CN103067735A

CN103067735A - 全场锐度测试

Info

Publication number: CN103067735A
Application number: CN2012105529243A
Authority: CN
Inventors: M·N·加玛迪亚; 吴斐; 沈诗哲; J·鲁克斯
Original assignee: Apple Computer Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: WO2013048786A1; KR20130035972A; KR101503118B1; US20130083205A1; CN103067735B

Abstract

本发明涉及全场锐度测试。提出了一种测试图，该测试图可以通过具有由不留间隙地彼此邻接从而形成镶嵌图案的多个相同的视觉元素形成的锐度检查区域，而被用来测试成像***的全像场的锐度性能。每个视觉元素可以是多组不同取向的对比线。该镶嵌图案可充满由成像***的成像器捕获的整个图像。因此，测试***可对测试图成像，以在捕获的图像的整个空间范围上的一定水平的图像质量(例如，锐度、倾斜度等)的方面来客观地评价成像***的性能。可以选择测试图的尺寸与视觉元素线的空间频率(例如，间隔)以测试在选择的空间频率处的成像***的全场锐度。全场锐度结果可被用于更快速且精确地确定给定成像***及其组件的图像质量的不同方面。

Description

全场锐度测试

技术领域

本发明的实施例涉及通过包含光学***的数字成像***中的图像质量的测量来测试该光学***的性能。更特别地，本发明的实施例涉及使用测试图(test chart)来评价成像***的全场锐度性能，所述测试图使得能够测试由成像器捕获的图像的整个图像场或区域的锐度。

背景技术

数字成像***(例如，照相机)已经迅速成为包括便携式多媒体播放器、智能手机和平板计算机的便携式设备的标准部件。对这些便携式照相机的图像质量期望随着更高质量和更高百万像素的照相机被结合到这种小型设备中而增长。因为便携式设备的尺寸缩小，所以所结合的照相机模块的尺寸也缩小。在这种小尺度上，大规模生产的照相机模块变得更容易受到由照相机成像***组件装配期间引入的光学***组件中的微小偏差和/或污染引起的图像质量劣化的影响。空间锐度均匀性和空间图像倾斜是在这种情况下可能发生的这种有害劣化的两个例子。

若干质量分析度量(metric)可用于描述捕获的数字图像中的图像质量的不同方面，以在制造测试期间识别有害劣化。举例来说，测试***可测量由成像***生成的图像的锐度。锐度可在捕获的图像的不同部分中变化，其中典型地数字图像的中央可以比它的角落更锐利。此外，测试***可监视空间锐度均匀性和空间图像倾斜。

在这种情况下，重要的是具有测量装备(setup)，所述测量装备快速且方便地得到质量分析度量以便维持用于执行测量的低成本，特别地用于较小照相机模块(例如便携式消费电子设备(如智能手机和平板计算机)中所使用的那些)的超大量制造。还重要的是对质量分析度量进行全面的测试以识别成像***中可能存在的有害劣化。

发明内容

本发明的实施例通过使用具有由不留间隙地彼此邻接从而形成镶嵌图案(mosaic)的多个相同的视觉元素形成的锐度检查区域的测试图来评价成像***的锐度性能，其中，该视觉元素为多组不同取向的对比线。该视觉元素包含在各组间不留空档地彼此邻接的不同方向取向的对比线组。每个视觉元素在下列组周围可具有方形周边：该视觉元素的左上的水平线组、右上的对角线组、右下的垂直线组和左下的反对角线组。其它水平、对角线和垂直线组也可以用于视觉元素。

测试图可由测试中的设备DUT(例如，照相机模块)成像以充满由DUT的成像器捕获的图像的全像场或区域。然后，测试***或测试方法可以在它在捕获的图像的整个空间范围上维持一定水平的图像质量(例如，锐度、倾斜度等)的能力的方面来客观地评价DUT的性能。该设计的优点是，可以选择测试图的尺寸以及视觉元素线的空间频率(例如，间隔)以测试在选择的空间频率处成像***的全场锐度。可基于全场锐度的检查来更快速且精确地确定给定成像***及其组件的图像质量和分析度量的不同方面。

上述发明内容并不包括本发明所有方面的详尽列表。意图本发明包括可根据上面概述的各个方面以及下面具体实施方式中公开和随本申请提交的权利要求中特别指出的方面的所有适当组合而实践的所有***和方法。这种组合具有上述发明内容中未具体叙述的特定优点。

附图说明

本发明的实施例在附图的各图中示例性地而非限制性地被示出，在附图中，相似的标记指示相似的元件。应当注意，在本公开中本发明的“一”或“一个”实施例并不一定指的是相同实施例，并且它们意指至少一个。

图1是数字成像***的一种类型的框图。

图2A是根据本发明实施例的可用于由成像***捕获的图像的图像质量的监视和测量的测试图的图示。

图2B是作为图2A中示出的测试图的组成部分的测试元素或视觉图案的特写图。

图3A-C是示出根据本发明实施例的用于使用测试图来监视和测量捕获的图像中的图像质量的过程的流程图。

图4是根据本发明实施例的可用于由数字照相机或成像***捕获的图像的图像质量的监视和测量的测试***的图示。

图5示出其中可实现成像***的实施例的示例性移动设备。

图6示出根据本发明一个实施例的代表性评价***的简化功能框图。

具体实施方式

现在参照附图对本发明的若干实施例进行说明。只要各实施例中描述的各部分的形状、相对位置和其它方面没有被明确地限定，本发明的范围不仅仅限于所示出的部分，该所示出的部分仅仅用于图示的目的。此外，虽然阐明了很多细节，但是应当理解，本发明的一些实施例可以在没有这些细节的情况下被实践。在其它例子中，众所周知的电路、结构和技术没有被详细地示出以便不模糊对本说明书的理解。

