手機(jī)攝像頭評(píng)估方法淺論

標(biāo)簽：測(cè)試

一直從各種渠道看到各種人士對(duì)手機(jī)的各種評(píng)測(cè)文章,有時(shí)心里也癢癢的,其實(shí)在硬件測(cè)試這塊,我也算是個(gè)業(yè)內(nèi)人士了,不找機(jī)會(huì)插一腳實(shí)在有點(diǎn)趕不上形式了.以前老寫關(guān)于集成電路測(cè)試方面的文章,這次想換換口味,寫一點(diǎn)關(guān)于硬件設(shè)備模組的評(píng)測(cè)技術(shù)文章.想了半天,覺(jué)得還是從自己比較熟悉的攝像頭模組入手吧。

前面看了很多別的手機(jī)行業(yè)的人士做的手機(jī)攝像頭的評(píng)測(cè)文章,發(fā)現(xiàn)最大的一個(gè)問(wèn)題是,目前攝像頭模組的特性測(cè)試似乎根本沒(méi)有一個(gè)客觀標(biāo)準(zhǔn)的方法和流程.幾乎所有人的方法都是拿某款或某幾款手機(jī)在一定條件下拍攝上幾幅照片,然后完全靠個(gè)人的主觀感受來(lái)點(diǎn)評(píng)硬件性能.這些方法從專業(yè)角度來(lái)看顯然是完全不靠譜的.這種靠實(shí)拍照片主觀判斷的方法無(wú)論在測(cè)試條件的穩(wěn)定性上還是評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的客觀精準(zhǔn)性上都完全不可控,幾乎沒(méi)有太多參考意義可言。

所以,我們要對(duì)攝像頭模組進(jìn)行評(píng)測(cè)的話,必須依靠完全客觀的方式及標(biāo)準(zhǔn).具體來(lái)說(shuō),這包括兩個(gè)方面:

1) 標(biāo)準(zhǔn)且可穩(wěn)定再現(xiàn)的拍攝環(huán)境. 拍攝環(huán)境主要包括光源和被拍攝物體.光源必須采用專業(yè)的燈箱確保亮度,色溫,顯色指數(shù)等等一系列的指標(biāo)都是可控可調(diào)節(jié)并穩(wěn)定再現(xiàn)的.攝像頭拍攝效果隨光源變化的結(jié)果差異極大.如果光源條件不穩(wěn)定,則所有效果的評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)都不具備實(shí)際意義.另一方面是,被拍攝物體,通常是利用白板和專業(yè)色卡等物品作為拍攝目標(biāo),結(jié)合穩(wěn)定的光源,就可以提供穩(wěn)定的圖像源。

2) 還有就是標(biāo)準(zhǔn)的算法.所有的對(duì)圖像的主觀評(píng)測(cè)都是不可靠的.評(píng)測(cè)必須以客觀的算法為依據(jù),對(duì)圖像進(jìn)行嚴(yán)格分析,提供直接定量的數(shù)據(jù)結(jié)果。

那么針對(duì)普通民用手機(jī)攝像頭具體應(yīng)該評(píng)測(cè)哪些項(xiàng)目呢?要回答這個(gè)問(wèn)題,首先我們需要了解下收集攝像頭模組的基本構(gòu)成.一個(gè)典型的手機(jī)攝像頭包括光學(xué)鏡頭,CMOS圖像傳感器芯片,以及圖像型號(hào)處理芯片(ISP).一般非專業(yè)應(yīng)用不需要獲取RAW數(shù)據(jù)的話,ISP芯片往往可以最大幅度地優(yōu)化照片的效果,掩蓋或修正一些原始圖像的問(wèn)題.所以,我對(duì)于攝像頭模組的評(píng)測(cè)主要是針對(duì)那些ISP芯片無(wú)法修正的問(wèn)題進(jìn)行評(píng)測(cè)。

在這里需要牢記幾個(gè)原則,如果信號(hào)或信息發(fā)生偏移或變化,我們都可以通過(guò)算化進(jìn)行糾正,但是一旦信息丟失則很難完全找回;另一方面,一旦隨機(jī)噪聲被引入信號(hào),則很難被消除.我們的測(cè)試也是要基于這些原則展開。

首先是要評(píng)測(cè)三原色通道的面內(nèi)一致性問(wèn)題.這一評(píng)測(cè)方法通常是在特定光源條件下,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的白板進(jìn)行拍攝,確保整個(gè)圖面內(nèi)亮度盡可能一致.在這種情況下,我們就可以分析三原色在面內(nèi)的亮度分布是否一致,如果不一致甚至差異很大,那就說(shuō)明攝像頭拍攝效果會(huì)有偏色,結(jié)果就是圖片內(nèi)區(qū)域性的發(fā)生色彩偏紅偏綠等問(wèn)題.一般來(lái)講,由于光學(xué)鏡頭和CMOS圖像傳感器芯片的物理特性,藍(lán)色的亮度分布最容易偏離,其次是紅色,綠色相對(duì)較穩(wěn)定。

