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攝影術—電子靜止圖像成像—噪聲測量

目錄

1       

2       

3       

4       

4.1       

4.2       

4.3       

4.4       

4.5       

4.6       

4.7       

4.8       

5       

5.1       

5.2       

5.3       

5.4       

6       

6.2                      

6.3                      

附錄 A（規(guī)范性附錄）噪聲分量分析        17

附錄 B（規(guī)范性附錄）視覺噪聲測量        20

附錄 C（資料性附錄）清除圖像數據的低頻率變化        29

附錄 D（資料性附錄）測定信噪比的推薦程序        31

附錄 E（資料性附錄）各個輸出媒體的推薦實用觀察條件        32

規(guī)則進行起草的。

請注意本文件的一些要素可能具有權。ISO不負責識別任何或者所有這些權。關于本文件制定過程中確定的任何權， 見引言與/ 或ISO 已收到的聲明表。

本文件采用的任何商品名只是為了方便使用者，不代表認可。負責本文件的委員會是ISO/TC 42（攝影術）。

經技術修訂，本第二版取消和取代版（ISO 15739:2003）。

）阻擋濾波器

如需要，根據 ISO 14524 的規(guī)定，必須采用一個紅外線阻擋濾波器。

4.6                      

測量

5.2.1                      概述

該方法涉及到數碼照相機傳感器直接曝光到特定的均勻照明數量，鏡頭被拆除。照明必須具有第 4.2 條規(guī)定的光譜特征，并且必須由一定距離的小光源產生；光源和傳感器的尺寸不超過它們之間距離的二十分之一，如圖 1 所示。如果反射表面對傳感器造成額外的照明， 那么不應該放置反射表面。

符號

1 光源        2 測試密度        3 被測照相機        4 被拆除的鏡頭        5 數字圖像傳感器

圖 1—具有可拆除鏡頭的照相機照明

5.2.2                      焦面 OECF 必須先按照 ISO 14524 進行測量。

5.3                      測量

5.3.1                      概述

采用手動曝光控制，或者基于一個單獨曝光控制傳感器進行曝光控制的所有照相機必須采用這些測量。

5.3.2                      照相機 OECF 必須按照 ISO 14524 進行測量。

5.3.3                      擴散片必須是始終一致、靠近照相機，少于被測照相機最小焦距的十分之一，以便防止擴散片瑕疵影響噪聲測量。擴散片必須采用透射或者反射光進行照明（見圖 2）。

符號

1 透射式均勻固定水平光源        2 反射式均勻固定水平光源        3 擴散片        4 測試密度

5 照相機鏡頭        6 被測照相機        7 照相機曝光控制傳感器        8 數字圖像傳感器

圖 2—均勻場噪聲測量

5.4                      DSC

5.4.1                      概述

這些測量必須被用于 TTL 自動曝光照相機，無手動曝光控制超越。

5.4.2                      照相機 OECF 必須先按照 ISO 14524 進行測量。

5.4.3                      根據 IEC 61966-2-1 的定義，對于產生每通道 8 位 sRGB 編碼信號的照相機，必須調整光源，在 ISO 14524:2009 規(guī)定的 OECF 測試圖中心部分的背景里，使像素值等于 118。測試圖背景必須被渲染，使像素值不小于 110、不大于 130。

如果照相機不能提供上述范圍的像素值，例如由于自動曝光控制，那么 OECF 中心部分的透射率（或者反射率）可能出現變化。對于一個透射圖，該圖的中心部分可以被替換成中性密度（ND）過濾器。對于一個反射圖，可以把一個中性密度反射斑塊放在該圖中心部分上。過濾器（斑塊）的透射率（反射率）最初選定為近似于圖背景的透射率（反射率）。如果圖

背景水平超過 130，那么選擇一個更低密度的中性密度過濾器（更高反射斑塊）。照相機的自動曝光控制系統將選擇一個更低曝光水平，彌補該圖增加的光線。這將導致更低的圖背景水平。注意，圖背景水平是從測試圖的原有背景區(qū)域測量的，而不是從替代的中性密度過濾器測量。如果照相機仍然不能提供上述范圍的像素值，那么必須在報告里說明照相機不能提供所要求的測試圖水平；并且必須報告已提供的測試圖背景的像素值。

如果一個照相機產生其他顏色編碼的信號，必須調整光源，使輸出像素值的編碼值對應于

OECF 測試圖背景的感知中間調。必須報告已實現的感知中間調。

注：如果數碼相機采用一個單獨的相機曝光控制傳感器，如圖 2 所示，可以采用一個合適的中性密度過濾器，覆蓋在相機曝光控制傳感器上，以便把測試圖背景信號調整到被要求的水平。

