CN117667735A - 图像增强软件响应时间校准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种图像增强软件响应时间校准装置及方法，涉及电子信息技术领域。所述校准装置包括用于运行被校准的图像增强软件的运行处理平台，所述运行处理平台连接有显示设备和高速相机。所述校准方法包括：软件行为监控；响应时间测量；测量结果修正。本发明实施例能够对图像增强软件响应时间进行校准，使其测量结果不依赖于计算机时间，并可以溯源到国家时间基准，能够有效保障图像增强软件响应时间测量结果的准确可靠，对于促进我国软件产业的高质量发展具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，特别是指一种图像增强软件响应时间校准装置及方法。
背景技术
图像媒体是人类获取信息的主要来源，清晰的图像对人们的日常生活、科学研究都有着十分重要的作用。但图像在采集、传输和记录的过程中都会受到诸多因素的影响，天气、遮障、目标和采集设备的高速不稳定运动等因素，使得图像在采集环节会出现模糊、目标遮蔽等信息缺失的现象，在传输等环节会出现噪声污染、缺损等质量退化的现象，导致图像难以满足分析判读的需要。
随着计算机、网络、图像处理技术及传输技术的飞速发展，在安全防范、视频监控、生物医学、卫星侦察、航空遥感、微光夜视、图像识别、视频通信、智能驾驶等众多领域，都对图像质量提出了更高的要求。通过地面、机载、舰载、车载、星载等多平台，多源传感器等途径获得的图像数据，如果出现影响分析判别的质量缺陷，需要进行快速质量增强处理，以实现对信息的准确提取与识别，因此，图像增强技术是信息技术发展的重要保证。图像增强软件是图像增强技术的主要实现方式，是综合运用图像增强算法，对原始图像进行噪声去除、模糊去除、超分辨率重建等处理，改善图像质量，增强视觉效果，恢复退化图像原始信息的软件，得到了越来越广泛的应用。响应时间参数作为图像增强软件的重要技术指标，是衡量图像增强软件效率与质量的关键参数，响应时间测量的准确性直接影响图像增强软件的评判与验收。
响应时间的测量主要通过软件测试进行，软件测试是在规定的条件下，通过手动或自动方式对软件进行操作，以检查软件是否满足规定要求或找出预期结果与实际结果之间的差异的过程。软件测试是发现程序中的错误，保证软件质量，检查软件是否符合客户要求的重要环节。针对软件测试工作的具体实施，我国在GB/T 16260《软件工程产品质量》的基础上颁布了18项国家标准，其中涉及响应时间的标准主要有：GB/T 29835.1-2013《系统与软件效率第1部分：指标体系》、GB/T 29835.2-2013《系统与软件效率第2部分：度量方法》、GB/T 29835.3-2013《系统与软件效率第3部分：测试方法》。GB/T 29835中对响应时间的定义是：客户端请求开始时间和服务器返回数据到客户端时间的差值。测试方法为：软件性能测试工具模拟用户向服务器发出请求，测量服务器软件响应这些请求所需时间。可以看出GB/T 29835是针对网页/服务器架构软件制定的标准，主要适用于服务器软件的测试。
图像增强软件为具有特定功能的单机软件，对其测试主要依据AIOSS-01-2018《人工智能深度学习算法评估规范》，AIOSS-01-2018对此类软件响应时间的定义是：“在给定的软硬件环境下，深度学习算法对给定的数据进行运算并获得结果所需要的时间”，基于此，对于图像增强软件的响应时间，定义为图像增强软件从开始对一幅缺陷图像进行增强到增强完成显示增强后图像的时间。因此GB/T 29835从响应时间的定义到测试方法均不适用于图像增强软件。
由于AIOSS-01-2018没有对图像增强软件响应时间的测试方法进行规定，目前图像增强软件响应时间通过读取执行图像增强功能的起止点的计算机时间，测量时间差的方式得到。但计算机时间受操作系统资源调度、系统负载、软硬件配置等因素的影响，难以保证测量结果的准确，美国国家标准与技术研究院(NIST)在NISTIR8289专著中对由计算机时间得到的软件时间进行了专门论述：“软件运行时间包括了在执行测量过程中，可能花费在操作系统内其他进程上的时间”。因此，在现有图像增强软件响应时间测试过程中不仅存在着由于不同软件运行环境下的测量结果不一致的现象，还存在未形成统一计量标准导致的测量结果不确定性高的现象。在实际测试中，时常出现同一图像增强软件响应时间多次测试结果不一致、不同测试机构对同一图像增强软件响应时间测试结果不一致的现象，严重影响性能评价与验收使用。
