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关于imatest Colorcheck模块的测试及结果分析(imatest版本 5.2.11)

时间:2022-12-26 21:39:21浏览次数:70  
标签:11 误差 5.2 色块 颜色 噪声 patch 饱和度 imatest


一、Colorcheck 作用:


    1、测试色彩准确性


    2、测试白平衡


    3、测试噪声或信噪比







二、测试环境要求:


    1、拍摄图卡距离:图卡按中心对齐,上下占画面的70%,如下图:


        

关于imatest Colorcheck模块的测试及结果分析(imatest版本 5.2.11)_拟合


        注:距离不是关键,无需用图卡填充整个画面,只需要2400像素(100/patch)就可分析色彩和白平衡(不含噪声);



    2、照度:


        a、20-45度入射角,均匀度偏差不超过5%


        b、18-22%的中灰色背景,且曝光误差在1/4 f-stop以内,才能保证L*a*b*颜色值正确;







三、参数设置分析:


    1、如右红框,可选择专家或简化模式,按标准设置按钮,会选择常用设置(推荐给初学者);



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    2、Colorchecker reference: 就是制作色卡的参考标准(L*a*b*值的差异),具体根据当前使用色卡参考的标准来选择即可(购买的色卡包装上应该都有注明),目前我司用的色卡参考的是:X-Rite default:post-Nov 2014 D50


    注: 如下表的顺序是最旧的参考设置在前;


    

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    3、Color space: 颜色空间,是表示颜色的一种数学方法,用表示颜色的基本参数来描述和记录颜色,通常用三维模型来定义颜色空间,空间中的颜色用代表三个颜色属性参数的三个维度的坐标指定;这里选择sRGB即可,


    

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     4、Nonuniformity correction:针对照明条件不佳,导致画面照度的不均匀,而进行的非均匀性校正,保证环境均匀性偏差不超过5%,即可不用执行;


    

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    5、ISO Speed:感光度的一些计算,默认不用 ( 如果为空白或零,则不会计算灵敏度);


    

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     6、参数显示设置:是设置结果数据的显示形式、计算标准


    

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Pixel SNR= 20*log10(S/N) 单位dB,S越大,N越小,信噪比越大,图像质量越好;



    2>、Color error display:颜色误差显示,对应不同的计算色差的标准,CIE1976、CIE1994、CIE2000, 后两者更准确,反映了眼睛对高度饱和度颜色变化的敏感性降低。 因此它们的测量值通常较低 ;


        CIE1976:是在L*a*b*色域空间上,计算 测量值 与标准值空间两点的几何距离,但对于高饱和度的色彩计算不准确;


        CIE1994:相较于CIE1976, 对于高饱和度的颜色计算要准确的多;


        CMC:用于纺织工业;


        CIE2000:是推荐用的最准确的色差方程;



颜色误差的标准偏差 (  σ  ) 或最大颜色误差(max);



    4>、余下的参数,选默认值即可:


    

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四、输出结果分析:


     1、图1:灰度色调响应和噪声


    

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    左上方的图:是色卡中第4行,灰色方块的密度响应。它包括一阶和二阶拟合(蓝色和绿色虚线)。横轴是 Log Exposure(减去目标密度),印在ColorChecker的背面。


    如果曝光误差小于0.25(最大推荐误差),则显示为淡红色,否则显示为粗体红色。


    Gamma(对比度)是 log pixel level 作为 log exposure ( d(log pixel level)/d(log exposure) )的函数的平均斜率,底部行块2-5(白色和黑色块除外)。



    右上方的图:显示了色卡中第3行色块的噪声,其中包含颜色最强烈的色块:蓝色、绿色、红色、黄色、洋红和青色。在某些相机中,噪声可能随颜色而变化。在灰色区域中看不到的问题,在这些色块中可能是显而易见的。注意,x轴刻度(log exposure)与左边的图是相反的。



    左下方的图:显示了像素信噪比(dB),


    SNR(dB)=20log10(Si/Ni), 其中 Si 为patch i 的信号(mean pixel level),Ni为patch i 的噪声(pixel level 的标准差,去除缓慢变化)。--- i 表示色块编号;


