TWI716111B - 圖像採集品質評估方法及系統 - Google Patents
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Abstract
一種圖像採集品質評估方法，其包括以下步驟：透過複數個圖像採集裝置採集複數個條紋測試卡在不同亮度下對應的複數個圖像；根據所述複數個圖像的一平均灰階值、一灰階值差以及一無光照時灰階值計算出對應所述複數個圖像採集裝置的複數個電荷對比度曲線；以及根據所述複數個電荷對比度曲線評估所述複數個圖像採集裝置的圖像採集品質。
Description
本發明系有關一種圖像採集品質評估方法，尤指一種可自動計算且能抗噪音的圖像採集品質評估方法。
圖像採集在愈來愈多的裝置以及設備上得到了廣泛的運用。尤其是在高級攝像裝置以及智慧型裝置等領域，藉由將圖像感測器感測到的圖像以灰階方式紀錄並轉換為數位訊號，可在不同裝置之間傳輸並且維持圖像本身的解析度，提供極大的便利性。
承上，藉由不同的圖像採集裝置，在不同的狀態下所採集的圖像並不相同，因此如何評估這些圖像的品質，進而從這些圖像採集裝置當中選擇表現相對良好的對象，便成為一個重要的課題。一般而言，現有技術中，圖像採集裝置將通過測試板的光線所形成的圖像採集後，藉由通過測試板上不同圖案的圖像對比來分析裝置的採集品質。然而，上述的測試板對於光照的環境要求嚴格，只要有些許的光線強度變化則會影響評估的結果，且所形成的圖案無法全部自動計算，即使設計客制化的軟體仍然維持在半自動計算的程度，再加上採集過程容易受到外界噪音的干擾，因此採集以及評估的效率更加低落。
為解決上述問題，本領域非常需要一種新穎的圖像採集品質評估方法。
本發明之一目的在於提供一種創新的圖像採集品質評估方法，其可透過複數個條紋測試卡所形成的複數個圖像，自動計算出對應各個圖像採集裝置的電荷對比度曲線，以在減少訊號噪音干擾的情況下評估各個圖像採集裝置的圖像採集品質。
本發明之另一目的在於提供一種創新的圖像採集品質評估系統，其可透過複數個條紋測試卡所形成的複數個圖像，自動計算出對應各個圖像採
集裝置的電荷對比度曲線，以在減少訊號噪音干擾的情況下評估各個圖像採集裝置的圖像採集品質。
為達到前述之目的，一種圖像採集品質評估方法乃被提出，其包括以下步驟：透過複數個圖像採集裝置採集複數個條紋測試卡在不同亮度下對應的複數個圖像；根據所述複數個圖像的一平均灰階值、一灰階值差以及一無光照時灰階值計算出對應所述複數個圖像採集裝置的複數個電荷對比度曲線；以及根據所述複數個電荷對比度曲線評估所述複數個圖像採集裝置的圖像採集品質。
在一實施例中，所述複數個條紋測試卡各包括平行配置的複數個條紋，且該圖像採集品質評估方法還包括：旋轉所述複數個條紋側視卡一角度，使對應的所述複數個條紋與一水平線夾45度角或135度角。
在一實施例中，該圖像採集品質評估方法還包括：將所述複數個圖像中同一亮度對應的所述複數個圖像行列配置，根據所述複數個圖像的複數個灰階值計算出一行列均值；以及將所述複數個灰階值各減去該行列均值。
在一實施例中，該圖像採集品質評估方法還包括：將減去該行列均值的所述複數個圖像反向旋轉該角度；將反向旋轉該角度後的所述複數個圖像轉換為一數位訊號；以及根據該數位訊號的一極大平均值以及一極小平均值計算出該灰階值差。
在一實施例中，該圖像採集品質評估方法還包括：擷取反向旋轉該角度的所述複數個圖像對應的複數個中心區域圖像，並將所述複數個中心區域圖像轉換為該數位訊號。
在一實施例中，所述條紋測試卡包括複數條黑白條紋，且該複數條黑白條紋彼此間隔且互相平行。
在一實施例中，所述複數個條紋測試卡各包括複數條透明條紋以及複數條不透明條紋，其中該複數條透明條紋以及該複數條不透明條紋彼此間隔。
在一實施例中，該圖像採集品質評估方法還包括：配置一光源、一遮光件以及一荷重在所述複數個條紋測試卡上，其中所述光源、所述條紋測試卡、所述遮光件以及所述荷重依序配置在所述圖像採集裝置上方。