综上所述，建立图像增强软件响应时间的校准方法和校准装置，使其测量结果不依赖于计算机时间，并可以溯源到国家时间基准，能够有效保障图像增强软件响应时间测量结果的准确可靠，对于促进我国软件产业的高质量发展具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种能够有效保障图像增强软件响应时间测量结果准确可靠的图像增强软件响应时间校准装置及方法。
一方面，提供一种图像增强软件响应时间校准装置，包括用于运行被校准的图像增强软件的运行处理平台，所述运行处理平台连接有显示设备和高速相机。
另一方面，提供利用上述的图像增强软件响应时间校准装置对图像增强软件响应时间进行校准的方法，包括：
步骤1：软件行为监控；
步骤2：响应时间测量；
步骤3：测量结果修正。
本发明实施例提供的图像增强软件响应时间校准装置及方法，能够对图像增强软件响应时间进行校准，使其测量结果不依赖于计算机时间，并可以溯源到国家时间基准，能够有效保障图像增强软件响应时间测量结果的准确可靠，对于促进我国软件产业的高质量发展具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明中图像增强软件响应时间校准原理示意图；
图2为本发明的图像增强软件响应时间校准装置的结构示意图；
图3为本发明的图像增强软件响应时间校准方法的流程示意图；
图4为本发明中软件行为监控的具体流程图；
图5为本发明中响应时间测量补偿的具体流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
首先对本发明的工作原理说明如下：
图像增强软件响应时间的校准值采用标准测量系统法，通过比较图像增强软件测量值和校准装置校准值的方式实现校准，校准可以在低分辨率、中分辨率、高分辨率三种尺寸的图像上进行，以全面衡量图像增强软件的性能。校准装置使用高速相机作为计时工具，通过监控软件捕捉图像增强软件开始执行图像增强处理的动作，同步触发高速相机开始采集显示设备的图像，高速相机开始采集的第一幅图像作为计时起点。图像增强结束后停止采集，测量软件通过图像配准算法识别完整显示的第一幅增强后的图像，作为计时终点，根据图像数量得到响应时间的测量值，再对测量值进行修正，消除显示(处理)设备产生的延迟后，得到图像增强软件响应时间的校准值。
校准装置测量得到的时间Tc由图像增强软件响应时间T、总线数据传输时间t1、显卡处理时间t2、显示器响应时间t3四部分组成，如图1所示，因此Tb＝t1+t2+t3为装置延迟产生的误差量。要得到图像增强软件响应时间T，需要从测量时间Tc中减去总线数据传输时间t1、显卡处理时间t2、显示器响应时间t3。
因此，图像增强软件响应时间校准值的测量数学模型如式1所示。
T＝Tc-Tb 式1
式中：Tc为高速相机测量值；Tb为修正值，Tb＝t1+t2+t3。
一方面，本发明实施例提供一种图像(质量)增强软件响应时间校准装置，如图2所示，包括用于运行被校准的图像增强软件的运行处理平台21，运行处理平台21连接有显示设备22和高速相机23。
本发明实施例设计制造的图像增强软件响应时间校准装置由运行处理平台、显示设备、高速相机、铷原子钟、通信线缆等硬件装置和监控测量软件构成，监控测量软件和被校准的图像增强软件均运行在运行处理平台上，下面对该装置的构成进行简要说明。
(1)运行处理平台21可以为CPU+GPU+PCIE4.0架构，为被校准的图像增强软件、监控软件和测量软件提供运行所需的硬件支持。
(2)显示设备22可以配置OLED屏，具备HDMI视频接口，响应时间小于1ms，作为运行处理平台21的显示终端。
(3)高速相机23的帧速率可以为2.2×105帧/秒，可提供4.5μs的时间测量分辨力；高速相机23可以连接有原子钟24(如铷原子钟)，这样配置外部参考时钟接口，由外部输入时钟决定时间测量的稳定性。高速相机23优选通过千兆网接口将采集图像传输至运行处理平台21，高速相机23的帧速率可以溯源到国家时间基准，能够保证时间测量结果的准确。