典型的便携式设备可包括成像***，例如图1中示出的成像***1。该成像***包括外壳3，其包含至少一个透镜2、主存储单元4、照相机处理器6和至少一个图像传感器(也称为成像器)8。主存储单元4可用于存储数字图像(例如，静止图像和/或视颜图像——帧)和用于执行成像***1中的各种功能的计算机软件。在该数字照相机中还可以可选地包括存储卡形式的可移除的辅助存储单元5以提供额外的存储空间。图像传感器8可以是电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或本领域中已知的其它***。成像***1还可以可选地包括至少一个运动传感器7，该至少一个运动传感器7可操作地连接至照相机处理器6。运动传感器可用于确定该照相机和成像***在拍摄照片或视颜时要使用的聚焦距离和/或快门速度。成像***1还可以可选地包括至少一个光传感器9，该至少一个光传感器9可操作地连接至照相机处理器6。光传感器可用于确定成像***在拍摄照片(静止或视频)时要使用的快门速度、图像亮度和/或对比度选择。当场景中的物体OBJ的照片或视颜要被拍摄时，透镜2将图像聚焦到电子地记录光的图像传感器8的区域上。该电子信息(例如，通过处理器6)被处理成数字数据(例如，图像帧)，该数字数据可以作为静止图像(例如，照片)和/或视频(例如，帧)存储在存储器中。视颜可以与从麦克风输入的音频同步。成像***1可以是独立的设备(例如，外壳3中的具有电连接器的模块)；或者，可以使它的组件结合到另一电子设备(例如便携式设备或电话***)的电路中。

为了维持最终产品的图像质量，测试***或方法可被用于在它在捕获的图像的整个空间范围上维持一定水平的图像质量(例如，锐度、倾斜度等)的能力方面客观地测试或评价成像***(例如，光学***)的性能。因此，光学***的性能可通过包含光学***的数字成像***中图像质量的测量被测试。本文档公开了测试图、***和方法的实施例，其用于执行成像***的全场锐度(对于成像***的捕获的图像或帧可能的整个空间区域上的锐度)的检查，以作为便于判断给定的成像***或成像***组件(例如，光学透镜组件、整个照相机模块、照相机图像信号处理方法或算法等)的图像质量和分析度量的不同方面的手段。测试***或方法使用测试图或目标的图像来评价成像***的全场锐度性能。测试图可以由一张纸或其它基底上的多线条的测试元素(例如，视觉图案)形成。

测试图：

图2A是根据本发明实施例的可以(例如，作为图像目标)被用于由数字照相机或成像***捕获的图像的图像质量的监视和测量的测试图10的图示。在一些情况下，测试图10可称为“B测试图”。测试图10可用于给定成像***的任何组件的全场锐度性能的客观评价。图2B是测试元素或视觉图案11(例如，“B特征”)的图示，该测试元素或视觉图案11是“B测试图”特别是测试图中的区块的组成部分，并且，“B测试图”的区块20(例如，“B区块20”)由高密度的图2B的“B特征”组成，提供适于测试中的成像***或设备的相关的高空间频率细节的精细采样。B特征或它本身由在四个主方向(即从左上区块开始顺时针顺序为：水平12、对角线14、垂直16和反对角线(anti-diagonal)18)上的具有特定空间频率(间隔)的暗亮(以提供足够对比度)的条或线对的一定空间排列组成。在测试图的图像中多组线或B特征可被使用或分割，以形成如具有它的四个主方向的B特征中一样地在每个方向上包含相同数量的条的一个或更多个“B区块”230。在一些实施例中，整个成像的测试图被划分成B区块。B区块可包含等于一、二、三、四、五、六或更多边的方形(square)的B特征的测试图的覆盖区(footprint)。在一些情况下，B区块不一定包含整个B特征，只要可以进行分割以使得每个B区块如B特征中一样地在每个方向上包含相同数量的条12-18即可。

可以考虑***到B测试图的距离(例如，在由成像***成像时，与线的周期有关)、图像传感器像素间距以及人类视觉***的峰值对比度灵敏度，来选择B测试图的尺寸以及B特征的空间频率(例如，测试图的相邻线的周期或频率)以匹配成像***。当由测试中的***成像时，B测试图在不同方向上(例如，参看图2B中的B特征)提供足够量的空间细节，其可以被图像方法或算法有效使用以精确地检测给定成像***的组件中的图像质量缺陷。在每个方向上的线对的周期(例如，从一条线的前沿到具有相似方向的相邻线的前沿的距离)由通常与测试中的成像***的图像传感器组件(或成像***本身)的像素间距有关(或被选择为与其相等)的所关心的特定空间频率推导(例如，相邻线的周期被选择为Fn/4或Fn/2，其中，Fn为成像***的奈奎斯特(Nyquist)空间频率)。可以在***到B测试图的距离固定的情况下通过使用各具有独特空间频率的不同测试图，或者，在测试距离可变的情况下通过仅仅简单地将原始测试图移动得更近或更远(例如，同时保持整个成像场充满B测试图特征)，来实现多个空间频率。

根据实施例，测试元素11在测试图的整个区域上形成，以便形成彼此相邻或邻接布置的多个视觉元素(参看图2B)的镶嵌图案(参看图2A)。测试图可以是由不留间隙地彼此邻接由此形成镶嵌图案的多个相同的视觉元素形成的锐度检查区域，其中，视觉元素是多组不同取向的对比线(contrasting line)。例如，该元素可填充测试图以沿测试图10的边缘22、24、26和28形成不间断的元素边缘。然后，测试图可被成像***捕获在图像中，使得边缘22-28中的每个位于或超出图像帧的外边缘或最大可成像边缘，或者充满照相机和/或成像***的全成像场(“全场”)。

