CN105338340B - 非接触式图像性能客观测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非接触式图像性能客观测试方法，包括步骤：步骤1：对测试仪器E进行几何失真及色彩失真校正；具体为，采用测试仪器E的显示屏的显示图像作为所述校正的测试图像源，采用测试仪器E的摄像部作为所述校正的反馈信号源以获取所述测试仪器E的输出信号，来对测试仪器E自身的几何失真及色彩失真进行度量；步骤2：利用校正后的测试仪器E对多媒体系统S的图像性能进行测试。本发明采用非接触方式测量，规范了一种测试流程，其测量范围涵盖：1)图像分辨率；2)系统视频帧率；3)图像客观质量。本发明具有使用方便、结果客观的特点，且性能与主观评测结果相近，可替代目前广泛采用的以人为主体的检测方法。

Description

非接触式图像性能客观测试方法

技术领域

本发明涉及多媒体系统的测试方法，具体指一种对多媒体系统视频的主、客观性能进行检测的检测方法。

背景技术

随着社会经济的发展，多媒体产品已渗入到社会生活的各个层面。在安防领域，多媒体技术业已成为重要的技术手段。为保证多媒体信息，尤其是视频信息的有效性，公安及质监部门对以摄像机为核心的多媒体系统的性能提出一定的要求，因此需要对多媒体系统的性能进行度量。当前采用静态图像测试摄像部性能的方法测试结果具有一定的主观性，测量结果具有不稳定不可预知性的特点，因此需要提出新的检测方法解决这些问题。

影像画质是多媒体系统的重要指标，目前画质检测所采用技术指标不能充分反映图像质量，需要结合人的视觉特性提出更为准确的影像质量描述方法及检测工具。

目前图像质量客观度量的仪器主要有Tektronix和Clearview公司等的产品，其测试设备产生视频信号馈入待检测设备并采集待检测设备的输出信号，再结合视觉模型对信号差异进行分析，最终产生图像质量度量。上述仪器采用接触式测量技术，通过特定接口输出和采集信号，限制了仪器的适用范围，且仅能对图像质量进行度量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种非接触式图像性能客观测试方法。

根据本发明提供的一种非接触式图像性能客观测试方法，包括如下步骤：

步骤1：对测试仪器E进行几何失真及色彩失真校正；

具体为，采用测试仪器E的显示屏的显示图像作为所述校正的测试图像源，采用测试仪器E的摄像部作为所述校正的反馈信号源以获取所述测试仪器E的输出信号，来对测试仪器E自身的几何失真及色彩失真进行度量；

步骤2：利用校正后的测试仪器E对多媒体系统S的图像性能进行测试。

优选地，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：对几何失真进行校正；

步骤1.1.1：通过插值调整作为视频源的所述显示图像的显示面积，并配合测试仪器E的摄像部的光学镜头，最终使得测试仪器E的摄像部所获得影像在水平或垂直方向铺满测量仪器E的摄像部的图幅；

步骤1.1.2：采用全局配准方式，消除作为视频源的所述显示图像与测试仪器E的摄像部所获图像这两幅图像在分辨率、旋转偏角、水平及垂直方向的位移的差异；

优选地，对几何失真进行校正采用简单黑白线条组成的网络或十字图案；

步骤1.1.3：采用平滑约束方式，求取测试仪器E的摄像部所获图像像素与模板图像像素间的像素级映射关系，形成稠密的运动场向量，该运动场向量即为测试仪器的几何失真校正向量；

步骤1.2：对色彩失真进行校正；

步骤1.2.1：统计模板图像和测试仪器E的摄像部采集图像的色彩直方图，再计算色彩直方图的转移函数，该转移函数的逆变换即为测试仪器E的色彩校正向量。

优选地，对色彩失真进行校正采用由不同数值的红绿蓝单色方块组成的模板图像，模板图像内各色样面积基本相同。

优选地，还包括在步骤1与步骤2之间执行的如下步骤：

采用白模板作为视频信号源，令测试仪器E在一段时间内连续采集多媒体系统的显示部图像，通过对比作为图像模板的白模板与测试仪器E的摄像部所获取图像，以获得系统噪声特征模板。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：将多媒体系统S的摄像部中轴对齐至测试仪器E的显示屏中央，将测试仪器E的摄像部与多媒体系统S的显示部对齐；