(4)铷原子钟为高速相机23提供参考时钟，具备1.0E-11/10s的短期稳定性，可以确保高速相机23帧间隔时间的一致和稳定。
(5)通信线缆为校准装置各部分提供可靠连接。
另一方面，本发明实施例提供一种利用上述的图像增强软件响应时间校准装置对图像增强软件响应时间进行校准的方法，如图3所示，包括：
步骤1：软件行为监控；
步骤2：响应时间测量；
步骤3：测量结果修正。
具体实施时，本发明实施例的方法可以监控测量软件的形式运行在运行处理平台上。为了更加科学的测量图像增强软件响应时间，校准流程可以分为软件行为监控、响应时间测量、测量结果修正三大步骤。下面逐一进行详细说明。
(1)软件行为监控
软件行为监控分为行为标注和监控触发两步。首先在运行处理平台上运行监控测量软件，启动图像增强软件，监控测量软件将监测到图像增强软件的进程并对进程号(PID)进行标注。启动图像增强功能，监控测量软件将监测启动消息并对消息进行标注。完成了进程和消息的标注后，监控测量软件可准确捕捉图像增强软件的启动动作，同步触发高速相机采集图像。图像增强软件执行图像增强操作完成后，监控测量软件将存储增强后的图像。
也就是说，作为一种可选的实施例，所述步骤1可以包括：
步骤1.2：识别并标注图像增强软件对图像进行图像增强的启动消息。
具体实施时，本步骤1.2可以包括：
利用Windows Hook技术同步截获图像增强软件执行图像增强处理动作。
由于图像增强软件通过操作者使用鼠标或键盘等外部设备启动图像增强操作，基于此，监控测量软件可以通过Windows Hook截取图像增强软件进程执行图像增强处理的鼠标或键盘消息，作为启动计时的标志，同步触发高速相机启动采集。
作为另一种可选的实施例，所述步骤1中在步骤1.2之前可以包括：
步骤1.1：监测图像增强软件的进程并标注进程号。
具体实施时，本步骤1.1可以包括：
利用Windows操作系统的消息驱动机制监控定位图像增强软件进程。
Windows操作系统的消息驱动机制通过消息实现应用程序之间、应用程序与windows系统之间进行通信。软件每发生一次操作，都会产生一条消息发送给操作系统，操作系统生成特定进程(Process)处理该消息并采取相应的操作，基于此，监控测量软件可以通过进程监控定位图像增强软件进程。
这样，监控测量软件综合应用进程监控和Windows Hook技术，截获图像增强软件启动图像复原/增强指令，同步启动高速相机，根据高速相机采集的图像数量测量图像增强软件的响应时间，对其进行修正后作为响应时间的校准值，软件行为监控的具体流程可以如图4所示。
(2)响应时间测量
高速相机由监控测量软件控制开始图像采集，测试人员观察到图像增强完成后，停止高速相机采集，高速相机将采集的图像传输至数据处理平台，此时监控测量软件测量得到响应时间的测量值。
也就是说，作为一种可选的实施例，所述步骤2可以包括：
步骤2.2：当图像增强软件开始执行图像增强时，作为启动计时的标志，同步触发启动高速相机采集图像；
本步骤中，如前所述，监控测量软件可以通过Windows Hook截取图像增强软件进程执行图像增强处理的鼠标或键盘消息，当截取到该消息时，即说明图像增强软件开始执行图像增强，此时作为启动计时的标志，同步触发高速相机启动采集图像。
步骤2.3：图像增强完毕，存储高速相机采集的图像；
步骤2.4：根据高速相机采集的图像，测量得到响应时间的测量值Tc。
具体实施时，本步骤2.4可以包括：
步骤A1：采用图像配准算法匹配增强后的图像与高速相机采集到的图像，从而定位高速相机采集到完整显示的第一幅增强图像也即定位图像，作为计时结束的标志；
例如，高速相机采集的图像生成采集图像序列S1i，i＝1，2，...L1，L1为采集的图像总数。由于高速相机采集的图像远超过测量所需图像数量，因此采用图像配准算法匹配增强后的图像与高速相机采集到的图像，从而定位高速相机采集到完整显示的第一幅增强图像，作为计时结束的标志(即通过图像配准算法定位计时截止点)。