每个视觉元素可以是彼此邻接而每组之间不留空档(empty space)的多组不同取向的对比(例如，黑和白)线(参看图2B)。根据一些实施例，每组的多条线彼此平行且宽度相同(例如，黑线具有相同的宽度且它们之间具有相同的间隔)。认为是，视觉元素(以及整个测试图)的所有线可以具有相同的宽度。在一些情况下，每个视觉元素具有方形周边(perimeter)，且具有在视觉元素的左上的水平线组12、右上的对角线组14、右下的垂直线组16和左下的反对角线组18(参看图2B)。在一些情况下，测试图被形成在基底上或被形成到基底中；视觉元素在测试图区域的x和y方向上相邻且邻接；并且，每个视觉元素具有四组具有四条黑线的不同取向的黑白线。在一些情况下，可以有：作为由3条水平白线分离的4条水平黑线的组；作为由3条对角白线分离的4条对角黑线且具有2个白色对角的角的组；作为由3条垂直白线分离的4条垂直黑线的组；以及作为由3条反对角白线分离的4条反对角黑线且具有2个白色反对角的角的组。还认为是，这四组的位置可以被重新布置，以便在该特征的与图2B中所示的不同的象限中具有水平、对角、垂直和反对角线的组。例如，水平线组的位置能够与垂直、对角或反对角组的位置交换。另外或独立地，对角线组的位置能够与垂直或反对角组的位置交换。同样，除上述交换之外或者独立于上述交换，垂直线组的位置能够与反对角组的位置交换。

该测试图设计的优点为，可以选择测试图的尺寸以及视觉元素线的空间频率(例如，间隔)以便以所选择的空间频率来测试成像***的全场锐度(捕获的图像帧的整个空间范围或该***的成像能力的整个区域上的锐度)。可以基于或使用由成像***捕获的测试图的图像的调制传递函数和/或空间频率响应来计算全场锐度，其中，***能够成像的整个帧被该成像***用测试图的图像充满。例如，所有的边缘22-28可位于由***成像的帧的最大宽度处。在其它情况下，任何边缘22-28或所有的边缘22-28可延伸超过成像的帧的最大宽度。因此，通过使用测试图10，可通过检查、测试或分析测试图的图像的整个全场(例如，锐度)来更快速且精确地确定给定成像***及其组件的图像质量和分析度量的不同方面。例如，测试方法或***可使用测试图10来快速且方便地得到质量分析度量以便维持用于执行测量的低成本，以及还对质量分析度量进行全面的测试以识别成像***中可能存在的有害劣化。这种分析度量可包括：全场图像锐度；锐度均匀性、用于设置定焦透镜的焦点的实时锐度均匀性可视化以及图像倾斜度。

测试图10可以是通过将测试元素(例如，视觉图案)11的线打印到一张纸上或将测试元素形成在基底上而形成的测试图。例如，测试图10可通过将图案11的线或空白区蚀刻或印制到塑料、硅、纸板、纤维素或金属的基底上而形成。还考虑其它适当的材料。在一些情况下，测试图的印制材料例如通过当由成像***11成像时在多个方向上限定测试图的频率来限定它被印制其上的基底的功能。测试图图案间隔和图案化可被选择并被用于测试锐度。

经由B分数的全场锐度地图(map)

与测试图10相比，客观评价照相机***的锐度性能的现有传统测试***和方法不允许对在捕获的图像的整个空间范围上的锐度进行精确且准确的评价。例如，用于经由从空间频率响应和/或调制传递函数的估计计算出的客观度量测量数字照相机分辨率和锐度的一些现有测试图在某些固定的测试图位置处具有空间特征，但是缺少精细的空间细节，特别是在测试图的简单纯(plain solid)白色/灰色部分中。在检测锐度不均匀的局部区域的情况下，使用具有与简单白色部分同一位置的锐度不均匀缺陷的照相机捕获的这种现有测试图的图像可能没有揭示出关于锐度的任何问题。用于锐度评价的其它流行现有测试图可以包括客观评价MTF性能的边缘特征，但是边缘的密度不足够大，因而图像质量劣化的小的局部区域可能不被检测到。另外，用于评价MTF性能的其它现有测试图也不提供在照相机***的全场上判断锐度的足够密集的空间细节集合。因此，缺少可用的测试图以及用于客观评价照相机的全场锐度的图像质量度量。然而，测试图10(例如，B测试图)和锐度测量(例如，B分数，参看图3A-C)解决了经由对全场相对锁度地图的分析来准确地判断给定成像***组件的全场图像质量性能的问题。

例如，图3A示出用于使用全场锐度地图结构来根据一个或更多个捕获的B测试图图像的计算出的B分数测量照相机或成像***的全场锐度的方法30。此外，图3B示出用于使用B分数锐度测量来根据一个或更多个捕获的B测试图图像的计算出的B分数测量照相机或成像***的全场锐度的方法40。在这些方法中，可以分析用测试中的成像***捕获的被均匀照明的B测试图的图像以使用B分数方法或算法(例如，参看图3B)来揭示它的全场锐度性能。

在图3A中，在框32处，利用测试中的成像***(例如，图1)捕获被均匀照明的B测试图(例如，参看图2A)的图像(例如，参看图5)。可以分析该图像以使用图3A-B的B分数方法或算法来揭示它的全场锐度性能。在框34处，首先将图像(RAW Bayer或照相机ISP处理的YUV)分割成若干B区块。分割可包括在该图像的整个x和y方向空间范围上选择区块尺寸和区块位置。该分割可以被进行为使得每个B区块在每个方向上将包含相同量的条，如具有它的四个主方向的B特征中一样。在框36处，计算全场锐度地图(每个B区块的B分数)。框36可包括应用B分数方法或算法以根据每介B区块的颜色空间表示的某一通道(例如，亮度或任何其它关心的颜色通道)计算B分数。为了增加全场锐度地图的采样，也可执行重叠区块或滑动窗口处理。