在一實施例中，該圖像採集品質評估方法還包括：根據該平均灰階值以及該灰階值差的一關係曲線計算出該無光照時灰階值。
為達到前述之目的，本發明進一步提出一種圖像採集品質評估系統，其具有複數個圖像採集裝置及複數個條紋測試卡，用以執行一圖像採集品質評估方法，該方法包括以下步驟：透過所述複數個圖像採集裝置採集所述複數個條紋測試卡在不同亮度下對應的複數個圖像；根據所述複數個圖像的一平均灰階值、一灰階值差以及一無光照時灰階值計算出對應所述複數個圖像採集裝置的複數個電荷對比度曲線；以及根據所述複數個電荷對比度曲線評估所述複數個圖像採集裝置的圖像採集品質。
10:圖像採集裝置
20:條紋測試卡
30:遮光件
40:荷重
θ:角度
步驟a:透過複數個圖像採集裝置採集複數個條紋測試卡在不同亮度下對應的複數個圖像
步驟b:根據所述複數個圖像的一平均灰階值、一灰階值差以及一無光照時灰階值計算出對應所述複數個圖像採集裝置的複數個電荷對比度曲線
步驟c:根據所述複數個電荷對比度曲線評估所述複數個圖像採集裝置的圖像採集品質
為進一步揭示本發明之具體技術內容，首先請參閱圖式，其中：圖1繪示本發明的圖像採集品質評估方法之一實施例的步驟流程圖；圖2(a)-2(b)繪示應用本發明的圖像採集品質評估方法時的元件示意圖；圖3為圖2(a)-2(b)中的條紋測試卡的示意圖；圖4繪示應用本發明的圖像採集品質評估方法採集的複數個圖像中同一亮度對應的所述複數個圖像行列配置之示意圖；圖5繪示圖4的所述複數個圖像的其中之一反向旋轉該角度的示意圖；圖6繪示圖5的所述複數個圖像的其中之一對應的中心區域圖像的示意圖；圖7繪示圖6的該中心區域圖像轉換的數位訊號的示意圖，其中，X軸代表條紋的位置，Y軸代表條紋的像素灰階均值與一參考灰階值的差值，該差值為正
時，表示該條紋的像素灰階均值大於該參考灰階值，以及該差值為負時，表示該條紋的像素灰階均值小於該參考灰階值；圖8繪示所述複數個圖像採集裝置採集各所述複數個條紋測試卡的平均灰階值以及灰階值差的關係曲線圖；以及圖9繪示所述複數個圖像採集裝置的電荷對比度曲線關係圖。
為了能自動計算得出對應各個圖像採集裝置的電荷對比度曲線，以在減少訊號噪音干擾的情況下評估上述圖像採集裝置的圖像採集品質，本發明提供一種圖像採集品質評估方法，請一併參考圖1及圖2(a)-2(b)，圖1繪示本發明的圖像採集品質評估方法之一實施例的步驟流程圖，圖2(a)-2(b)繪示應用本發明的圖像採集品質評估方法時的元件示意圖，該圖像採集品質評估方法包括以下步驟：透過複數個圖像採集裝置10採集複數個條紋測試卡20在不同亮度下對應的複數個圖像(步驟a)；根據所述複數個圖像的一平均灰階值、一灰階值差以及一無光照時灰階值計算出對應所述複數個圖像採集裝置的複數個電荷對比度曲線(步驟b)；以及根據所述複數個電荷對比度曲線評估所述複數個圖像採集裝置10的圖像採集品質(步驟c)。
請參考圖3，圖3為圖2(a)-2(b)中的條紋測試卡的示意圖。在步驟a中，所述複數個條紋測試卡20的數量為八個，且各包括彼此間隔的複數個條紋，這些條紋可以是互相平行的黑白條紋，用以反射光源以成像，或者是複數條透明條紋以及不透明條紋，用以透射光源以成像，其中所述複數個條紋彼此間的間距大於等於0.3毫米且小於等於1.0毫米，藉此可清楚鑒別所形成的所述複數個圖像的對比差異。為了減少圖像採集過程中受到外界噪音的影響，在本實施例中，將旋轉所述複數個條紋測試卡20一角度θ，使對應的所述複數個條紋與一水平線夾45度角或135度角，上述的角度θ在之後的步驟中可藉由圖像的方向場計算得知。
指紋掃描器的空間頻率回應可定義為：
其中max為正弦波峰峰值，而min為正弦波谷值，基於圖像採集裝置10當中的圖像感測器能將光強度轉換為偵測的電荷量，因此圖像採集裝置10或者是圖像感測器的電荷對比度可定義為：