图像配准算法可以采用本领域技术人员容易想到的各种算法，为方便实施，本发明实施例设计的图像配准算法可以通过计算原图像和待匹配图像的相关性确定匹配的程度，用R值表示。原图像为图像增强软件处理/增强后的图像，设为T，T(i,j)为原图像(i,j)位置上的灰度值。待匹配图像为高速相机拍摄的图像，设为S，S(i,j)为待匹配图像(i,j)位置上的灰度值。R值的计算方法可以如式2所示。
式中：
R值越大，说明待匹配图像与原图像越相似，当待匹配图像与原图像完全相同时，R＝1。但匹配图像为高速相机采集，由于显示设备亮度、对比度以及高速相机感光性能等因素的影响不可能与原图像完全一致，故计算结果无法出现R＝1的情况，因此取R值最大的(首幅)图像作为定位高速相机采集到完整显示的第一幅增强图像。遍历图像序列S1i，计算图像T与S1i中每幅图像的R值，取R值最大的(首幅)图像作为定位图像。
步骤A2：统计启动高速相机采集的第一幅图像到该定位图像间图像的数量，计算得到响应时间的测量值。
本步骤中，通过图像数量测量响应时间，具体实施时，可以统计启动高速相机采集的第一幅图像到定位图像间图像的数量N1，按照高速相机的时间测量分辨力乘以N1(对于前述的高速相机，即按照Tc＝4.5μs×N1)计算得到测量结果。
(3)测量结果修正
在监控测量软件中选择存储的图像，点击加载增强后的图像，监控测量软件将图像加载至内存，点击补偿按钮，开始显示该图像，并且监控测量软件同步启动高速相机采集图像，观察到增强后的图像显示完成后，停止高速相机采集，监控测量软件测量响应时间的修正值，使用修正值对测量时间修正后得到响应时间的校准值。
也就是说，作为一种可选的实施例，所述步骤3可以包括：
步骤3.1：加载增强后的图像至内存；
步骤3.2：开始显示并同步触发启动高速相机采集图像；
步骤3.3：图像显示完毕，存储高速相机采集的图像；
步骤3.4：根据高速相机采集的图像，测量得到响应时间的修正值Tb；
本步骤3.4的执行与前述步骤2.4相同，具体可以包括：
步骤B1：采用图像配准算法匹配增强后的图像与高速相机采集到的图像，从而定位高速相机采集到完整显示的第一幅增强图像也即定位图像，作为计时结束的标志；
步骤B2：统计在此阶段启动高速相机采集的第一幅图像到该定位图像间图像的数量，计算得到响应时间的测量值。
本步骤B1-B2与前述步骤A1-A2相同，此处不再赘述。
步骤3.5：将响应时间的测量值Tc减去响应时间的修正值Tb，得到响应时间的校准值。
该“测量结果修正”步骤通过测量增强图像的显示时间修正测量结果，具体实施时，可以为：选择增强后存储的图像，点击加载图像按钮，监控测量软件将增强后存储的图像由硬盘加载至内存，点击补偿按钮，开始显示该图像，并且监控测量软件同步启动高速相机采集，观察到图像显示完成后，停止高速相机采集，高速相机将采集的图像传输至数据处理平台，生成采集图像序列S2i，i＝1，2，...L2，L2为采集的图像总数，遍历图像序列S2i，计算图像T与S2i中每幅图像的R值，取R值最大的(首幅)图像作为定位图像，统计采集的第一幅图像到该定位图像间图像的数量N2，按照Tb＝N2×4.5μs计算补偿值，补偿值Tb中包括了总线数据传输时间t1、显卡处理时间t2、显示器响应时间t3，计算T＝Tc-Tb得到响应时间的校准值。响应时间测量补偿的具体流程可以如图5所示。
为进一步阐述本发明实施例的图像增强软件响应时间校准的基本原理和流程，我们通过一个具体实例进行说明，图像增强软件分别对100万像素、26万像素、6万像素的图像进行增强处理，校准装置对图像增强软件响应时间进行校准，具体流程可以参考如下：
1、在运行处理平台上运行监控测量软件，然后启动图像增强软件；
2、监控测量软件列出操作系统目前正在运行的全部进程，从中选择图像增强软件的进程并对进程号(PID)进行标注；
3、图像增强软件启动图像增强操作；
4、监控测量软件显示监测到的启动消息，对启动消息进行标注；
5、在图像增强软件点击打开图像，选择100万像素的缺陷图像，启动图像增强操作；
6、监控测量软件捕捉到启动动作(启动图像增强操作的动作)，自动同步启动高速相机开始采集图像；
7、观察图像增强软件执行图像增强完成后，停止高速相机采集，将采集的图像传输至运行处理平台；
8、根据高速相机采集的图像，监控测量软件测量得到响应时间的测量值Tc；
9、在监控测量软件中加载增强后的图像，将图像加载至内存；
10、点击补偿按钮，开始显示该图像，并且监控测量软件启动高速相机采集图像；