在图3B中，在框42处，选择对其执行B分数的B区块。B分数方法或算法(例如，图3B)包括在提取的图像B区块内计算锐度，作为在四个主方向中的每个上的区块的高空间频率分量的测量的累加。在框44处，测量或确定在四个主方向中的每个上的区块的高空间频率分量的分离测量。确定在每个方向上的分量可包括使用电子元件、算法或软件方法来滤除(filter out)其它方向。在框46处，计算每个方向上的B区块的高空间频率分量的累加。每个方向上的B区块的高空间频率分量的累加可以使用标准频域变换(如快速傅里叶、离散余弦或离散小波变换)以获得区块的频域中的频率响应来被计算。接着可以对结果得到的频谱系数滤波和/或求和。如果B区块已经被一些未知的劣化过程(例如，透镜缺陷、散焦、污染等)劣化，则方向上的高频分量的量将减少，导致对于区块的更低的B分数。所有分割的B区块的B分数的集合可被认为是在图像帧的整个空间范围上的相对锐度地图(在由测试中的***成像时被调到B测试图的空间频率)。该锐度地图可被用于检测来自成像***的给定组件的图像质量劣化。因此，可能检测和识别在可接受规格之下工作或有缺陷的组件。

经由全场锐度地图的图像质量分析度量：

例如，存在供分析照相机***的图像质量之用的B测试图/B分数构造的全场锐度地图的很多可能的应用。全场锐度地图的一种通常的使用方式将为在某些地图特征的统计分析之前首先对地图应用乘法权重掩模以对于所关心的图像质量属性达成单一度量数值。图3C示出用于应用B测试图/B分数构造的全场锐度地图以确定图像质量分析度量的方法50。在框52处，获得全场锐度地图和每个B区块的B分数。在框54处，将乘法权重掩模应用至全场锐度地图以滤除某些地图特征，例如下面提到的那些。在框56处，通过执行统计分析以便例如对于图像质量属性计算单一的度量数值，来计算客观图像质量度量。考虑的是，还可使用其它方法或掩模以滤除某些地图特征。如下面提到的，可被滤除且用于计算客观图像质量度量的地图特征的一些例子为锐度均匀性、用于设置定焦透镜的焦点的实时锐度均匀性可视化、和图像倾斜度。

锐度均匀性：

通过使用测试图10的图像，锐度均匀性度量可通过使用通过考虑被平均锐度地图B分数规格化(normalize)的最大锐度地图B分数与最小锐度地图B分数之间的差而由B分数形成的全场锐度地图来被计算。如果照相机***表现出均匀的锐度，则(例如，测试图10的图像上或相邻B区块之间的)最大与最小锐度地图B分数之间的差将可忽略(例如，如本领域中所已知的)，但是如果存在由锐度地图B分数中的突然下降指示的局部锐度下降的区域，那么该度量可数值上反映锁度不均匀性。该构造的度量可被阈值化以把具有良好锐度均匀性性能的照相机与具有不均匀锐度的那些分类开。该阈值可基于分析从包含具有良好、不良和临界水平的锐度均匀性的照相机的已知的有限样本收集的数据的训练集合而被设置。这种分类方案可以被示出为与人类感知很好地关联。该方法通过考虑成像器全场内的B区块以确保整个可成像区域的每介区块之间的均匀性来提供更准确的成像***的锐度均匀性。

用于设置定焦透镜***的焦点的实时锐度均匀性可视化：

由于尺寸限制，定焦照相机可以是对给定便携式设备中照相机特征的设计选择。当照相机模块被组装时，透镜***的焦点可通过反复的手动调整方法(例如，如本领域所知的)进行设置。通过使用测试图10的图像，在透镜***的焦点的每次调整之后，可根据B测试图的捕获的图像帧计算出全场锐度地图。该地图可被阈值化以把清晰的B区块与全场内仍然模糊的那些分类开。在一些例子中，全场内通过的B区块可用绿色标出而未通过的B区块可用红色标出。然后，全场阈值化的地图可被可视化以提供实时反馈来方便定焦透镜***的焦点的设置。在全场内所有的B区块为“绿色”之后完成聚焦。该方法通过考虑成像器全场内的B区块以确保整个可成像区域的每个区块都处于对焦来提供更准确的成像***的聚焦。

图像倾斜度

可通过监视频域分解中谱峰的偏移来检测照相机模块中的内部图像倾斜度(例如，如本领域中已知的)。通过使用测试图10的图像，该方法可考虑全场锐度地图中的每个B区块。对于0度倾斜，B特征的谱峰将位于成像的B测试图的唯一空间频率、标称测试图频率处。对于远离0度的倾斜，谱峰将在径向上偏移。然后，谱峰距标称测试图频率的偏差可被用于检测全场的图像倾斜度。该方法通过考虑成像器全场内的B区块以确保整个可成像区域的每个区块都不倾斜来提供更准确的成像***的图像倾斜度的检测。

因此，本文档中公开的全场测试图和锐度测量通过提供具有被调到测试中的成像***的高密度的空间频率细节的测试图以及准确地评价在测试图特征的特定空间频率处该***的全场锐度性能的客观测量，而克服了现有方法的限制。

例如，成像***的全场的B区块的空间频率响应或调制传递函数可由测试***或方法确定，以识别成像***是否以及可能地它的哪个组件处于设计或制造规格之下。这种组件包括光学透镜组件、整个照相机模块、照相机图像信号处理方法或算法、图1的组件等。该测试***或方法可使用电子技术(例如，状态机、ROM或专用电路逻辑)和/或软件。

