投射镜头，获得与显示系统等大的清晰影像；d)测量拍摄场景的光照度和色温；e)测量箱体内投影屏幕表面的照度和色温，并与拍摄场景的照度和色温值比较，调整补光孔的大小，使投影屏幕表面的光照度和拍摄场景的光照度差控制在100Lux以内；f)在箱体内，校正显示屏幕白点坐标三刺激值与投影屏表面测量色温三刺激值坐标匹配，调整显示屏幕亮度使之与显示系统屏幕的照度之间的亮度差控制在100Lux以内；g)微调投影系统和显示屏幕的亮度，使显示屏幕的图像尺寸与投影屏幕的图像尺寸相匹配，使显示屏幕表面的照度与投影屏表面的照度差在允许差值范围内；h)对焦拍摄场景，获取数字图像显示在显示系统，并通过观测所述显示屏幕以及所述投影屏幕上的图像，对所述摄像头的成像质量进行评价。

优选地，所述方法还包括对所述显示系统及摄像头进行实时校正，所述实时校正可以在实验室暗房中完成，其可以用在所述实时评价之前，也可以用在所述实时评价时一轮评价结束后对于图像进行调整继续进行评价；所述实时校正包括入下步骤：1)拍摄测试场景中的各个测试项目；2)比对显示系统显示的图像与投影屏幕图像的差异，确定调整方向；3)记录并分析当前拍摄项目的客观质量参数；4)参调整方向，调整成像系统的驱动参数，使该参数反映的图像质量指标趋于与调整方向一致；5)如此反复，综合各项测项目的调整方向，调整成像系统的驱动参数，使获取图像趋近于投影图像。

优选地，所述箱体内在无光照的情况下照度低于5Lux；箱体内颜色为中性灰色；所述箱体内壁为哑光且无镜面反射和炫光现象。

优选地，所述镜头组件还包括反射镜，所述反光镜是一个平面镜，主要作用是将目镜的入射光进行90°转向，反射给投射镜。

优选地，所述投射镜是一个透镜组合，可以调节焦距，实现投射在投影屏幕上的图像大小和清晰度调整。

优选地，补光孔开设在目镜后侧，能够调整孔的大小，以控制进光量；当投影系统投射的影像较暗时，增大开孔进光量，相反减小开孔进光量。

优选地，该观察孔配双目观察镜头，该镜头是一组透镜组，可调整视觉观察距离，调整范围1-25米。

优选地，在所述箱体的底座上可以设置有滚轮。

优选地，还包含一个摄像头模组固定支架：该支架能够固定摄像头模组，并可以在空间三个维度调整摄像头的位置；摄像头模组固定支架设置在所述箱体的前侧外表面上，靠近所述投影系统的目镜设置。

优选地，调整所述摄像头模组固定支架，能够实现摄像头模组光轴垂直与成像平面；摄像头模组的位置与投影系统的目镜在同一水平面，二者镜头中心的距离在5-10mm之间；摄像头模组的控制线路板与显示系统相连接，通过所述摄像头获取的数字图像通过所述显示的显示屏幕来显示。

优选地，该装置箱体内还配置有测光传感器，可测量显示系统“显示屏”表面的光照度，也可测量投影系统“投影屏幕”表面的光照，通过参数反馈调整显示屏幕的亮度或调整补光孔的进光量，使二者表面相对光照度误差在10％以内。

本专利通过上述技术方案，可以用于摄像头或者成像系统成像质量的实时评价，一者可以方便地实施视觉信息质量评价方法，对参与评价图像的质量打分，评价成像系统成像质量；二者可以实施成像设备获取的数字图像与所拍摄的场景实时比对，成像设备可以依据现场比对的结果实时调校成像系统不断趋于接近现实场景。

附图说明

图1是本专利具体实施方式中一种用于摄像头成像质量实时评价的装置的结构图。

图2是本专利具体实施方式中一种用于摄像头成像质量实时评价的装置的内部结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明，需要指出的是，该具体实施方式仅仅是对本专利优选技术方案的举例，并不能理解为对本专利保护范围的限制。

在本具体实施方式中，如图1所示，提供了一种用于摄像头成像质量实时评价的装置。所述装置包括箱体1，所述箱体工作时提供一个封闭的环境，隔绝外界杂光，箱体内在无光照的情况下照度低于5Lux，箱体内颜色为中性灰色，所述箱体内壁为哑光且无镜面反射和炫光现象。

通过设计箱体可以在小范围内形成一个封闭且可以尽量避免环境光线非计划干扰的空间，给成像质量的评价提供一个合适的环境。箱体内壁的哑光是避免后续的投影等发光成像时由于箱体的侧壁反光产生的干扰。

如图1所示，优选地，在所述箱体的底座上可以设置有滚轮2，所述滚轮可以是普通的轮子或者是万向轮，这样可以灵活地移动所述箱体到合适的位置，方便与其他设备进行对接以及运输和移动所述箱体。给使用带来极大的灵活性。