11、观察到增强图像显示完成后，停止高速相机采集，将采集的图像传输至运行处理平台；
12、根据高速相机采集的图像，监控测量软件测量得到响应时间的修正值Tb；
13、监控测量软件计算T＝Tc-Tb，得到响应时间的校准值；
14、重复上述步骤4)～13)，完成增强26万像素、6万像素图像响应时间的校准。
校准结果如下表1所示：
表1
| 图像尺寸 | 测量值Tc(ms) | 修正值Tb(ms) | 校准值T(ms) |
| 100万像素 | 750.368 | 715.652 | 34.716 |
| 26万像素 | 231.409 | 219.036 | 12.373 |
| 6万像素 | 35.700 | 29.663 | 6.037 |
综上，本发明实施例的图像增强软件响应时间校准装置及方法，能够对图像增强软件响应时间进行校准，使其测量结果不依赖于计算机时间，并可以溯源到国家时间基准，能够有效保障图像增强软件响应时间测量结果的准确可靠，对于促进我国软件产业的高质量发展具有重要意义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种图像增强软件响应时间校准装置，其特征在于，包括用于运行被校准的图像增强软件的运行处理平台，所述运行处理平台连接有显示设备和高速相机。
2.根据权利要求1所述的图像增强软件响应时间校准装置，其特征在于，所述运行处理平台为CPU+GPU+PCIE4.0架构；
和/或，所述显示设备配置OLED屏，具备HDMI视频接口，响应时间小于1ms；
和/或，所述高速相机的帧速率为2.2×105帧/秒；
和/或，所述高速相机连接有原子钟；
和/或，所述高速相机通过千兆网接口连接所述运行处理平台。
3.利用权利要求1或2所述的图像增强软件响应时间校准装置对图像增强软件响应时间进行校准的方法，其特征在于，包括：
步骤1：软件行为监控；
步骤2：响应时间测量；
步骤3：测量结果修正。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：
识别并标注图像增强软件对图像进行图像增强的启动消息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述识别并标注图像增强软件对图像进行图像增强的启动消息，包括：
利用Windows Hook技术同步截获图像增强软件执行图像增强处理动作。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：
监测图像增强软件的进程并标注进程号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述监测图像增强软件的进程并标注进程号，包括：
利用Windows操作系统的消息驱动机制监控定位图像增强软件进程。
8.根据权利要求3-7中任一所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
当图像增强软件开始执行图像增强时，作为启动计时的标志，同步触发启动高速相机采集图像；
图像增强完毕，存储高速相机采集的图像；
根据高速相机采集的图像，测量得到响应时间的测量值Tc。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据高速相机采集的图像，测量得到响应时间的测量值Tc，包括：
采用图像配准算法匹配增强后的图像与高速相机采集到的图像，从而定位高速相机采集到完整显示的第一幅增强图像也即定位图像，作为计时结束的标志；
统计启动高速相机采集的第一幅图像到该定位图像间图像的数量，计算得到响应时间的测量值。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
加载增强后的图像至内存；
开始显示并同步触发启动高速相机采集图像；
图像显示完毕，存储高速相机采集的图像；
根据高速相机采集的图像，测量得到响应时间的修正值Tb；
将响应时间的测量值Tc减去响应时间的修正值Tb，得到响应时间的校准值。
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