图4是根据本发明实施例的可用于由数字照相机或成像***捕获的图像的图像质量的监视和测量的测试***60的表示。测试***60可以是用于可称为测试中的设备(DUT)(在该情况下为成像***11)的成像***11或移动设备(例如，参看图5的设备70)的大量制造生产测试线的一部分。测试***将成像***1定位在距被光源67照明的测试图10预定或选择的固定距离65处。光源67可在测试图10表面的区域上提供均匀的光强度和颜色。在一些情况下，光源67可被认为是该测试***的一部分。成像***1例如使用数据电缆或无线技术可操作地连接至测试计算机62，使得计算机62可接收由测试图10的成像***1接收或拍摄的图像的数字图像数据。

根据各实施例，测试计算机62具有处理器63和可操作地连接至用于运行测试程序(例如，计算机程序产品)以执行这里所描述的方法的该处理器的存储单元64(例如，RAM)。存储单元可包括用于测量由数字成像***捕获的图像的全场锐度性能的计算机程序产品，该图像包括测试图。测试程序可使得该测试计算机测量x和y方向上的捕获的图像帧的整个空间范围(例如，全场)上的空间频率，以及确定x和y方向上的捕获的图像帧的整个空间范围的不同区块中的空间频率响应。这种确定可包括这里所描述的方法(例如，参看图1-3C)。测试计算机62还可具有非易失性或有形介质读取器或用于接收该测试程序的输入。

测试计算机62可以可选择地包括打印机66，或者例如使用数据电缆或无线技术连接至打印机66。根据本发明的各实施例，该打印机可用于生成测试图10。根据本发明的各实施例，在一些情况下，分离的计算机(例如，PC)或者方法可用于生成测试图10。因此，测试计算机62可执行这里所述的包括打印出测试图和/或测试器件1的方法。

可以考虑***到B测试图的距离65、***1的图像传感器像素间距以及人类视觉***的峰值对比度灵敏度(例如，根据实验确定)，来选择B测试图10的尺寸(例如，宽度和高度)以及B特征的空间频率以便匹配成像***1。

当由DUT***1成像时，B测试图10(例如，图像评估测试图)在不同方向上提供足够量的空间细节，其被测试计算机62有效使用以精确地检测DUT成像***的组件中的图像质量缺陷。在每个方向上的线对的周期可基于所关心的特定空间频率，该特定空间频率与测试中的成像***的图像传感器组件的像素间距有关(例如，Fn/4或Fn/2，其中，Fn为成像***的奈奎斯特空间频率)。在一些情况下，所关心的特定空间频率、线对的周期和图像传感器组件的像素间距均可在拍摄测试图的图像以测试DUT之前被预定或预先选择。可以在***到B测试图的距离固定的情况下通过使用各具有独特空间频率的不同测试图，或者，在测试距离可变的情况下通过仅仅简单地将原始测试图移动得距DUT更近或更远，来实现多个空间频率。

使用测试图10和/或***60可从DUT得到更精确、有效和可靠的测试数据。使用测试图10和/或***60可包括成像***1拍摄测试图10的图像(例如，测试图的“一次”聚焦图像)，使得测试图整个区域上形成的镶嵌图案充满由成像器捕获的图像的区域或整个像场。然后，图像数据可由***发送和/或由测试计算机62接收。在一些情况下，使用***60可包括制备、生产或印制测试图10。诸如上面所提及的，它可包括选择所关心的特定空间频率、线对的周期和图像传感器的像素间距。它还可包括测试计算机将结果得到的图像数据与阈值进行比较以识别该图像的B区块的锐度是在可接受的锐度阈值或频率之上还是之下。测试***或计算机可使用由测试图10的成像***拍摄的图像以确定全场锐度性能，以及其它分析度量，例如，锐度均匀性、用于设置定焦透镜的焦点的实时锐度均匀性可视化和图像倾斜度。在一些情况下，通过计算测试图的捕获的图像的边缘特征的比例，测试图的图像可用于计算成像***的调制传递函数，其中，测试图具有分隔的线以测试成像***的频率响应，从而确定***的全场锐度。

在一些情况下，测试***或方法可用在研究实验室中或制造的设备质量检查期间以确保设备的照相机、照相机模块或成像***具有可接受的锐度以及它的整个可成像全场上和内聚焦。测试***或方法可特别适用于小形状因子型照相机，例如，安装在包括蜂窝电话(例如，加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司的iPhone^TM设备)、膝上型计算机、PDA、掌上计算机(例如，加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司的iPad^TM设备)或独立的数字照相机的便携式或移动设备中的那些。例如，低形状因子或低侧面(profile)的便携式或移动设备可具有可通过使用这里所述的方法、目标和***测试的照相机或成像***。成像***可在移动设备中同时或分离地(例如，安装到设备中之前)被测试。

在一些实施例中，“全场”可通过具有在测试图的整个区域上形成的视觉元素的测试图(例如，测试图10)的图像来被描述，其中，该图像覆盖(例如，充满、占据或占用)：(1)成像***的最大视场或帧尺寸；(2)由成像器捕获的图像的区域或整个像场；(3)被成像***处理或存在于由成像***生成的图像中的图像传感器8的整个区域；或(4)在x和y方向上的捕获的图像帧的整个空间范围。例如，测试图的边缘22-28(例如，参见图2)中的每一个可位于或超出照相机的传感器8的外边缘或最大可成像边缘，或者成像***的图像帧的外边缘或最大可成像边缘(例如，使得测试图边缘与成像***的帧尺寸或最大视场对齐以提供测试图的“全场”图像)。在一些情况下，测试图的所有边缘22-28可位于由***成像的帧61的最大宽度处，以提供或生成全场锐度地图和分析/测试。在其它情况下，任何边缘22-28或所有的边缘22-28可延伸超过成像的帧的最大宽度。

