2018-07-24 12968

摘要：本文簡要說明了EMVA 1288标準的特點，并主要從科學級相機的角度重點闡述了在該相機測試标準基礎上對光電性能參數類、功能類以及基礎類等項目進行改進、完善，從而制定中國機器視覺相機測試标準的可行性。

關鍵詞：中國機器視覺标準 相機測試 EMVA12882017年10月底，中國機器視覺産業聯盟（CMVU）主導完成了歐洲機器視覺标準——EMVA 1288 R3.1的中文翻譯工作，這對國内的相機廠商和用戶在相機基礎知識和測試方面可以起到很好的參考和學習作用。作為翻譯工作的參與單位，我們也意識到：一方面，中國作為機器視覺的大市場，也應該有自己行業統一的相機測試标準，以便更好地規範和促進國内機器視覺行業的發展；另外一方面，盡管EMVA 1288不斷完善，但目前也仍然存在着一些不足之處。因此，在CMVU的推動下，國内也完全可以在此基礎上進一步深化，制定更嚴謹、更實用、更廣泛的測試标準，同時，在全球的機器視覺行業的标準制定方面也能更多地發出我們的聲音。基于該目的，下文簡單讨論了EMVA 1288标準的局限性、改進方向以及潛在的改進點以供參考。

需要說明的是，由于作者主要從事的是科學級以及高分辨率相機領域的研發工作，因此更多地是基于該方面應用進行讨論。

1.EMVA 1288的特點
1）EMVA 1288是光電性能參數的測試标準
表明一個項目指标能否作為測試或者表征标準，首要關鍵是能夠指出該項目指标對于主體與客體的重要意義。在相機的有關特性中，光電性能決定了相機大部分的應用範疇。EMVA 1288對讀出噪聲、量子效率、暗電流、飽和容量等做了較為詳細的理論與實驗分析，其對用戶選擇相機種類、對比相機的特性、判斷相機的應用領域有着重要的參考價值。

2. EMVA 1288的局限性及改進方向
結合相機的實際應用，EMVA 1288測試與描述方式還存在着一些不足與缺陷，限于篇幅，本節隻舉幾個要點綜述如下：1）性能參數的測試與表達無法體現相機的性能範圍。

EMVA 1288規定其性能參數要在增益盡可能小的條件下測得，使不同相機能夠很好地比較其最大動态範圍、滿井等特性。但實際上，當增益最小時，有些參數将會處于最優值，而有些處于最差值。反之，增益最大時，有些參數也會從最優值變為最差值。但在科學級相機應用中，往往卻是用最大增益。如果能夠增加高增益下的性能測試，将提供很好的參考依據。

例如：微光應用中尤其關心暫态暗噪聲的大小，在極其弱（幾個光子）的條件下暫态暗噪聲甚至是最關鍵的指标。但實際增益越大，暫态暗噪聲一般都會越小（sony的新一代高性能CMOS，低增益噪聲一般在3 e，高增益将小于1 e）。這種應用中通常采用的是較高增益模式，低增益的數值意義不大。線性誤差在定量分析中非常重要，而在低增益時，由于量化誤差等因素，其線性度通常不會非常好；因此，定量方面為了提升精度以及灰度值，并且利用線性度最好的響應區間，經常會采用較高增益（如圖1所示）。此外，實際暫态暗噪聲、光響應不均勻性等對線性度以及線性誤差是有影響的。因此，線性誤差也一定程度上反應了相機的綜合特性。若提供了高增益的數據，也有助于用戶對相機的性能判斷。

3. 光電參數類的改進點
3.1 改進詳例一：闡述暫态暗噪聲與增益的相關性
1）背景：
物理量可以分為基本量和衍生量。EMVA 1288中，衍生量的推導過程是很詳細的。但是對于基本量的描述較少。尤其對暫态暗噪聲的起源與關聯性未做描述，在标準中基本上認為該參數是個常數，但是暫态暗噪聲實際是跟增益有關的，在應用中又尤其重要。因此，在此特别予以讨論。
2）制定原理：
暫态暗噪聲與增益相關：增益越大，暫态暗噪聲越小；增益越小，暫态暗噪聲越大。
3.2 改進詳例二：增加列暗信号不均勻性的計算
EMVA 1288标準中，有一項光電性能參數為暗信号不均勻性（DSNU），經常也稱為固定圖形噪聲（FPN），主要描述了在無光照的情況下曝光時間為零時由于像素結構、offset以及增益的不同等因素所引起的像元之間的不均勻性。标準中規定：在排除時域噪聲的情況下，通過計算像素間的方差，即可得到DSNU值。
3.3 其他光電參數類改進點
限于篇幅，不再詳細舉例說明。其他可能的科學級相機應用的光電參數類改進點......

4．功能類改進點
功能類項目重點描述相機所賦予用戶的操作範疇以及所包含的圖像處理功能等，主要由硬件與軟件共同決定。
與光電性能類項目不同，功能類項目更趨向于一種定義性的範疇，隻是告訴用戶相機有什麼功能等。當然，對于有些能夠進行測試性的項目，也可以給出測試方法與表達方式。

5.基礎特征類改進點
基礎特征類項目主要特點是描述相機的表觀結構或非功能類屬性，是對光電性能類與功能類項目的補充。用戶可通過該項目對相機的結構特性等進行了解。

6．總結
本文簡要總結了EVMA 1288标準的特點與不足之處，并闡述了中國機器視覺行業在相機的光電性能類、功能類以及基礎特征類等方面對标準進行改進、完善的可行性以及改進的方向。受限于作者的學識和研究領域，本文在光電性能類方面主要是基于科學級相機的關注點來讨論的，并不能完全匹配所有的應用領域或者相機類型，歡迎提出讨論意見并拓展到更多類别的相機應用中。期待國内在CMVU的主導和行業廠商的推動下，未來能夠建立中國機器視覺相機統一的标準。