White – Black patches (patch 19 – patch 24; density difference = 1.45


    SNRBW=20 log10(SWHITE-SBLACK/ Nmid),其中Nmid是patch 22(第4行patch;中间灰色;最接近标称图表密度= 0.7)。




    2、图2:噪声细节(仅限Imatest Master)


    显示密度响应,f-stops噪声(与眼睛的工作相对应的相对测量),第三个Colorchecker行噪声,其中包含原色,以及所选patch的噪声频谱。


    

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    左上方的图:是色卡中第4行,灰色方块的密度响应。它包括一阶和二阶拟合(蓝色和绿色虚线)。横轴是 Log Exposure(减去目标密度),印在ColorChecker的背面。


    如果曝光误差小于0.25(最大推荐误差),则显示为淡红色,否则显示为粗体红色。如果已输入指示lux,则显示ISO灵敏度。


    Gamma(对比度)是 log pixel level 作为 log exposure ( d(log pixel level)/d(log exposure) )的函数的平均斜率,底部行块2-5(白色和黑色块除外)。



    右上方的图:显示了色卡中第3行色块的噪声或信噪比,其中包含颜色最强烈的色块:蓝色、绿色、红色、黄色、洋红和青色。在某些相机中,噪声可能随颜色而变化。在灰色区域中看不到的问题,在这些色块中可能是显而易见的。



    左下方的图显示了R, G, B和Y(亮度)RMS噪声作为Log Exposure每个patch的函数。RMS噪声用f-stops表示,f-stops是一种与人眼工作密切相关的测量方法。在步骤图中详细描述了这种测量方法。它在暗区最大,因为f-stops之间的像素间距最小。



    右下方的图显示了所选patch(色块21)的R, G, B, Y噪声谱。频谱传递有关信号处理的线索,例如,异常快速的衰减可能表明噪声降低过度。低空间频率下的高电平或红蓝噪声是典型的拜耳传感器。如果可用,则显示EXIF数据中的ISO速度和曝光时间。




     3、图3:a*b*颜色误差



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a*b* 平面上的颜色误差,其中 a*是水平轴(绿-红),b*是垂直轴(蓝-黄);


方块表示理想的(a*,b*)颜色坐标值,由上面的ColorChecker reference设置选择。 圆圈是测量出的(a*,b*)值;


正方形和圆形附近的数字对应colorchecker 色块编号:1-6在第一行,7-12在第二行,13-18在第三行,19-24(底行)的数字被省略,因为它们的(a*,b*)值聚集在(0,0)附近;


L* = 0生成黑色而L* = 100指示白色)大约 0.9 的预期颜色(在监视器 sRGB 色彩空间中)。它呈现了与 a* 和 b* 相关的色调的合理图片(尽管它们随L *发生了一些变化)。浅灰色曲线是L (HSL) = 0.5 时色彩空间 (sRGB) 的色域边界(CIELAB 边界难以计算)。


    e、 Δ È ab(其包括亮度L*),Δ C( 仅限颜色;省略L *)。


    

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一个颜色的饱和度就是它到原点的距离

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    i_meas 表示色块 i 测量值,i_ideal表示理想的colorchecker 值;



    注:当饱和度>100%。饱和度会提高,它受到镜头质量(劣质镜头的眩光会降低饱和度)和信号处理的影响。许多相机和大多数RAW转换器有调整饱和度的功能。


    RAW 转换期间的图像处理(尤其是 ​​色彩校正矩阵 (CCM)​​ )会严重影响饱和度。相机输出的图像通常会提高饱和度以使其更加生动(110-120% 在紧凑型数码相机中很常见),但提高饱和度会导致高饱和物体的细节丢失。饱和度超过 120% 应被视为过度。




    g、 ΔC、ΔE 显示总结:



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    对于以上三种显示,可以显示均值、最大值或均方根值 (RMS) 的颜色误差;


    

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    如上公式是对于 Colorchecker 色块 1-18来统计的, x 是ΔC i  和 Δ  C i_corr ;