图5示出其中成像***的实施例可被实现的示例性移动设备70和电路。移动设备70可以是个人无线通信设备(例如，移动电话)，其允许可正手持设备70对着她的耳朵使用耳机(未示出)或扬声器模式(例如，同时使用该电话的照相机拍摄照片或视频)的近端用户与远端用户之间的双向实时通话(通常称为呼叫(call))。该特别的例子是具有其形状和尺寸适于用作移动电话手持机的外部外壳75的智能手机。移动设备70与远端用户的对应设备之间可以在一个或更多个通信网络上有连接。这种网络可包括作为第一段的无线蜂窝网络或无线局域网络、以及诸如传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)网络和简单的旧电话***网络之类的若干其它类型的网络中的任一个或更多个。

图5的移动电话70包括外壳75、触摸屏76、麦克风79和听筒72。在电话呼叫期间，通过使用位于该设备的外壳内且声学上耦合于该外壳顶部附近形成的声学开口的听筒扬声器72，近端用户可听到呼叫。近端用户的语音可由其声学开口位于该外壳底部附近的麦克风79拾取。同样包括在该外壳中的可以是与扬声器72和麦克风79接口连接的电子组件。该电路可允许用户通过连接至移动设备70的插口的无线或有线头戴式耳机(headset)(未示出)听到呼叫。该呼叫可包括发送用成像***拍摄的照片或视颜。在耦合于同样集成在设备70的外壳中的天线的RF通信电路的帮助下，该呼叫可通过经由无线网络建立连接来进行。

用户可通过形成在外壳的前外面或表面上的触摸屏76与移动设备70互动。该触摸屏可以是用于无线电话设备的输入和显示输出。该触摸屏可以是触摸传感器(例如，诸如发现于加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司的iPhone^TM设备中的典型的触摸屏显示器中使用的那些)。作为可选方案，如早先蜂窝电话设备中所使用的，各实施例可与仅作显示的屏幕一起使用物理键盘。作为另一可选方案，移动设备70的外壳可具有可移动组件，例如，滑动和倾斜前面板，或翻盖式(clamshell)结构，来代替所述的巧克力条式。

根据各实施例，可将一个或更多个图1的成像***1安装到设备70中。例如，设备70被示出具有照相机73(诸如成像***1之一)，该照相机73被安装为捕获外壳75的下表面之下的物体的图像。在一些情况下，设备70具有照相机74(诸如成像***1之一)，该照相机74被安装为捕获外壳75的上表面之上的物体的图像。对于设备70，还有可能具有照相机73和74两者。在这种情况下，这些照相机可每个是分离的成像***1的一部分；或可具有分离的透镜2和传感器8，但共用成像***的其它组件或电路。因此，照相机73和/或74可用于捕获静止图像或视频，其将被设备70存储和/或经由SMS、电子邮件或电话呼叫来传送。视频可具有与从麦克风79或耳机的麦克风输入的音频时间同步的帧。移动设备70可允许使用电话的照相机74拍摄视频的近端用户与可能也正拍摄视频以执行视频会议或聊天的远端用户之间的双向呼叫。

应当理解，成像***的本实施例可结合到各种各样的移动电话70。还注意，成像***1可结合到设备(如个人数字助理、个人计算机和其它移动和非移动设备(例如，安全***和悬挂式照相机))中。

此外，还应当注意，在一些情况下，这里所述的测试***或方法可运行于设备(如移动电话70)上。在这种情况下，测试可被用于测试、校准和/或修复已安装在设备70上的成像***或组件(例如，与测试的分析度量有关，如图1-4所提出的那样)。在其它情况下，移动电话70、其它移动设备或成像***可仅用于捕获图像，之后本实施例的方法被执行或运行于另一“测试***”设备(如包括测试计算机)(例如，参看图4)。

本发明的一些实施例可在测试方法或***的广义语境下进行描述。在一些实施例中，测试方法或***可通过包括将由计算机执行的计算机可执行指令(例如，软件程序指令)(如程序代码或指令)的程序产品来实现(或包括该程序产品)。程序产品可以是存储在非易失性或有形介质上的指令，该非易失性或有形介质被配置为存储或传输所述指令，或在该非易失性或有形介质中可记录或嵌入计算机可读代码。计算机程序产品的一些例子是闪存驱动、USB驱动、DVD、CD-ROM盘、ROM卡、软盘、磁带、计算机硬盘和网络上的服务器存储器。例如，本发明的实施例可被实现为计算机软件，其具有(例如，从非易失性或有形介质读取且)由图4中所示的测试计算机62执行的计算机可读代码的形式。它还可在膝上型计算机、PC(例如，由加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司或另外的制造商制造的)上或以在这种计算机上运行的字节码类文件的形式被实现。这种计算机可执行这里关于图1-3所述的方法，例如，通过使用它的全场性能和/或打印出测试图(B测试图)测试成像***。

一些实施例包括具有处理器和可操作地连接至处理器的存储单元的测试***，该存储单元包括用于测量数字成像***的全场锐度性能的计算机程序指令。该计算机程度指令(例如，当由处理器执行时)能够测量测试图的由成像***捕获的图像的整个空间范围上的空间频率，其中，该测试图包括多个邻接的视觉元素的镶嵌图案，其中，每个视觉元素是多组不同取向的对比线，该镶嵌图案要充满捕获的图像的整个空间范围；以及确定捕获的图像帧的整个空间范围的不同区块中的空间频率响应。