不過(guò)問(wèn)題是,一般除非是相機(jī)出現(xiàn)大問(wèn)題,按上述條件拍攝的照片就是一片白色圖像,肉眼較難看清色差,即使能看到也很難定量判斷;而且肉眼觀察必然受到顯示設(shè)備本身的巨大影響,無(wú)法作出客觀結(jié)論.所以,必須將圖像像素三原色的數(shù)據(jù)陣列提取后,分別計(jì)算通過(guò)軟件工具進(jìn)行定量計(jì)算。

另一個(gè)是圖像亮度分布問(wèn)題.很多人不知道,其實(shí)由于攝像頭鏡頭的物理特性, CMOS圖像傳感器實(shí)際拍攝到的圖像是中間亮四角暗的(具體原理我在這里就不解釋了).所以, 傳感器內(nèi)部可以通過(guò)設(shè)置進(jìn)行四角的亮度補(bǔ)償.但這種補(bǔ)償系數(shù)不是固定一成不變的,配合不同鏡頭,補(bǔ)償?shù)姆绞胶拖禂?shù)都不一樣.這需要在手機(jī)設(shè)計(jì)階段由圖像傳感器供應(yīng)商的FAE配合收集原廠進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn).如果校準(zhǔn)不嚴(yán)格,或者產(chǎn)品穩(wěn)定性差,那實(shí)際拍攝的圖像都會(huì)發(fā)生四角和中心亮度不一致的問(wèn)題.這種問(wèn)題,也需要通過(guò)拍攝白板照片的方式用工具進(jìn)行計(jì)算。

還有一個(gè)就是分辨率的問(wèn)題.每款手機(jī)都會(huì)標(biāo)出自己攝像頭的分辨率,很多用戶也一直以為分辨率一定是越大越好,其實(shí)這是個(gè)很大的誤區(qū).很多手機(jī)攝像頭的實(shí)際分辨率效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)稱分辨率.一個(gè)質(zhì)量低下的攝像頭模組即時(shí)標(biāo)稱8M,其實(shí)也只是能提供你一張8M數(shù)據(jù)量的圖片,但其實(shí)際達(dá)到的效果可能連其它5M的效果都不如.所以,我們很有必要對(duì)攝像頭的實(shí)際分辨率效果進(jìn)行評(píng)測(cè).通常,方法是在標(biāo)準(zhǔn)的光源條件下,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)測(cè)圖板進(jìn)行拍攝.評(píng)測(cè)用圖板上有各種標(biāo)準(zhǔn)黑白圖案,包括交替的黑白線條.這樣,我們就可以利用工具去判斷效果.但是,工具的算法需要仔細(xì)考慮,因?yàn)橛械墓ぞ咧皇呛?jiǎn)單的計(jì)數(shù)灰色像素的比例來(lái)估算實(shí)際分辨率,這往往容易被作弊.通過(guò)修改GAMMA曲線提升對(duì)比度的方法,我們可以人為降低圖像里中間亮度像素的比例來(lái)提高評(píng)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù),但這會(huì)犧牲照片的亮度動(dòng)態(tài)范圍,是不可取的作弊行為.所以,更好的算法應(yīng)該是基于傅利葉變換的頻譜分析來(lái)計(jì)算實(shí)際分辨率.同時(shí),也必須通過(guò)灰度色板來(lái)確認(rèn)實(shí)際的亮度動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行對(duì)比確認(rèn)。

最后一個(gè)重要指標(biāo)就是噪聲.這個(gè)其實(shí)是所有項(xiàng)目里最不容易復(fù)現(xiàn)和控制的了.因?yàn)闇y(cè)試環(huán)境一旦有任何干擾,環(huán)境產(chǎn)生的額外噪聲都很容易疊加到攝像頭模組本身的噪聲里去,從而影響測(cè)試結(jié)果.一般建議還是利用白板拍攝的圖片進(jìn)行確認(rèn).一方面需要將圖片分割成小塊進(jìn)行一一計(jì)算以避免亮度分布變化的影響;另一方面,為減小環(huán)境條件的干擾,可以采用和標(biāo)準(zhǔn)攝像頭之間進(jìn)行比較差值的方式確認(rèn)本征噪聲.具體方法和算法,我就不在這里詳細(xì)討論了。

以上只是我個(gè)人對(duì)攝像頭模組評(píng)測(cè)提出的一些通用的方法.實(shí)際的需求千差萬(wàn)別,導(dǎo)致評(píng)測(cè)方法眾多,我在這里只是拋磚引玉一下.總而言之,硬件的性能評(píng)測(cè)試是一個(gè)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)工作,我們以后還有很多的問(wèn)題需要探索。

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日期：2015/10/8 10:11:04