    均方根 (RMS) 误差,用 sigma (  σ  ) 表示 ,赋予大误差更大的权重;因此,它可能是更好的色彩准确度总体指标。 您可以 在输入设置窗口中 选择 σ 和最大值。



    看下图可知,使用不同色差标准的测量值是有差异的;


    

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    注: 在解释结果时,请记住 相机制造商不一定以准确的色彩再现为目标,这可能会显得平坦和暗淡。 他们认识到 准确 令人愉悦的 颜色 之间存在差异 :大多数人更喜欢深蓝色的天空、饱和的绿色树叶和温暖、略饱和的肤色。 他们始终牢记底线,旨在取悦。 因此,它们通常会提高饱和        度,尤其是在蓝色、绿色和肤色中。




    4、图4,颜色分析:


下图可以用来比较实际值和理想值,还可使用色块19-24显示白平衡错误;


 

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如上右图:


区域 1 是所拍摄的色块。对应于上面 L*a*b* 颜色误差图中的圆圈。


b、区域 2 的方块是色块的参考值,根据所拍摄图表 的亮度进行 校正。校正是从上述灰色区域的二阶拟合导出的。默认情况下以 ​​HSL​​​颜色完成,但您可以在 ​​HSL​​​、 ​​HSV​​​、 ​​xyY​​​或 ​​L*a*b* 之间进行选择​​。区域 1 和 2 的平均亮度应该接近——区域 2 可能在某些色块中更暗,而在其他色块中更亮。 2区和 3区对应于上面 L*a*b* 颜色误差图中的小方块(参考值)。


c、区域3是没有亮度校正的色块的理想值。对于所有色块,区域 2 的亮度将始终比区域 3 更亮或更暗,具体取决于曝光。



如下图:



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d、ΔC00(ΔC2000):忽略亮度的颜色误差;


e、HSV Saturation S:HSV颜色模型, S 的值可以介于 0 (表示完美的中性灰色)和 1 之间的值(表示完全饱和的颜色)。 S对应的感知色差取决于颜色空间。 


灰色块中最为明显(底行 2-5)。 对于 S < 0.02,它几乎不可见。 S > 0.10 是相当严重的,特别是对于较浅的灰色块。


g、底部的图像显示 夸大了白平衡误差,这是通过使用下方曲线提高饱和度 S 计算得出的,同时保持 H 和 V 不变。低饱和度值提高了 4 倍;提升随着饱和度的增加而减少。这张图片比不夸张的图表更清楚地显示了白平衡错误。 请记住,此图像比现实更糟糕;在实际照片中,小的白平衡误差可能并不明显,尤其是在强烈饱和的颜色附近。



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     5、保存的.CVS文件内容分析; .CVS输出文件包含Colorcheck的测试结果,格式如下:


a、包含如下的一些软件版本、图片名称、路径、编译时间等信息;



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Brightness = 0.3 * R + 0.6 * G + 0.1 * B.最大值是255,Pixel/255是标准化的表示,pixel/255 ldeal是理想状态下的值;


     Log(exp)、Log(px/255)是曝光值,具体如何算的不清楚,但貌似也不常用;


     WB Err:白平衡误差的不同表示,常用WE ERR S(HSV)的值来判断;


     注:调试时最好保证色块19的pixel要大于210,曝光误差才会可能满足要求,也就是 f-stop为 [-0.2,0.2];



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c、如下表示R\G\B\Y 通道的噪声测量值,A-noise和A-fstop表示前面数值的测量均值; 



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d、表示S/N 和SNR(dB)的测量结果:A-S/N和A-SNR(dB)是两种表示信噪比方式的均值;SNR_BW = 20 log 10( (  S WHITE –  S BLACK )/  N mid ),其中 N mid是中间灰色块中的噪声(最接近标称图表密度 = 0.7)。



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e、包含24个色块的理想和测量RGB和La*b*值;



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CIE1976、CIE1994、CIE2000),得出的颜色误差测量值(与理想Colorcheck 值的差异)、gamma;



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g、包含相机的一些重要参数;



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标签:11,误差,5.2,色块,颜色,噪声,patch,饱和度,imatest
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