其中Q max 以及Q min 分別為對應上述正弦波峰峰值以及上述正弦波谷穀值時的電荷量，而本發明的圖像採集品質評估方法的目的即是在相同的光照條件下，評估出所述複數個圖像採集裝置10中電荷對比度較高的對象。由於圖像感測器會將光強度轉換為電荷量，在經過處理晶片輸出0-255的灰階值，而中間的轉換關係為：Q=λ．I
G=k．Q+G 0
其中Q為電荷量、I為圖像採集時的光強度、G為得到的灰階值、G 0 為完全沒有光照時的理論灰階值，為一常數，而λ和k各為一比例常數。因此，上述電荷對比度的定義可以改寫為：
其中G average 為圖像的平均灰階值，而ΔG則為採集圖像中黑白條紋的灰階值差，為此，需計算出平均灰階值G average 、灰階值差ΔG以及無光照時灰階值G 0 。首先，將所述複數個條紋測試卡20依序配置在所述複數個圖像採集裝置10上，且在所述複數個條紋測試卡20上配置一遮光件30以及一荷重40，用以減少外界光線對於圖像採集的影響。在本實施例中，圖像採集裝置10包括一光源，可分別提供多種不同亮度，但在其它的實施例中，該光源也可獨立於圖像採集裝置10作為一單獨的構件。之後，分別設定圖像採集裝置10採集圖像的多個不同亮度，在本實施例中分別為0、32、64、128、255燭光，並且對每一個條紋測試卡20各連續採集100個圖像，因此總共會有8*5*100=4000個圖像，此時平均灰階值G average 即可透過將同一亮度的所述複數個圖像的總像素的灰階值加總，並除以總像素數量得出。接著請參考圖4，將所述複數個圖像中同一亮度對應的複數個圖像行列配置，根據所述複數個圖像的複數個灰階值計算出一行列均值，並將所述複數個灰階值各減去該行列均值，此時圖像中黑白條紋的灰階值差不會改變，但外界噪音反應在採集圖像的影響卻可藉此大幅去除，這也是先前需將所述複數個條紋測試卡20旋轉該角度θ的原因。為了進一步求出灰階值差ΔG，需要將採集圖片的灰階值轉換為數位訊號，因此會將減去該行列均值的所述複數個圖像反向旋轉該角度θ，如圖5所示，以得到正確相位的圖像灰階值。為了避免旋轉時邊界資訊參差不齊的情況，會擷取反向旋轉該角度
θ的所述複數個圖像對應的複數個中心區域圖像，在本實施例中，所述複數個中心區域為各個圖像自中心點各朝長度方向延伸70%的圖像長度以及朝寬度方向延伸70%的圖像寬度所形成。此時，將所述複數個中心區域圖像投影並沿著縱軸取像素均值從而轉換為一數位訊號，且根據該數位訊號的一極大平均值以及一極小平均值計算出該灰階值差ΔG。
接著，需要計算出對應各個圖像採集裝置10的無光照時灰階值G 0 ，為此，可將上述的電荷對比度公式改寫為：ΔG=0.02%．contrast．(G average -G 0)
對同一圖像採集裝置10而言，在不同光照亮度下，由於電荷對比度不變的關係，因此G average -ΔG的關係應該是通過(G 0 ,0)的直線。藉此，可以藉由採集各所述複數個條紋測試卡的平均灰階值以及灰階值差的一關係曲線的交會點或外差交會點，計算出無光照時灰階值G 0 ，如圖8所示，在本實施例中為185。
在步驟b中，由於各個圖像採集裝置10的平均灰階值G average 、灰階值差ΔG以及無光照時灰階值G 0 皆為已知，因此各個圖像採集裝置10的電荷對比度(定義為正值)可根據上述的平均灰階值G average 、灰階值差ΔG以及無光照時灰階值G 0 計算得出：
其結果如圖9所示。而本實施例的圖像採集品質評估方法的目的即是在相同的光照條件下，評估出所述複數個圖像採集裝置10中電荷對比度較高的對象，因此在相同間距的情況下，電荷對比度較高的圖像採集裝置10為本實施例的圖像採集品質評估方法中較為優良的圖像採集裝置10，換言之，在條紋
間距-電荷對比度關係曲線圖中，位於左上角的關係曲線所隸屬的圖像採集裝置10為採集品質較高的圖像採集裝置10。