还考虑的是，这里提到的程序产品、测试程序和指令可被具体实现在存储数据和指令的计算机可读介质中以使得可编程的处理器执行所述的操作。该介质可以是有形的和/或非易失性的。测试程序(例如，程序产品)可使得测试计算机或其它设备测量在x和y方向上的捕获的图像帧的整个空间范围(例如，全场)上的空间频率；以及确定在x和y方向上的捕获的图像帧的整个空间范围的不同区块中的空间频率响应。在一些情况下，测试程序包括用于如下操作的代码：遍及图像的整个x和y方向空间范围地选择区块尺寸和区块位置；基于区块尺寸和位置将该图像分割成多个区块；对所述图像执行频率响应变换以获得区块的频域中的频率响应；对区块进行滤波以去除低频分量；获得每个区块的频率响应或调制传递函数；以及累加每个区块的高频分数的总分数以确定成像***的总全场锐度性能。对区块进行滤波可包括执行高通滤波以去除DC分量。对于其中每个视觉元素具有四个主方向的不同取向的对比线的情况，获得每个区块的频率响应或调制传递函数可包括针对每个区块的四个不同方向中的每一个方向获得单独的频率响应，并且累加总分数可包括累加每个区块的全部四个不同方向的频率响应或调制传递函数。对于一些实施例，确定(例如，全场)锐度性能包括：确定图像的整个区域的总全场分数，针对整个场/图像确定每个区块的锐度地图，和将每个区块的响应与总分数和/或相邻区域/区块进行比较。

在一些实施例中，确定总全场锐度性能可包括使用每个区块的高频分数的累加总分数来确定成像***的图像质量度量。在一些情况下，确定全场锐度性能可包括：使用来自所有区块的数据测量图像的倾斜度；或基于整个图像和每个区块的频率响应计算或校准焦点位置。对于一些情况，确定全场锐度性能包括：针对所选择的地图特征滤除图像数据；和使用滤除后的数据来计算客观图像质量度量，其中，所述度量是锁度均匀性、用于设置定焦透镜的焦点的实时锐度均匀性可视化和图像倾斜度中的一个。

各实施例还可包括通过包含光学***的数字成像***中的图像质量的测量来测试光学***的性能。由该成像***捕获的测试图的图像可用于评价该成像***的全场锐度性能。

在一些情况下，图像和/或测试图具有由不留间隙地彼此邻接从而形成镶嵌图案的多个相同的视觉元素形成的锐度检查区域，其中，该视觉元素是多组不同取向的对比线。在一些实施例中，该图像可包括在该图像的像场的整个区域上形成的测试图的镶嵌图案，该镶嵌图案包括多个邻接的视觉元素，其中，每个视觉元素是多组不同取向的对比线。在一些情况下，所述视觉元素的第一集合具有不邻接其它视觉元素且限定测试图的外边缘的第一外边缘集合；并且其中，不属于第一集合的视觉元素的所有外边缘与相邻视觉元素的其它外边缘邻接。

各实施例还可包括用于评价成像***的全场锐度性能的测试图，其中，该测试图具有在该测试图的整个区域上形成的镶嵌图案以充满由成像器捕获的图像的区域或整个像场。该镶嵌图案可包括多个邻接的视觉元素，其中，每个视觉元素是多组不同取向的对比线。例如，可以在任何视觉元素之间没有空档，并且在对比线之间没有空档。

现在参看图6，示出了根据本发明一个实施例的代表性评价***600的简化功能框图。***600用于评价成像***的全场锐度性能。根据图6，***600包括测量单元610和确定单元620。

测量单元610被配置为测量测试图的由所述成像***捕获的图像的整个空间范围上的空间频率，其中，所述测试图包括多个邻接的视觉元素的镶嵌图案，其中，每个视觉元素是多组不同取向的对比线，所述镶嵌图案要充满所捕获的图像的整个空间范围。

确定单元620被配置为确定所捕获的图像帧的整个空间范围的不同区块中的空间频率响应。

优选地，***600还包括：选择单元630，被配置为遍及所述图像的整个x和y方向空间范围地选择区块尺寸和区块位置；分割单元640，被配置为基于区块尺寸和位置将所述图像分割成多个区块；变换单元650，被配置为对所述图像执行频率响应变换以获得区块的频域中的频率响应；滤波单元660，被配置为对区块进行滤波以去除低频分量；获得单元670，被配置为获得每个区块的频率响应或调制传递函数；以及累加单元680，被配置为累加每个区块的高频分数的总分数以确定成像***的总全场锐度性能。

优选地，***600还包括：确定单元690，被配置为针对所述图像确定总分数；确定单元691，被配置为针对整个场/图像确定每个区块的锐度地图；比较单元692，被配置为将每个区块的响应与总分数和/或相邻区域/区块进行比较。

优选地，***600还包括：测量单元693，被配置为使用来自所有区块的数据来测量图像的倾斜度；或计算单元694，被配置为基于整个图像和每个区块的频率响应来计算焦点位置。

优选地，***600还包括：滤波单元695，被配置为针对所选择的地图特征滤除图像数据；和计算单元696，被配置为使用滤除后的数据来计算客观图像质量度量，其中，所述度量是锐度均匀性、用于设置定焦透镜的焦点的实时锐度均匀性可视化和图像倾斜度中的一个。

应当理解，该单元、装置和设备可以以已知或未来开发的软件、硬件和/或这种软件和硬件的组合的形式来实现。

虽然已经描述且在附图中示出某些实施例，但要理解，这些实施例仅仅是解说性的而非对本发明的限制，以及本发明并不限于示出和描述的特定结构和布置，因为对于本领域技术人员来说可以进行各种其它的修改。例如，尽管已经结合图4的实施例描述了测试方法，但是通过使用其中安装有成像***的便携式设备，或通过例如由维修技术员或设备70的所有者使用PC，可以实现类似的方法，以便测试、修复或重新校准设备的成像***。