如图2所示，在所述箱体的底面上的一侧设置有显示装置3，所述显示装置用于显示摄像头的成像，所述显示装置可以是现有技术的显示设备，例如，包括但不限于显示器包括LED显示器或者是其他的显示屏的显示装置。所述显示装置3能够根据设定调整显示屏幕的亮度、对比度、白点、屏幕分辨率、刷新频率以及可连接屏幕测色设备(如X-Rite系列的分光光度仪等)完成屏幕的色彩校正等。

在所述箱体的底面上另外一侧设置有投影屏幕4，所述投影屏幕用于接收光学投影系统的投影，在其上形成图像，投影屏幕是一个影像信息接收屏，接收投射镜的投射光，该屏幕是漫反射体，无炫光，屏幕为白颜色，该投影屏幕的颜色可与所述显示装置的“白点”进行色度匹配，这样可以尽可能地保证所述显示系统和投影系统处于近似的光学环境之下，从而便于对于显示系统显示的图像和投影系统投影的图像进行比对。进一步地该投影屏幕的表面与显示系统显示屏幕的表面处于同一水平面，这样避免出现因为显示不同的落差造成视觉效果的差异。并且所述投影屏幕尽可能靠近所述显示屏幕设置，这样，二者形成的图像可以尽可能地靠近，以便于观察和比对。

所述投影系统还包括：镜头组件，所述镜头组件的结构如图1所示，该镜头组件包括目镜5、补光孔6、反光镜7、投射镜8构成；目镜是一个透镜组合，可以调整焦距，作用是获取与摄像头或者成像系统相同视场角的图像信息；补光孔开设在目镜后侧，可调整孔的大小，以控制进光量，当投影系统投射的影像较暗时，可增大开孔进光量，相反减小开孔进光量；反光镜是一个平面镜，主要作用是将目镜的入射光进行90°转向，反射给投射镜；投射镜是一个透镜组合，可以调节焦距，实现投射图像的大小和清晰度调整，并且将反射光投射在投影屏幕上。所述镜头组件类似于相机镜头或者是望远镜、潜望镜，通过实际对于目标物体或者原稿取景，然后经由所述透镜组件将来自目标物体的光线投射到所述投影屏幕上，所述补光孔用于补偿镜头组件的折射和反射过程中光量的损失，通过补充光线尽可能地使得所述投影系统投射的图像与目标物体的光线一致。所述目镜设置在所述箱体上，优选地位于所述箱体的前侧，并靠近所述摄像头设置，尽可能保持所述目镜和所述摄像头取景的角度和其它条件相同，以便于得到理论上尽可能相同的图像。

该装置还包含一个摄像头模组固定支架9：该支架可固定摄像头模组10，并可以在空间6维度调整摄像头的位置，即空间三个轴(XYZ)方向微调和空间三个角度(仰角、俯角、旋转)方向微调。所述摄像头支架的结构可以采用现有技术中摄像头支架来实现，在本专利中不详细展开，只要是任何可以能够将所述摄像头固定于其上，并调整所述摄像头位置的结构均可。通过调整所述摄像头模组固定支架，实现摄像头模组光轴垂直与成像平面；摄像头模组的位置与“投影系统”的目镜部件在同一水平面，镜头中心的距离在5-10mm之间；摄像头模组的控制线路板与显示系统相连接，获取的数字图像可通过所述显示的显示屏幕来显示。优选地，如图1所示，所述摄像头模组固定支架设置在所述箱体的前侧外表面上，所述投影系统的目镜也设置在所述箱体的前侧外表面上，二者尽量靠近设置。这样将所述箱体对准被拍摄和被投影的物体就可以来进行评价和测试。

该装置还包括人眼视觉观察孔11，所述人眼观察孔优选设置在所述箱体的上部，与所述投影屏幕和所述显示屏幕相对。该观察孔配双目观察镜头，该镜头是一组透镜组，可调整视觉观察距离，调整范围1-25米。如图1所示，所述人眼观察孔可以包括左眼观察孔和右眼观察孔，这样只有左眼和右眼的地方是与外界有光线交流的，而其余部分是封闭的，可以避免环境光线对于箱体内的影响。此外，所述双目观察镜头的范围设置为左眼和右眼都可以同时观察所述显示系统和/或所述投影系统的上呈现的图像。这样可以通过双眼进行图像观察，更贴近于实际的观察匹配状态。当左眼和右眼只能同时看到其中一幅图像时，所述双目观察镜头除了调整观察距离外，还可以调整视场的区域，以便于对于两幅图像进行比对。

该装置箱体内还配置有测光传感器，可测量显示系统“显示屏”表面的光照度，也可测量投影系统“投影屏幕”表面的光照，通过参数反馈调整显示屏幕的亮度或调整补光孔的进光量，使二者表面相对光照度误差在10％以内。