步骤2.2：根据执行步骤1得到的测试仪器E自身的几何失真及色彩失真进行度量，测试仪器E所获取的图像信号经过色彩失真校正、几何失真校正，以消除测试仪器E的误差对测试过程的影响；

步骤2.3：将通过执行步骤2.2校正后的图像与作为测试源图像的多媒体系统S的显示部显示的图像做配准，配准后的图像被馈入测试仪器E的系统噪声抑制模块，该系统噪声抑制模块根据测试仪器E的摄像部采集图像中的噪声特征，查找对应的噪声模板，将该噪声模板作为先验知识做适应性滤波处理，最终抑制系统噪声；

步骤2.4：测量多媒体系统S的分辨率时，采用模板M，测试仪器E的摄像部采集图像经校正处理后与模板M对比，分析中心楔不同分辨率处的频谱或主元分布变化；观察不同分辨率标定处的图像向量对，当图像向量对的差异大于门限时，判别该多媒体系统S的分辨率低于标定值，进而检测更低分辨率标定处的向量差异，直至到达差异小于门限值处，该处所对应的标示即为该多媒体系统S的分辨率。

优选地，模板M采用TE95模板。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.5：测量多媒体系统S的帧率时，采用动态视频作为基准信号；测试仪器E的显示图案快速变化，即2倍以上多媒体系统帧率；测试仪器E的摄像部以2倍以上多媒体系统帧率的采样率获取多媒体系统S显示屏输出图案，并比对所获相邻帧；当相邻帧差大于预设阈值时，视这两个相邻帧为不同的图像帧；测试仪器E统计1秒时隙内图像变化次数，即系统视频帧率。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.6：进行图像质量客观度量时，采用2种有参图像质量评估方式：

方式1)：在像素域分析图像对的亮度、对比度、图像结构和色彩的变化，进行形成对应描述子，再由这些描述子构建图像质量客观评价量纲；

方式2)：在小波域分析图像的亮度分量的变化，结合人眼在不同频带的视觉响应及自然图像信号的统计特征，由源图像与所获取的多媒体系统S产生的降质图像的互信息生成图像的客观质量。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明是一种新的有参非接触式评估方法，测试仪器的输入输出信号均为光信号，与接触式测量方法相比，非接触测量引入特有的系统误差，必须对该误差进行校正，本发明规范了该校正方法和校正流程，其测量范围涵盖：1)图像分辨率；2)系统视频帧率；3)图像客观质量。本发明具有使用方便、结果客观的特点，且性能与主观评测结果相近。本发明可替代目前广泛采用的以人为主体的检测方法。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为视频测试配置图。

图2为测试仪器的几何失真及色彩失真校正过程。

图3为测试图像处理流程。

图4为TE95分辨率测试卡。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明针对是多媒体系统，特指以摄像部作为图像输入的信号处理系统的性能进行测量。本发明适用于检测包含摄像机的多媒体系统的影像性能。本发明采用非接触方式测量，即被检测设备无需与测试仪器电连接。本发明规范了一种测试流程、关键步骤和方法。

本发明涉及一种新的非接触式的测量方法。该方法采用显示图像作为测试图像源，采用摄像部作为反馈信号源获取被测试设备输出信号。

在测试前，需对测试仪器的几何失真及信号失真进行标定。标定时，将摄像部与作为信源的显示部相对，显示部光信号馈入摄像部进而构成闭环系统。

采用刚性仿射变换描述测试仪器的几何特征，从图像模板及摄像机馈入的图像间的差异求取两幅图像在分辨率、位移及立体旋转上的变化，并进行反向操作，实现对系统的几何校正。

摄像部器件性能缺陷导致检测仪器摄像部所获取的图像与人的视觉感知存在一定的差异。在几何失真校正后，对所获取的视频信号做时空域滤波，以消除被测多媒体系统显示部和测试设备中的摄像机所造成的视觉噪声，如摩尔纹。通过图像比对，校正测试仪器所引入的纹理、色彩差异，即消除信号失真。