5.4.4                      測試圖必須是符合 ISO 14524 的照相機 OECF 測試圖，可以是透射的或者反射的（見

圖 3）。測試圖必須具有充足的密度范圍，當測試圖背景是在規(guī)定的編碼值時，最亮斑塊等于或者高于照相機高亮剪輯水平。在大多數情況下，這要求高對比度透明測試圖和背照式。推薦采用高對比度透射 20 斑塊 OECF 測試圖，對比率為 10,000:1。

5.4.5                      測試圖密度斑塊的不均勻性必須小于預期照相機噪聲水平的十分之一，任何圖像結構空間構件的空間頻率至少是照相機極限分辨率的 10 倍。如果測試圖里空間構件的頻率小于該水平，那么圖像里的測試圖尺寸必須減小，來實現被要求的空間頻率；或者目標圖像必須散焦，使結構不影響到噪聲測量水平。測試圖制造商必須提供相關信息，說明當測試圖填滿照相機框架時，測試圖將支持的極限分辨率。

5.4.6                      測試目標必須由被測照相機準確地聚焦。如必要，目標可以稍微不對準焦距，來符合

5.4.5                      的要求。

a)       采用透射式測試圖的測試布置

b)       采用反射式測試圖的測試布置

符號

1 均勻固定水平光源        2 擴散片        3 測試圖        4 被測照相機

5       照相機鏡頭        6 45°均勻照明        7 額外遮蓋

圖 3—測試圖噪聲測量

6       

大面積

6.2.1                      概述

對于 5.2 所述的方法，信噪比是根據在曝光（參考曝光的 13%）時捕獲的數據來確定。對于

5.3 和 5.4 所述的方法，信噪比是根據在某個亮度（參考亮度的 13%）捕獲的數據來確定。在方法 5.2 和 5.3 里，通過采用 5.1.2.所述的密度，曝光和亮度分別出現變化。在方法 5.4 里， 采用 ISO 14524 規(guī)定測試圖的密度斑塊，確定信噪比。

對于測試密度，總噪聲被轉化成一個輸入參考增量信噪比，被報告為 DSC 信噪比。

第 6.2.2 節(jié)描述了參考亮度和亮度值的確定方法，信噪比是在參考亮度和亮度值進行計算的。在第 6.2.2 節(jié)里，總結了參考曝光和曝光值的確定方法，信噪比是在參考曝光和曝光值進行計算的。

6.2.2                      確定參考亮度和亮度值，計算信噪比

如果采用方法 5.3 和 5.4 來測量照相機 OECF，參考亮度必須被確定為亮度值對數，對應于照相機 OECF 曲線上的 245 像素值。如必要，可以采用一個插值函數來確定參考亮度值。上述規(guī)定適用于產生 IEC 61966-2-1 規(guī)定的 8 位 sRGB 信號的照相機系統。如果照相機產生其他顏色編碼的圖像，那么參考亮度必須被確定為亮度值對數，對應的像素值是線性化照相機高亮剪輯水平的 91%；例如，在 ROMM 顏色編碼空間，亮度值對數被確定為線性 ROMM 值，等于 1.0 的 91%，即 0.91。這對應于 12 位非線性 ROMM 顏色空間里的 3886 整數值。在數學上，對于 8 位 sRGB 信號，亮度值對數—照相機參考亮度被定義為：

式中，

Rref 是在參考亮度時的亮度值對數； S−1 是照相機 OECF 曲線 S 的倒數； I 是像素值。

如果照相機是一個多頻譜系統，參考亮度必須根據具有信號水平的通道進行確定。

范例：產生 8 位 sRGB 圖像的照相機系統分別在 2,65、2,56 和 2,61 輸入亮度值對數，為紅色、綠色、藍色通道產生 245 像素值。參考亮度是從綠色通道測量的，因為綠色通道的像素值先達到 245，比紅色和藍色通道早。參考亮度等于 2,56。

在亮度值等于 13%參考亮度時，測量總的固定模式和時間信噪比。這可以被表述為：

式中，

LSNR 是總的固定模式和時間信噪比被測量時的亮度； Lref 是在參考亮度 Rref，亮度值對數的反對數。

取公式(4)兩邊的對數：

式中，RSNR = log(LSNR)和 Rref = log(Lref)。因此在照相機 OECF 曲線上，測量總的固定模式和時間信噪比時，亮度可以簡單地確定為亮度值對數，即參考亮度 Rref 下|log(0,13)|。