在本具体实施方式中，除了上述系统外，还提供了一种使用上述装置进行图像实时比对的方法，所述本装置的使用过程中，实时比对的方法步骤如下：

a)将本装置箱体放置于成像场景的正前方，将待评价的摄像头模组固定于本装置配置的摄像头模组固定支架上，将摄像头模组的控制器与显示系统连接，以便于显示获取的图像；

b)依据测试项目要求，如IEEE Std 1858中的清晰度测试项目、色彩还原测试项目以及噪点测试项目等，调整摄像头固定支架的六个维度的坐标，保证摄像头的光轴垂直于拍摄场景的像平面，并调整好物距得到相应的成像尺寸；

c)打开投影系统，使拍摄场景内容投射在箱体内的投影屏幕上，调整目镜和投射镜头，获得与显示系统等大的、清晰的影像；

d)测量拍摄场景的光照度和色温，如使用照度测量仪器测量；

e)测量箱体内投影屏幕表面的照度和色温，并与拍摄场景的照度和色温值比较，调整补光孔的大小，使投影屏幕表面的光照度和拍摄场景的光照度差控制在100Lux以内；

f)在箱体内，对显示系统进行色彩管理，借助于分光光度计和色彩管理软件对显示系统进行色彩校正，校正显示系统白点坐标三刺激值与投影屏表面测量色温三刺激值坐标匹配，调整显示系统屏幕亮度使与显示系统屏幕的照度与投影屏表面的照度差控制在100Lux以内；

g)微调投影系统和显示屏幕的亮度，使显示屏幕的图像尺寸与投影屏幕的图像尺寸相匹配，使显示屏幕表面的照度与投影屏表面的照度差在允许差值范围内；在本步骤中，微调所述投影系统和所述显示系统屏幕的亮度可以进一步精确地调整两套系统的图像显示尺寸以及显示亮度。这样可以尽可能地使得两套系统相接近。

h)对焦拍摄场景，获取数字图像显示在显示系统，并通过观测所述显示屏幕以及所述投影屏幕上的图像，对所述摄像头的成像质量进行评价。

所述评价可以采用成对比较法，包括但不限于国际电信联盟通讯标准化组织(ITU)推出的测试标准，比较显示系统显示图像与投影系统投射图像之间的差异，采用比较评分制度，将测试对象对所评价的分数分为7个档次：非常差、差、有点差、两者相同、有点好、很好、非常好；对于评价的分值处理，可以采用平均分值表示图像质量，同时还可计算出平均分值的置信区间。

在本具体实施方式中，在使用上述装置进行实时比对外，还可以对所述显示系统进行实时校正，所述实时校正可以在实验室暗房中完成，其可以用在所述实时评价之前，也可以用在所述实时评价时一轮评价结束后对于图像进行调整继续进行评价。所述实时比对不同于实时对比的一点是，需要完成反映成像系统客观成像质量的参数计算。评价前需要在显示系统中安装图像质量分析软件，如imatest等。实施过程描述如下：

1)实验执行者拍摄测试测试场景，如ISO 12233清晰度测试卡、ISO 14524噪点测试卡以及IEEE 1858测试标准推荐的测试项目等；

2)实验执行者比对显示系统显示的图像与投影屏幕图像的差异，确定调整方向，如清晰度测试项目，可判断清晰度相对高低等；

3)分析当前拍摄项目的客观质量参数，并记录；

4)参照感知的判断，调整成像系统的驱动参数，使该参数反映的图像质量指标趋于与感知方向一致；

5)如此反复，综合各项测项目的感知方向，调整成像系统的驱动参数，使获取图像更好地趋近于本装置的投影图像。

本具体实施方式中的装置重要的性能特征就是能够实现摄像头模组现场获取的图像与拍摄现场内容实时比对。本装置或在暗房内实时比对客观质量分析用的标准测试卡，或在户外实时比对自然场景成像效果。和现有技术中只能在暗房当中对比显示效果和实际拍摄对象不同，本专利通过将实际的拍摄对象投影到投影系统的屏幕上，可以将拍摄显示的画面和实物画面邻近比对，不受外界环境的影响，极大地提高了灵活性。不仅可以用于暗房的检测，还可以用于户外等评测，具有更大的灵活性和适用范围。

采用了该装置的比对和校正方法实现了可移动检测环境，可提供标准化的观察环境。可实现拍摄图像与所基于的现实场景进行实时比对。可执行视觉信息质量评价，不仅可实现静态对象的成对比对，也可单用于视频图像质量的评价，仅从这点上讲与现有的评价系统有类似之处。此装置可用在暗房，配合客观图像质量检测用的标准测试卡或者测试装置，实现拍摄图像与成像现场实时比对、实时调整，使成像系统驱动参数调整的方向明确，不断与视觉感知方向趋于一致，如明确清晰度指标的调整方向、色彩还原指标的调整方向、噪点指标的调整方向、动态范围指标的调整方向、畸变指标的调整方向等。此装置还可用于户外自然场景的成像质量评价，这是现有评价方案不能实现的；现用的评价方案是在图像获取后进行的，评价结果与现场拍摄的场景基本无关；使用此装置可实现现场成像结果与现场场景投影实时成对比较，评价结果是基于现场场景的；这是本专利的最大创新点，也是本专利设计装置的最具有应用价值之处。

以上仅仅是本专利优选的技术方案而已，凡是在本专利专利构思下对本专利进行的修改、替换和删除均应当纳入到本专利的保护范围之内。