6 客观图像质量评估——理论与实践

6.7 清晰度和分辨率

摄像头的像素分辨率，更准确地说是图像传感器上的有效像素数（ANSI，2015），通常与该特定摄像头产生的清晰图像的清晰度有关。图像捕捉设备的像素分辨率在第3 章已经指出了与感知清晰度不一定相关。为了理解清晰度、像素分辨率和极限分辨率之间的区别背后的原因，必须牢牢掌握调制传递函数(MTF) 的概念。

6.7.1 调制传递函数MTF

本质上，MTF 描述了光学系统的空间频率响应spatial fre (SFR)。空间频率可以认为是场景中的细节层次：细节越小，空间频率越高；结构越大，空间频率越低。在时域中，使用时间频率 f （以Hz 为单位）与周期时间 T （以秒为单位）之间的关系表示相同的概念：

f=1T

在空间域中，一维空间频率ν与该维中距离x之间的关系因此变为

ν=1

空间频率的单位必须与其相应的空间单位对应，因此如果以毫米为单位测量距离，则空间频率以每毫米的周期数或每毫米的线对数（lpm 或lp/mm）表示。 后者通常用于光学测量。

在图形上，可以使用如图6.15 所示的条形图案来说明空间频率的概念。为了找到特定摄像头的极限分辨率，现在可以简单地捕获该图中目标的图像，并确定其几乎无法分辨的zui窄图案。该点的空间频率可以用作测量的清晰度，通常被称为被测摄像头的极限分辨率。正如已经指出的，这样的度量与感知清晰度的相关性不是很好。

摄像机不同拍照镜头的分辨率是有区别的，为了测试摄像头清晰度，就可以通过特定的图像测试标板检验。本文就为大家带来图像测试摄像头清晰度的方法，感兴趣的用户不妨来看看吧！

摄像头清晰度测试图卡是什么？

由于数码相机与传统相机有很多差别，所以测试数码相机用的分辨率标板也跟传统相机有很大区别。目前测试数码相机用的图像标板是国际上通用的ISO12233标准分辨率测试标板，这种标板的图案如下：

从图中，我们可以看到有三种横款的比例，一种是长宽比例为1:1的，可以用来测试120相机的方画辐；一种是长宽比例4:3的，用来测试小型数码相机或4/3系统的相机；一种是长宽比例为3:2的，可以用来测试135胶片相机、普通的APS-C画幅的数码单反相机或全画幅数码相机；还有一种是长宽比例16:9的，可以用来测试16:9画幅的相机或高清摄像机。按照ISO12233标板的规定是只用来测试静态画面的照相机的，而不是用来测试动态画面的摄像机的。但是现在很多相机都同时拥有了DV电视短片的拍摄功能，所以目前的ISO12233也经常被用来测试用于DV拍摄的照相机或和相机。

图像测试摄像头清晰度的原理：

在ISO12233测试标板里，有一种安全新型的测试线条，而且也有完全不同的分辨率单位。

首先是分辨率线条有了斜向线条、曲线线条和楔形线条。由于数码相机是有CCD或CMOS的一个一个的像素组成的。它们的排列是有规律的点阵排列，而且排列的线条是横平竖直的；而传统相机的银盐颗粒是完全无规则地排列的。所以，数码相机就必须有斜线线条或曲线线条，这样当分辨率足够高的时候，才能看到在斜线或曲线上有没有阶梯状的锯齿出现。

另外一个因素是：如果数码相机的测试标板上的线条仍然是横平竖直的，就有可能出现下列的情况：如果这些线条正好落在图像传感器的每一个像素上，那么这些线条则刚好被分辨开；如果这些线条正好落在了每一行或每一列像素的中间，那么这些线条则刚好不能被分辨开。后者测试的方便率就会明显的降低，所以也必须有斜向的线条或曲线。

显然用传统的测试标板测试数码相机有很多不合适的地方，例如上面提到的斜向线条和曲线线条；但是用ISO12233测试传统相机仍然是使用的，只是测试单位有了变化。根据ISO12233规定，它是专门用于测试数码相机的。

然后我们在来看看数码相机的分辨率单位。在ISO12233标板上的线条上面的数值就是这种新的分辨率单位数值。这种标板的分辨率标准是：每一个像素高度的线宽值。因此它的单位就是“每像高的线宽”，或叫做“线宽每像高”，符号是LW/PH。

“线宽每像高”的意义是在数码相机拍摄的画面上，单位高度（或单位宽度）内的线条数目，例如每厘米或没毫米高度内有多少线条。但是由于数码相机的图像传感器的面积不一样，因此同样的线条数目可能被平均到不同的高度里面，“线宽每像高”的数值，其实是一个相对值，且没有jue对值。但是只要是传感器面积一样的照相机，它们的“线宽每像高”数值就是一样的。例如两台相机都是APS-C画幅，或者都是全画幅，那么同样的“线宽每像高”值就代表它们具有同样的分辨率。

如果两台相机的CCD或CMOS的面积不一样，但是两台照相机的画幅比例一样，例如都是3:2画幅，或者都是4:3画幅，那么虽然他们实际“线宽每像高”的数值不同，但是只要它们拍摄出来的“线宽每像高”的数值一样，我们就有理由人为，两台照相机拍摄的照片在放大以后的分辨率上是一致的。

图像测试摄像头清晰度方法：

在拍摄ISO12233的时候，必须让图标的有效高度正好占满画面。这时要根据你使用的相机的画幅比例，选择好画面的宽度（1:1、4:3、3:2或16:9），然后看横向长边的粗框内侧的高度，也就是图案中的边缘地带的白色三角和黑色三角形的交界线的高度。拍摄的图案中应该没有黑色的宽边（黑色的画框）。图案的数字必须乘以100，才是画面中每单位高度的条数，也就是zui后的“线宽每像高”的数字。拍摄时如果没有让有效高度占满整个画面，拍摄出来的画面的数值就要进行等比例的换算。

拍摄ISO12233图案，可以把它打印出来，贴在墙上拍摄，也可以打印在半透明的灯箱膜上，透过灯箱拍摄；后者可以大大提高拍摄标板的对比度。用灯箱拍摄时，线条的反射率变成了透过率。在使用透过型图表时，需要用扩散光进行照明，也就是用均匀的柔光照明。无论是反射型还是透过型，整个标板的照明都一定要均匀，通常就可以选择专ye的图像测试照明光源。