6.2.3                      確定信號-總噪聲比率

信號-總噪聲比率 Qtotal 被確定為：

增量增益 gSNR 是 OECF 曲線的一階導數；在照相機 OECF 情況下，根據 ISO 14524 規(guī)定的方法在 RSNR 亮度值對數進行確定。根據標準偏差來計算噪聲，精度是由數字編碼值采用的數字分辨率進行定義。如必要，可以采用一個插值函數，來確定信號-總噪聲比率的精確估計值。

總噪聲σtotal 的平均值是 n 個總噪聲樣本標準偏差的平均值，公式是：

6.2.4                      確定固定模式信噪比

固定模式信噪比的確定是取至少八個曝光的平均值，并且應用一個修正來確定固定圖像噪聲的真實水平。對于測試密度，固定圖像噪聲被轉化成一個輸入參考增量信噪比，被報告為DSC 固定模式信噪比。

DSC 固定模式信噪比 Qfp 是根據以下公式確定的：

固定圖像噪聲的平均值是：

式中，

σfp 是固定圖像噪聲的標準偏差；

σave 是 n 幅圖像平均圖像的像素值的標準偏差；

σdiff 是平均圖像和單個圖像所有差值的像素值的平均標準偏差。所有差值圖像總和的平均值是：

式中，σdiff,j 是平均圖像和第j 個圖像之間差值的像素值標準偏差。公式(8)和(9)的推導根據附錄 A 所示。

6.2.5                      確定時變信噪比

時變信噪比的確定是通過測量每個圖像和平均圖像之間差值的標準偏差，并且應用一個修正來確定時間噪聲的真實水平。對于測試密度，時間噪聲被轉化成一個輸入參考增量信噪比， 被報告為 DSC 時變信噪比。

時變信噪比 Qtemp 是根據以下公式確定的：

時間噪聲的平均值是：

式中，

σtemp 是時間噪聲的標準偏差；

σdiff 是平均圖像和單個圖像所有差值的像素值的平均標準偏差；更多詳情見 6.2.4。

6.2.6                      確定參考曝光和曝光值，計算信噪比

如果焦面 OECF 已經采用 5.2 所述方法進行了測量，參考曝光必須被確定為曝光值對數，對應于焦面 OECF 曲線上的 245 像素值。術語“亮度”必須替代成“曝光”，提到照相機 OECF 的所有地方必須被替換成焦面 OECF。6.2.2 到 6.2.5 描述的方法必須適用。

動態(tài)范圍

DSC 動態(tài)范圍被報告為未剪輯輸入亮度 Lsat 與最小輸入亮度 Lmin 之間的比率，信號-時間噪聲比率至少是 1。動態(tài)范圍 DR 是根據以下公式確定的：

當黑色電平剪輯妨礙直接測量 Lmin，可以采用以下 2.0 密度“黑色參考”，測量照相機信號-時間噪聲比率，來估計最小輸入亮度：

式中，σtemp,2 是采用 2,0 測試密度進行測量的黑色時間噪聲，g2 是采用 2,0 測試密度進行測量的增量增益。

注：隨著增量增益接近零，確定增量信號-時間噪聲比率就成為不可能。

黑色時間噪聲的推導方式類似于 6.2.5 里的時間噪聲推導方式，即測量每個圖像和平均圖像之間差值的標準偏差，并且應用一個修正來確定時間噪聲的真實水平。

式中，

σtemp 是時間噪聲的標準偏差；

σdiff 是平均圖像和單個圖像所有差值的像素值的平均標準偏差；更多詳情見 6.2.4。

注：如可能，亮度測量時的密度必須提供增量信號-時間噪聲比為 1。建議采用具有高動態(tài)范圍的透射圖，來確定 DSC 動態(tài)范圍。如果所用測試圖的動態(tài)范圍不夠高，那么采用的透射率必須等于剪輯透射率的 0.01，來確定 DSC 動態(tài)范圍。