在消除几何失真和信号失真后，采用有参评估框架，将反馈信号与输出源信号对比，以确定被测试仪器产生的失真量，即失真的客观度量。

根据人的视觉特征，对被测试仪器的失真进行处理，产生与人的主观感受一致性较好的失真客观度量。

具体地，本发明采用显示屏替代目前被广泛采用的图像测试卡作为测试信号输出，采用摄像部替代人眼采集信号，如图1所示。

测试仪器中显示部和摄像部的性能会影响图案的色彩和几何特征，所以在对多媒体系统进行测试前，需要对测试仪器自身的色彩及几何失真进行度量。

校正流程如图2所示。在进行几何校正时，通过插值调整视频源的显示面积，并配合摄像部的光学镜头，最终使得摄像部所获得影像在水平或垂直方向铺满本发明所述测量仪器摄像部图幅。摄像部所获图像与信源输出存在差异，差异具体表现在分辨率、旋转偏角、水平及垂直方向的位移的不同，以及系统噪声、色彩失真等几何失真等造成的图像变化。本发明采用全局配准技术，消除两幅图像在分辨率、旋转偏角、水平及垂直方向的位移的差异。图像全局配准后，采用平滑约束技术，求取获取图像像素与模板图像像素间的像素级映射关系，形成稠密的运动场向量。该向量即为测试仪器的几何失真校正向量。在对几何失真校正以后，统计模板图像和摄像部采集图像的色彩直方图，再计算色彩直方图的转移函数，该转移函数的逆变换即为系统的色彩校正向量。

几何校正采用简单黑白线条组成的网络或十字图案；色彩校正采用由不同数值的红绿蓝单色方块组成的模板，模板内各色样面积基本相同。由于测试仪器中可能出现工频干扰、显示器闪烁、摩尔纹等失真，本项发明施中将对上述系统失真进行分析。在实施中，采用白模板作为视频信号源，在一段时间内连续采集多媒体系统的显示部图像。通过对比图像模板与获取图像，以获得系统噪声特征模板。

校正测试仪器误差后，系统对多媒体系统的性能进行测量。测试时将待测试仪器的摄像部中轴对齐至显示屏中央，将测试仪器的摄像部与待测试仪器的显示部对齐。测试仪器所获取的图像信号经过色彩校正，几何失真校正，以消除测试仪器误差对检测过程的影响。再将校正后的图像与测试源图像做配准，配准后的图像被馈入系统噪声抑制模块。该系统噪声抑制模块根据采集图像中的噪声特征，查找对应的噪声模板，将该噪声模板作为先验知识做适应性滤波处理，最终抑制系统噪声。

测试仪器分辨率时，采用TE95模板，处理流程如图3所示。所摄图像经校正处理后与TE95模板对比，分析中心楔不同分辨率处的频谱或主元分布变化。观察不同分辨率标定处的图像向量对，当其差异大于门限时，判别该多媒体系统的分辨率低于标定值，进而检测更低分辨率标定处的向量差异，直至到达差异小于门限值处，该处所对应的标示即为该系统的分辨率。上述方法能够客观度量系统的图像分辨率。本发明在实施过程中可分别分析位于中心区及四个顶角区的测试圆图案，获得多媒体系统的中央分辨率及边缘分辨率。

测试仪器帧率时，采用动态视频作为基准信号。测试仪器的显示图案快速变化(2倍以上多媒体系统帧率)，且相邻图案间存在较大差异。测试仪器的图像获取部以2倍以上多媒体系统帧率的采样率获取多媒体系统显示屏输出图案，并比对所获相邻帧。当相邻帧差大于预设阈值时，视其为不同图像帧。测试仪器统计1秒时隙内图像变化次数，即系统视频帧率。

进行图像质量客观度量时，采用2种有参图像质量评估方法：1)在像素域分析图像对的亮度、对比度、图像结构和色彩的变化，进行形成对应描述子，再由这些描述子构建图像质量客观评价量纲；2)在小波域分析图像的亮度分量的变化，结合人眼在不同频带的视觉响应及自然图像信号的统计特征，由源图像与所获取的多媒体系统产生的降质图像的互信息生成图像的客观质量。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种非接触式图像性能客观测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对测试仪器E进行几何失真及色彩失真校正；

具体为，采用测试仪器E的显示屏的显示图像作为所述校正的测试图像源，采用测试仪器E的摄像部作为所述校正的反馈信号源以获取所述测试仪器E的输出信号，来对测试仪器E自身的几何失真及色彩失真进行度量；