依上述的說明，本發明進一步提出一種圖像採集品質評估系統，其具有複數個圖像採集裝置10及複數個條紋測試卡20，用以執行一圖像採集品質評估方法，該方法包括以下步驟：(一)透過複數個圖像採集裝置10採集複數個條紋測試卡20在不同亮度下對應的複數個圖像；(二)根據所述複數個圖像的一平均灰階值、一灰階值差以及一無光照時灰階值計算出對應複數個圖像採集裝置10的複數個電荷對比度曲線；以及(三)根據所述複數個電荷對比度曲線評估複數個圖像採集裝置10的圖像採集品質。
另外，由以上的說明可知，本發明主要具有以下優點：本發明的圖像採集品質評估方法可透過複數個條紋測試卡所形成的複數個圖像自動計算出對應各個圖像採集裝置的電荷對比度曲線，從而在減少訊號噪音干擾的情況下評估各個圖像採集裝置的圖像採集品質。
本發明所揭示者，乃較佳實施例之一種，舉凡局部之變更或修飾而源於本發明之技術思想而為熟習該項技藝知人所易於推知者，俱不脫本發明之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。
步驟a:透過複數個圖像採集裝置採集複數個條紋測試卡在不同亮度下對應的複數個圖像
步驟b:根據所述複數個圖像的一平均灰階值、一灰階值差以及一無光照時灰階值計算出對應所述複數個圖像採集裝置的複數個電荷對比度曲線
步驟c:根據所述複數個電荷對比度曲線評估所述複數個圖像採集裝置的圖像採集品質
Claims (8)
- 一種圖像採集品質評估方法，其包括以下步驟：透過複數個圖像採集裝置採集複數個條紋測試卡在不同亮度下對應的複數個圖像，且所述複數個條紋測試卡的複數個條紋係與一水平線夾45度角或135度角；根據所述複數個圖像的一平均灰階值、一灰階值差以及一無光照時灰階值計算出對應所述複數個圖像採集裝置的複數個電荷對比度曲線；根據所述複數個電荷對比度曲線評估所述複數個圖像採集裝置的圖像採集品質；將所述複數個圖像中同一亮度對應的所述複數個圖像行列配置，根據所述複數個圖像的複數個灰階值計算出一行列均值；以及將所述複數個灰階值各減去該行列均值。
- 如申請專利範圍第1項所述之圖像採集品質評估方法，還包括：將減去該行列均值的所述複數個圖像反向旋轉該角度；將反向旋轉該角度後的所述複數個圖像轉換為一數位訊號；以及根據該數位訊號的一極大平均值以及一極小平均值計算出該灰階值差。
- 如申請專利範圍第2項所述之圖像採集品質評估方法，還包括：擷取反向旋轉該角度的所述複數個圖像對應的複數個中心區域圖像，並將所述複數個中心區域圖像轉換為該數位訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之圖像採集品質評估方法，其中所述條紋測試卡包括複數條黑白條紋，且該複數條黑白條紋彼此間隔且互相平行。
- 如申請專利範圍第1項所述之圖像採集品質評估方法，其中所述複數個條紋測試卡各包括複數條透明條紋以及複數條不透明條紋，其中該複數條透明條紋以及該複數條不透明條紋彼此間隔。
- 如申請專利範圍第1項所述之圖像採集品質評估方法，還包括： 配置一光源、一遮光件以及一荷重在所述複數個條紋測試卡上，其中所述光源、所述條紋測試卡、所述遮光件以及所述荷重依序配置在所述圖像採集裝置上方。
- 如申請專利範圍第1項所述之圖像採集品質評估方法，還包括：根據該平均灰階值以及該灰階值差的一關係曲線計算出該無光照時灰階值。
- 一種圖像採集品質評估系統，具有複數個圖像採集裝置及複數個條紋測試卡，用以執行一圖像採集品質評估方法，該方法包括以下步驟：透過所述複數個圖像採集裝置採集所述複數個條紋測試卡在不同亮度下對應的複數個圖像，且所述複數個條紋測試卡的複數個條紋係與一水平線夾45度角或135度角；根據所述複數個圖像的一平均灰階值、一灰階值差以及一無光照時灰階值計算出對應所述複數個圖像採集裝置的複數個電荷對比度曲線；根據所述複數個電荷對比度曲線評估所述複數個圖像採集裝置的圖像採集品質；將所述複數個圖像中同一亮度對應的所述複數個圖像行列配置，根據所述複數個圖像的複數個灰階值計算出一行列均值；以及將所述複數個灰階值各減去該行列均值。
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