除了以比率形式報告 DSC 動態(tài)范圍，動態(tài)范圍也可以采用密度范圍或者 F 光圈進行報告。

如果采用密度范圍，那么 DSC 動態(tài)范圍是：

如果采用 F 光圈形式報告，那么 DSC 動態(tài)范圍是：

附錄A

（規(guī)范性附錄） 噪聲分量分析

A.1                      目標

A.1.1                      概述

本分析的目標是表明噪聲分量的真實水平能夠根據若干樣本及其平均值進行計算。原則上， 有可能把被捕獲的圖像數量減少到二個。然而，這增加了噪聲值的統計不確定性。

數碼照相機的圖像噪聲是由固定模式分量和時變分量組成。假設兩個噪聲分量沒有相互關系，總噪聲關系如公式 A.1 所示：

A.1.2                      分析

以下符號必須被用于噪聲分量分析。p(x,y)是圖像的像素值（x,y）； pfp(x,y)是圖像的固定模式部分； ptemp(x,y)是圖像的時變部分；

σtotal 是 p(x,y)的標準偏差，總噪聲；

σfp 是 pfp(x,y)的標準偏差，固定圖像噪聲。σtemp 是 ptemp(x,y)的標準偏差，時間噪聲； σave 是幾個圖像平均像素值的標準偏差；

σdiff 是兩個圖像差異部分的像素值標準偏差。

A.1.3                      固定圖像噪聲

固定圖像噪聲的測定是通過分析 n 幅圖像—從 p1 到 pn 的平均圖像。按照定義，圖像的固定模式部分對于所有圖像而言是相等的，平均圖像的像素值是：

由于不同圖像的時間噪聲之間不存在相互關系，平均圖像的像素值差異是：

如果時間噪聲的差異平均值被表示為σ temp，那么

因此，σave 包括固定圖像噪聲加上由于時間噪聲導致的額外、殘余的影響。

A.1.4                      時間噪聲

時間噪聲的測定是通過分析每個圖像與平均圖像之間差值的標準偏差。差值圖像的像素值是：

差值圖像像素值的差異平均值是：

因此，時間噪聲的標準偏差為：

采用該結果，固定圖像噪聲的標準偏差能夠通過公式 B.2 得出的結果來計算：

注：如果固定圖像噪聲的標準偏差比時間噪聲的標準偏差小得多，在樣本量小的情況下，可能是樣本不確定性導致固定圖像噪聲是零或者負數的平方根。解決方法是增加樣本數量。

A.2                      采用八個圖像的方法

A.2.1                      逐步描述

1）                      為了利用已捕獲圖像的完整信息，首先平均圖像被計算，平均圖像的標準偏差被估計， 得出σave。

2）                      第二步是計算每個圖像和平均圖像的差值。

3）                      第三步是計算差值圖像像素值的標準偏差，得出σdiff,j，其中 j = 1 到 8。

4）                      第四步是計算差值圖像的所有平方標準偏差的平均值，得出：

5）                      時間噪聲的標準偏差被計算為：

6）                      固定圖像噪聲的標準偏差被計算為：

A.2.2                      采用范例數據的方法評價

A.2.2.1                      范例數據

表 A.1 顯示了八個圖像的平均像素值范例、每個圖像的標準偏差值σtotal 范例，以及每個圖像和平均圖像之間差值的像素值標準偏差。注意，本范例所述的方法也適用于 OECF 測試目標圖像的一個區(qū)域，對應于目標上的一個斑塊。

表 A.1 —八個圖像的噪聲數據范例

A.2.2.2                      評價

第 1 步：平均圖像的平均像素值是 91,05（根據表 A.1），八個圖像平均圖像的像素值標準偏差是 1,01，即σave = 1,01。

第 2 步到第 4 步：八個差值圖像的平方標準偏差的平均值是 3,63（根據表 A.1），即σ2diff = 3,63。第 5 步：公式（A.3）得出時間噪聲的標準偏差為 2,04，即σtemp = 2,04。

第 6 步：固定圖像噪聲的標準偏差能夠按照公式（A.4）進行計算，σfp = 0,71。

可通過核對時間噪聲和固定圖像噪聲的平方和導致表 A.1 所示的總噪聲對計算結果進行校驗。

時間噪聲和固定圖像噪聲的平方數總和的平方根是 2,16，表 A.1 的總噪聲平均值是 2,14。

附錄B

（規(guī)范性附錄） 視覺噪聲測量

B.1                      概述

本附錄提供了視覺噪聲級的測量方法。視覺噪聲被認為是一個輸出等效噪聲，不同于 6.2 所述的標準照相機信噪比。該方法的一般步驟如下所述。

1）                      OECF 目標的圖像被拍攝，如 5.4 所述。

2）                      RGB 圖像必須通過 XYZ 被轉化成相反的顏色，白色—黑色，紅色—綠色和黃色—藍色。

3）                      視覺噪聲級測量被設計為聯系圖像里噪聲的視覺外觀，測量的圖像是代表在一些的參考觀察條件，一些參考媒介上的預期顏色外觀。本附錄提供的具體方法是測量那些圖像的視覺噪聲級，那些圖像是采用 IEC 61966-2-1 規(guī)定的 sRGB 顏色編碼進行編碼的。