步骤2：利用校正后的测试仪器E对多媒体系统S的图像性能进行测试；

所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：对几何失真进行校正；

步骤1.1.1：通过插值调整作为视频源的所述显示图像的显示面积，并配合测试仪器E的摄像部的光学镜头，最终使得测试仪器E的摄像部所获得影像在水平或垂直方向铺满测量仪器E的摄像部的图幅；

步骤1.1.2：采用全局配准方式，消除作为视频源的所述显示图像与测试仪器E的摄像部所获图像这两幅图像在分辨率、旋转偏角、水平及垂直方向的位移的差异；

步骤1.1.3：采用平滑约束方式，求取测试仪器E的摄像部所获图像像素与模板图像像素间的像素级映射关系，形成稠密的运动场向量，该运动场向量即为测试仪器的几何失真校正向量；

步骤1.2：对色彩失真进行校正；

步骤1.2.1：统计模板图像和测试仪器E的摄像部采集图像的色彩直方图，再计算色彩直方图的转移函数，该转移函数的逆变换即为测试仪器E的色彩校正向量。

2.根据权利要求1所述的非接触式图像性能客观测试方法，其特征在于，对几何失真进行校正采用简单黑白线条组成的网络或十字图案。

3.根据权利要求1所述的非接触式图像性能客观测试方法，其特征在于，对色彩失真进行校正采用由不同数值的红绿蓝单色方块组成的模板图像，模板图像内各色样面积基本相同。

4.根据权利要求1所述的非接触式图像性能客观测试方法，其特征在于，还包括在步骤1与步骤2之间执行的如下步骤：

采用白模板作为视频信号源，令测试仪器E在一段时间内连续采集多媒体系统的显示部图像，通过对比作为图像模板的白模板与测试仪器E的摄像部所获取图像，以获得系统噪声特征模板。

5.根据权利要求1所述的非接触式图像性能客观测试方法，其特征在于，

所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：将多媒体系统S的摄像部中轴对齐至测试仪器E的显示屏中央，将测试仪器E的摄像部与多媒体系统S的显示部对齐；

步骤2.2：根据执行步骤1得到的测试仪器E自身的几何失真及色彩失真进行度量，测试仪器E所获取的图像信号经过色彩失真校正、几何失真校正，以消除测试仪器E的误差对测试过程的影响；

步骤2.3：将通过执行步骤2.2校正后的图像与作为测试源图像的多媒体系统S的显示部显示的图像做配准，配准后的图像被馈入测试仪器E的系统噪声抑制模块，该系统噪声抑制模块根据测试仪器E的摄像部采集图像中的噪声特征，查找对应的噪声模板，将该噪声模板作为先验知识做适应性滤波处理，最终抑制系统噪声；

步骤2.4：测量多媒体系统S的分辨率时，采用模板M，测试仪器E的摄像部采集图像经校正处理后与模板M对比，分析中心楔不同分辨率处的频谱或主元分布变化；观察不同分辨率标定处的图像向量对，当图像向量对的差异大于门限时，判别该多媒体系统S的分辨率低于标定值，进而检测更低分辨率标定处的向量差异，直至到达差异小于门限值处，该处所对应的标示即为该多媒体系统S的分辨率。

6.根据权利要求5所述的非接触式图像性能客观测试方法，其特征在于，模板M采用TE95模板。

7.根据权利要求5所述的非接触式图像性能客观测试方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.5：测量多媒体系统S的帧率时，采用动态视频作为基准信号；测试仪器E的显示图案快速变化，即2倍以上多媒体系统帧率；测试仪器E的摄像部以2倍以上多媒体系统帧率的采样率获取多媒体系统S显示屏输出图案，并比对所获相邻帧；当相邻帧差大于预设阈值时，视这两个相邻帧为不同的图像帧；测试仪器E统计1秒时隙内图像变化次数，即系统视频帧率。

8.根据权利要求7所述的非接触式图像性能客观测试方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.6：进行图像质量客观度量时，采用2种有参图像质量评估方式：

方式1)：在像素域分析图像对的亮度、对比度、图像结构和色彩的变化，进行形成对应描述子，再由这些描述子构建图像质量客观评价量纲；

方式2)：在小波域分析图像的亮度分量的变化，结合人眼在不同频带的视觉响应及自然图像信号的统计特征，由源图像与所获取的多媒体系统S产生的降质图像的互信息生成图像的客观质量。