Claims

1.一种其上形成有测试图的产品，所述测试图用于评价成像***的锐度性能，所述测试图包括：

锐度检查区域，由不留间隙地彼此邻接从而形成镶嵌图案的多个相同的视觉元素形成，其中，所述视觉元素是多组不同取向的对比线。

2.如权利要求1所述的产品，其中，所述视觉元素具有方形周边。

3.如权利要求1所述的产品，其中，多组对比线包括水平线组、对角线组、垂直线组和反对角线组。

4.如权利要求3所述的产品，其中，所述视觉元素具有方形周边，所述水平线组位于所述视觉元素的左上部，所述对角线组位于右上部，所述垂直线组位于右下部，并且所述反对角线组位于左下部。

5.一种用于评价成像***的全场锐度性能的***，包括：

测量单元，被配置为测量测试图的由所述成像***捕获的图像的整个空间范围上的空间频率，其中，所述测试图包括多个邻接的视觉元素的镶嵌图案，其中，每个视觉元素是多组不同取向的对比线，所述镶嵌图案要充满所捕获的图像的整个空间范围；和

确定单元，被配置为确定所捕获的图像帧的整个空间范围的不同区块中的空间频率响应。

6.如权利要求5所述的***，还包括：

选择单元，被配置为遍及所述图像的整个x和y方向空间范围地选择区块尺寸和区块位置；

分割单元，被配置为基于区块尺寸和位置将所述图像分割成多个区块；

变换单元，被配置为对所述图像执行频率响应变换以获得区块的频域中的频率响应；

滤波单元，被配置为对区块进行滤波以去除低频分量；

获得单元，被配置为获得每介区块的频率响应或调制传递函数；和

累加单元，被配置为累加每个区块的高频分数的总分数以确定所述成像***的总全场锐度性能。

7.如权利要求6所述的***，其中，每个视觉元素具有四个主方向的不同取向的对比线；

其中，所述获得单元针对每个区块的四个不同方向中的每一个方向获得单独的频率响应；和

其中，所述累加单元累加每个区块的全部四个不同方向的频率响应或调制传递函数。

8.如权利要求6所述的***，其中，所述滤波单元执行高通滤波以去除DC分量。

9.如权利要求6所述的***，还包括：

被配置为针对所述图像确定总分数的确定单元，；

被配置为针对整个场/图像确定每个区块的锐度地图的确定单元；

比较单元，被配置为将每个区块的响应与所述总分数和/或相邻区域/区块进行比较。

10.如权利要求6所述的***，还包括：

测量单元，被配置为使用来自所有区块的数据来测量所述图像的倾斜度；或

计算单元，被配置为基于整个图像和每个区块的频率响应来计算焦点位置。

11.如权利要求6所述的***，还包括：

滤波单元，被配置为针对所选择的地图特征滤除图像数据；和

计算单元，被配置为使用滤除后的数据来计算客观图像质量度量，其中，所述度量是锐度均匀性、用于设置定焦透镜的焦点的实时锐度均匀性可视化和图像倾斜度中的一个。

12.如权利要求5所述的***，其中，所述测试图在所述视觉元素之间没有空档，且在所述对比线之间没有空档；并且其中，多组对比线包括水平线组、对角线组、垂直线组和反对角线组。

13.如权利要求12所述的***，其中，每个视觉元素具有方形周边，所述水平线组位于所述视觉元素的左上部，所述对角线组位于右上部，所述垂直线组位于右下部，并且所述反对角线组位于左下部。

14.一种数据处理***，包括：

用于测量测试图的由成像***捕获的图像的整个空间范围上的空间频率的装置，其中，所述测试图包括多个邻接的视觉元素的镶嵌图案，其中，每个视觉元素是多组不同取向的对比线，所述镶嵌图案要充满所捕获的图像的整个空间范围；和

用于确定所捕获的图像帧的整个空间范围的不同区块中的空间频率响应的装置。

15.如权利要求14所述的数据处理***，还包括：

用于遍及所述图像的整个x和y方向空间范围地选择区块尺寸和区块位置的装置；

用于基于区块尺寸和位置将所述图像分割成多个区块的装置；

用于对所述图像执行频率响应变换以获得区块的频域中的频率响应的装置；

用于对区块进行滤波以去除低频分量的装置；

用于获得每个区块的频率响应或调制传递函数的装置；和

用于累加每个区块的高频分数的总分数以确定所述成像***的总全场锐度性能的装置。

16.如权利要求15所述的数据处理***，其中，每个视觉元素具有四个主方向的不同取向的对比线；

其中，所述用于获得每个区块的频率响应或调制传递函数的装置针对每个区块的四个不同方向中的每一个方向获得单独的频率响应；和

其中，所述用于累加总分数的装置累加每个区块的全部四个不同方向的频率响应或调制传递函数。

17.如权利要求15所述的数据处理***，其中，所述用于对区块进行滤波的装置执行高通滤波以去除DC分量。

18.如权利要求15所述的数据处理***，还包括：

用于针对所述图像确定总分数的装置；

用于针对整个场/图像确定每个区块的锐度地图的装置；

用于将每个区块的响应与所述总分数和/或相邻区域/区块进行比较的装置。

19.如权利要求15所述的数据处理***，还包括：

用于使用来自所有区块的数据来测量所述图像的倾斜度的装置；或

用于基于整个图像和每个区块的频率响应来计算焦点位置的装置。

20.如权利要求15所述的数据处理***，还包括：

用于针对所选择的地图特征滤除图像数据的装置；和

用于使用滤除后的数据来计算客观图像质量度量的装置，其中，所述度量是锐度均匀性、用于设置定焦透镜的焦点的实时锐度均匀性可视化和图像倾斜度中的一个。