注：其他顏色編碼的圖像通常能夠被轉化成 sRGB，例如采用 ISO 15076-1 定義的 ICC 顏色管理。如果其他編碼的參考媒介和觀察條件與 sRGB 參考展示和觀察條件迥然不同，那么轉化成 sRGB 并且應用本附錄的方法而獲得的視覺噪聲測量將不一定和原有圖像里的噪聲視覺外觀互相關聯。 4）采用離散傅里葉變換，每個密度斑塊的圖像數據被轉化成空間頻率域。

5）                      對于圖像高度而言，人眼在特定視角的對比靈敏度函數（CSF）被用于對噪聲譜進行加

權。采用逆離散傅里葉變換，被加權的噪聲譜被轉化回到空間域。

6）                      之后，圖像被轉化成 XYZ，再轉化成均勻 L*u*v*顏色空間，根據 CIE 的定義。

7）                      對于每個軸，計算了被過濾噪聲的三個標準偏差的加權和。圖 B.1 的流程圖表明人類視覺系統的處理和視覺噪聲算法之間存在高度對比。

視覺噪聲測量領域是一項正在進行的重要研究活動。本國際標準未來修改時，視覺噪聲的測量方法可能發(fā)生變化。

圖 B.1 —人類視覺系統和對應的視覺噪聲算法

B.2                      

視覺噪聲測量采用的算法

B.2.1                      RGB 到 XYZ(E)

R、G 和 B 信號必須根據 sRGB 標準 IEC 61966-2-1 的定義。圖像的 R、G 和 B 像素值進行

線性化，采用 sRGB 特征方程，觀察者觀察到的黑點無縮放：

其中 Cc 代表 R、G 和 B sRGB 圖像像素值，Cm 代表 sRGB 像素值，例如 8 位每成分 sRGB的是 255，Cn 代表標準化非線性 R、G 和 B sRGB 數值，而 Cl 代表線性化 R、G 和 B sRGB 數值。

采用以下轉換矩陣，線性化 sRGB 數值之后被轉化成 XYZ (E)。采用線性化布拉德福德轉換， 得到顏色適應變換（CAT）矩陣，把 XYZ 數值從 D65 轉化成光源 E。CAT 矩陣根據公式 B.2 得到：

線性化布拉德福德矩陣被用于推導 CAT 矩陣，見公式 B.3：

線性化sRGB 數值轉化成XYZ (E)數值所需的矩陣是把IEC 61922-2-1 的sRGB 到XYZ (D65)

矩陣乘以公式 B.2 里的矩陣。這產生了變換矩陣 B.4：

注：如果圖像數據不在 sRGB 顏色編碼空間里，而存在 ICC 顏色特征化文件，那么圖像數據必須被直接轉化成 XYZ (E)數值，而不是先把數據轉化成 sRGB。

B.2.2                      XYZ(E)到對立色空間 AC1C2

采用以下矩陣，三色值 XE、YE 和 ZE 被轉到對立色空間 A、C1 和 C2：

對立色空間 A、C1 和 C2 根據參考文獻[5]所述。

B.2.3                      離散傅里葉變換

采用離散傅里葉變換，對立色反應組 A、C1 和 C2 從空間域轉到頻率域Â、?1 和?2：

注：頻率單位是周期每像素。

B.2.4                      應用對比靈敏度函數

在頻率域里，通過一套人類視覺系統相應的空間反應，對每個反應進行加權。有很多方面會影響人眼的對比靈敏度。因此有必要選擇一套能夠代表典型觀察條件的對比靈敏度?；贘ohnson 和 Fairchild[12] 規(guī)定的 CSF 函數，為本國際標準選擇了一套對比靈敏度函數。亮度通道采用的CSF 是基于Movshon 的工作，而色度通道采用的CSF 是在Van der Horst 和Poirson 提供的數據集上建模的。

亮度通道 CSF 建模采用的函數 A 是根據以下公式：

式中，所用的變量見表 B.1。

表 B.1—亮度 CSF 函數采用的變量亮度通道(A)變量

頻率 f 的單位是周期/視角度數。

注：公式(B.7)所述的亮度對比靈敏度函數主要適合 DSCs，這些 DSCs 把低水平圖像噪聲引入被捕獲圖像中。

色度通道 C1 和 C2 的 CSF 建模采用的函數是根據以下公式：

式中，所用的變量見表 B.2。

表 B.2 —色度通道 CSF 函數采用的變量

對比靈敏度函數見圖 B.2 所示。

圖 B.2 —ISO 15739 里的人眼功能的對比靈敏度

在 CSF 模型被應用于 B.2.3 計算的頻率數據之前，數據需要先從周期/像素單位轉化成周期/ 視角度數單位。按照尼奎斯特定理（Nyquist），一個圖像能夠表示的頻率是 0,5 周期/像素。為了把周期/像素轉化成人眼對比靈敏度采用的周期/度數，我們需要知道觀察者看的幅圖里每個像素的尺寸（像素間距）和觀察距離。在尼奎斯特頻率，一個周期里對向的視角α是根據以下公式：

式中，

P 是像素間距； D 是觀察距離。

以周期/度數為單位的頻率是：

采用以下公式，圖像被過濾：

WA 是公式(B.7)規(guī)定的 CSF 等式，系數見表 B.1。表 B.2 里的 C1 和 C2 系數被分別代入 B.8 的

CSF 等式，推導出 WC,1 和 WC,2。

B.2.5                      逆離散傅里葉變換

通過逆離散傅里葉變換，每個補償性反應被轉到空間域里。這被表述為：

如果逆離散傅里葉變換的輸出含有復值，那么必須取輸出的幅度。

B.2.6                      對立色空間AC1C2 到 XYZ(E)里

三個對立色反應 Af, C1,f 和 C2,f 被轉到三色值 XE、YE 和 ZE，采用的矩陣等于公式(B.5)的倒數。矩陣如下所示：

B.2.7                      XYZ (E)到 XYZ (D65)

數值 XE、YE 和 ZE 被轉到三色值 XD65、YD65 和 ZD65，采用的矩陣等于 B.2 的倒數。矩陣如下所示：

如果任何三色值是負數，那么在計算公式(B.16)時，像素必須被省略。如果合量 N 小于原有N 的三分之二，那么斑塊水平數據必須被省略。

B.2.8                      XYZ (D65)到 L*u*v*

三色值被轉化成 CIE L*u*v*顏色空間，如下所示：

對于 D65 白點，

注：CIE L*u*v*顏色空間被采用，因為它為小色差提供了非常好的感知均勻性。

B.2.9                      確定每個灰色斑塊的標準偏差

沿著均勻顏色空間的三個軸（L*、u*、v*），顏色噪聲的標準偏差如下所示：

式中，N 等于每個斑塊里的已評估像素數量。像素數量 N 必須等于或者大于 64。

B.2.10                      代表視覺噪聲的加權和

視覺噪聲被定義為沿著 L*、u*和 v*軸，顏色噪聲的三個標準偏差的總和。確定視覺噪聲值的等式如下所示：

公式(B.17)只是為了空間頻率加權的目的，測量視覺噪聲。

B.3                      視覺噪聲測量

B.3.1                      測試條件

B.3.1.1                      測試圖是 ISO 14524 所述的測試圖。

B.3.1.2                      測試圖的照亮和曝光方法見 5.4 所述。

B.3.1.3                      推薦采用一個高對比度背照式透射 20 斑塊 OECF 測試圖，對比率為 10,000:1。

B.3.2                      測試方法和采用軟件來評估視覺噪聲測量

B.3.2.1                      視覺噪聲的計算可以采用Windows 系統可執(zhí)行的（或者同等的）軟件。評估程序如下所述：

B.3.2.2                      選擇一個測試圖的圖像。

B.3.2.3                      選擇與圖像相關的 ICC 顏色特征化文件。

B.3.2.4                      輸入以周期/度數為單位的頻率，這是由圖像的像素尺寸和觀察距離得出的。

B.3.2.5                      將打開一個測試圖圖像的展示窗口，將出現一個小長方形來表明感興趣區(qū)域（ROI）。采用軟件的評估程序必須如下所述：

1）                      選擇 ROI 長方形，將其放在一個斑塊上方；

2）                      調整該長方形的尺寸，使其處在斑塊邊界之內；

3）                      斑塊視覺噪聲的計算值被顯示在窗口底部，連同亮度的標準偏差數值 u*和 v*。

注：軟件和矩陣實驗室 Matlab 源代碼可以從圖像科學和技術協會（IS&T）下載。在運行執(zhí)行文件之前， 必須安裝矩陣實驗室 Matlab Compiler Runtime 7.9 軟件。

B.4                      結果的報告

視覺噪聲必須采用表格形式進行報告，欄是 OECF 測試圖每個斑塊的平均sRGB 像素值， 第二欄是 L*數值，對應于采用公式(B.1)、(B.4)和(B.13)計算出來的平均像素值，第三欄是該斑塊的視覺噪聲水平。如果原有輸入圖像的顏色編碼空間不是 sRGB[見 B.1 c 注]，那么原有圖像里每個斑塊的平均像素值必須被寫在表格欄里。在這種情況下，被轉化的平均 sRGB 像素值、L*數值和該斑塊的視覺噪聲水平必須在表格的第二欄、第三欄和第四欄進行報告。此外，必須報告 sRGB 像素值、觀察距離和輸出像素尺寸。可以報告輸出圖像高度和圖像高度的像素數，來代替像素尺寸。sRGB 圖像視覺噪聲的樣本評估見表 B.3 所示。

表 B.3 —范例視覺噪聲數據

附錄C

（資料性附錄）

清除圖像數據的低頻率變化

C.1                      概述

許多 DSCs 鏡頭展示出緩慢變化的中心到邊緣強度衰減。不均勻測試圖照明也能在被捕捉圖像里引入低頻變化。在測量噪聲之前，這些不均勻性必須從數字圖像數據里清除，因為它們降低（增加）測量到的 R、G 和 B 噪聲標準偏差。如果不均勻性有意義，要求采用高通濾波器來清除圖像里的低頻變化，那么可以采用本附錄里的 13 × 13 FIR 高通濾波器。該濾波器具有線性化 R、G 和 B 圖像數據，清除圖像數據里的低頻變化。該 FIR 高通濾波器的空間頻率反應極大地衰減了圖像空間頻率，包括鏡頭不均勻性。

只有當測試圖至多占據被捕獲圖像區(qū)域的 4 百萬像素時，濾波器才能被應用。高通濾波器必須只應用于評估總的、固定模式和時間信噪比；不能被應用于視覺噪聲測量。這是因為在高圖像分辨率，該濾波器將影響 B.2.4 亮度對比靈敏度函數峰值區(qū)域里的頻率范圍。必須考慮其他清除低頻變化的方法，例如捕捉均勻的白板進行補償。

C.2                      高通濾波器的應用

采用高通濾波器來清除低頻變化，必須應用以下程序：

1）                      測試圖必須在四百萬像素的區(qū)域內被捕獲。例如，具有 4:3 縱橫比的一個測試圖，該測試圖在圖像傳感器上至多只能占據 2312 × 1736 像素。如必要，照相機到測試圖的距離可以變化，測試圖可以被放在一個均勻反射背景上，其密度等于測試圖背景密度。

2）                      采用所用顏色編碼空間的合適特征函數，被捕獲圖像的 R、G 和 B 像素值必須被線性化。

3）                      在線性化照相機 OECF 測試圖里，每個斑塊的 DC 值必須被估計。這可能還需要計算在線性化 OECF 測試圖圖像里、每個斑塊 R、G 和 B 像素值的平均值或者中間值。

4）13 × 13 高通 FIR 濾波器必須被應用于線性化圖像。表 C.1 展示了必須采用的 13 × 13 內核的右下角象限。整個 13 × 13 內核被定義為反射底部 6 列和列，之后反射該結果和欄。由于表格數值冗余、對稱，此處只詳述了右下角象限。

注：13 × 13 FIR 濾波器清除了圖像的 DC 成分，因此平均信號值無法根據濾波器輸出值進行計算。必須注意確保在增加平均斑塊數值之前，濾波器輸出負值不會被剪輯到零。

5）                      在 3）里計算的 DC 數值必須被增加到 4）里對應的高通濾波器過濾過的斑塊。

6）                      應用顏色編碼空間的相關非線性函數，R、G 和 B 數據必須進行伽馬校正。

表 C.1 —高通濾波器內核（右下象限）

附錄 D

（資料性附錄）

測定信噪比的推薦程序

D.1 程序

附錄 D 提供了本國際標準正文所述的信號—總噪聲比率的推薦測定程序。類似程序可以被應用于測定固定模式和時間信噪比。

1）按照 ISO 14524，測定系統 OECF。對于具有可拆式鏡頭的照相機，可以測量焦面 OECF。對于具有固定式鏡頭和不可超越式自動曝光控制的照相機，測量照相機 OECF。2）按照公式(1)，計算紅色、綠色和藍色水平的亮度分量。

3）                      采用公式(2)，在每個 64 × 64 OECF 測量區(qū)域內，測定像素值的標準偏差，以便計算照相機噪聲的標準偏差σ(D)。

4）                      測定系統在每個目標斑塊亮度的增量增益 g(Lj)，從稍低的亮度到該亮度，這種亮度變化造成的像素值變化，以及從該亮度到稍高的亮度，這種亮度變化造成的像素值變化，這兩個像素值變化取平均值。見以下公式 D.1 所示。該方法不能被用于測定終點亮度的增量增益值。

式中，I 是像素值，Li、Lj 和 Lk 是 OECF 測試圖里相鄰的三個亮度水平。

一個類似的程序被用于測定曝光增量增益，在上述程序中“曝光”替代“亮度”。

5）                      采用公式(D.2)和公式(7)，以亮度或者曝光函數的形式，計算信號—總噪聲數值。計算信號—總噪聲數值的斑塊亮度是由 Lj 確定。

6）                      確定亮度值，對應于 6.2.2 所述的參考亮度。

7）                      確定亮度值 LSNR，在該亮度值計算信號—總噪聲比率。這可以被確定為亮度值對數的反對數，|log(0,13)|，比參考曝光的亮度值對數低。見 6.2.2。

8）                      根據 5）計算的信號—總噪聲數值曲線，計算 7）確定的亮度值所在的信號—總噪聲數值。如果 LSNR 數值不等于某個斑塊的亮度，那么建議采用一個插值函數，來獲取信號—總噪聲的準確估計值。例如可以采用一個線性插值函數，來計算信號—總噪聲曲線上兩個點的信號—總噪聲數值；其中一個點的亮度值稍低于亮度 LSNR，而另一個點的亮度稍高于亮度 LSNR。

附錄 E

（資料性附錄）

各個輸出媒體的推薦實用觀察條件

圖像里存在偽影，會降低圖像質量。被降低的質量取決于偽影的可見性。為了確定成像偽影的可見性，重要的一點是知道觀察者觀看圖像的圖像尺寸、觀察距離和照明條件。成像偽影的其中一個例子是圖像噪聲。隨著圖像尺寸變小，像素尺寸變小，觀察者無法區(qū)分單個像素， 或者甚至整組像素；觀察者再也看不到像素之間的亮度或者顏色變化。這就降低了圖像噪聲的可見性。如果在電腦顯示器上根據 99%放大率查看同一個圖像（1 像素=1 顯示器元素），那么由于觀察者能夠區(qū)分單個像素，該圖像的噪聲水平看起來高得多。

建議在普通圖像查看情況下，采用以下查看條件：

1）                      消費者照片打印查看：100 × 150 毫米打印照片可以從 250 毫米距離進行查看。這被為人類觀察者放松查看的最短距離。光照條件必須符合 ISO 3664，ISO 查看條件 P2（CIE 光源 D50，500 lx ± 125 lx）。人眼的估計平均分辨極限是 1/60°，這相當于在 250 毫米查看距離， 0,073 毫米空間分辨率（大約 350 像素每英寸）。這意味著打印過程必須超過該分辨率，否則它可能成為空間質量評估的限制因素。

2）                      計算機顯示器查看：從 600 毫米距離查看計算機顯示器上 99%放大率的圖像，顯示器分辨率大約是 4 像素每毫米。顯示器的亮度必須大于 100 cd/m^2，彩色監(jiān)視器上顯示的白色色度必須大約是 D65 色度。周圍照明和其他查看條件必須符合 ISO 3664 規(guī)定的、在彩色監(jiān)視器上顯示圖像的評估條件。

3）                      專業(yè)照片打印查看：從 750 毫米距離查看 400 × 600 毫米打印照片，這是查看墻上掛著的有相框照片的典型例子。照明條件必須符合 ISO 3664，ISO 查看條件 P2（CIE 光源D50，500 lx ± 125 lx）。

4）                      手機查看：在 960 乘以 640 像素的 89 毫米（對角線）顯示器上，從 250 毫米距離來查看圖像。顯示器亮度、周圍照明和其他查看條件必須符合 ISO 3664 規(guī)定的、在彩色監(jiān)視器上顯示圖像的評估條件。

5）                      高清電視查看：在 1 920 × 1 080 像素、1 070 毫米（對角線）高清電視顯示器上，全屏查看圖像，水平視角小于 30°，代表 1,74 米查看距離。如果圖像的縱橫比不同于顯示器縱橫比， 那么圖像的顯示必須確保圖像高度填滿顯示器高度，圖像左右側區(qū)域顯示出顯示器的黑色亮度。所有查看條件必須符合 ISO 3664 規(guī)定的、在彩色監(jiān)視器上顯示圖像的評估條件。