一種安防工程圖像清晰度的客觀檢測方法的研究

■ 文/ 陜西省計量科學研究院 胡大為 山濤 任軒 任智江 李姣姣

關鍵字：安防 圖像 清晰度 檢測

1 檢測現狀

在目前高清系統越來越普遍的情況下，系統檢測的參考價值與客戶的要求有一定的距離。從檢測的準確性角度出發，應該在檢測方法的標準化和檢測數值的精確度方面明確量化指標，使其可操作。 精確度方面，分辨力按100TVL 一檔；檢測方法的標準化方面，現有的標準GA/T 1128—2013 《安全防范視頻監控高清晰度攝像機測量方法》是實驗室內標準環境檢測，和現場有很大的不同?，F有國家標準GB 50198—2011《民用閉路監視電視系統工程技術規范》對于圖像質量的清晰度要求是最小值（3.1.10 在攝像機標準照度下，系統的數字電視圖像質量和技術指標應符合下列規定：

1）圖像質量可按五級損傷制評定，圖像質量不應低于4 分。

2 ）峰值信噪比（PSNR）不應低于32dB。

3 ）圖像水平清晰度不應低于400 線。

4 ） 圖像畫面的灰度不應低于8 級。

5 ） 經智能化處理的圖像質量不受本條第一款—第四款規定的限制。

目前各檢測機構較為普遍的檢測方法是在攝像機前端通過檢測人員手持清晰度測試卡或手持固定測試卡的支架，站在所檢測監控點位攝像機前方，通過對講機或電話接收監控中心現場檢測人員指示，手動調整測試卡相對攝像機的高度、水平、角度，使圖像測試卡的圖像達到讀數的占屏比的要求。最終由監控中心現場檢測人員主觀讀數并記錄數據。這種檢測方法存在的問題主要有以下方面：

1)前端與后端工作人員溝通耗費了大量的檢測時間，造成檢測效率低下。

2)前端檢測人員在檢測過程中難免發生晃動等行為，給主觀判斷帶來了很多不確定的誤差。

3)主觀評價行為操作較為復雜，按照GB 50198—2011《民用閉路監視電視系統工程技術規范》中的要求，圖像質量評價需要5 名評價人員，這在安防工程檢測現場工作中是難以實現的。

4)部分前端攝像機安裝位置過高且不能變焦，借助梯子又難以保證手持清晰測試卡的穩定。

2 解決方案

根據以上檢測過程中存在的問題，筆者團隊開發了一套用于安防工程圖像清晰度的檢測裝置。此裝置由圖像測試卡位置調節裝置（如圖1 所示）和數據處理平臺組成。其中圖像測試卡位置調節裝置由推車、電動推桿、電動云臺等部件組成，可實現對圖像測試卡的俯仰、升降、旋轉。能實現對安裝高度為4 米以下的攝像機前端的檢測時的圖像測試卡位置調節工作。整個調節檢測過程無需檢測人員接觸圖像測試卡，避免了抖動等情況的發生。另外，此裝置配備了工程寶，工程寶可直接與被測前端攝像機通訊，接收被測前端攝像機畫面，前端工作人員可參考接收畫面完成對測試卡的位置調節工作，大大減少了前端與后端檢測人員的溝通時間，提高了工作效率。在完成對圖像測試卡的位置調節工作后，后端的檢測人員可以開始檢測工作，利用本裝置的數據處理平臺，對后端需檢測畫面進行截圖，并通過軟件對截圖進行分析，通過多次分析取平均值作為檢測結果。

圖1 圖像測試卡位置調節裝置

3 方法驗證

3.1 驗證方法

為驗證本文提出的方法是否可行，結果是否可靠，設計了以下試驗方法：分別將1 倍、2 倍卡安裝固定在所研發的檢測裝置上，4 倍卡固定在實驗室，分別對3.6mm 定焦和廣角半球、4mm、8mm、12mm 筒形攝像機進行測試，移動測試卡位置調節裝置使測試卡圖像最大程度鋪滿顯示屏，調整完成后通過平臺對測試卡圖像進行截取，再通過圖像分析軟件對截圖進行清晰度分析，進行三次分析，分析后對三次測試結果去數學平均值作為清晰度測試結果。同時在測試時找5 名檢測人員依據標準規定的方法對圖像進行主觀評價，通過對比主觀評價結果和試驗清晰度測試結果確定方法是否有效。

3.2 驗證條件

測試應在被測攝像機要求工作照度下進行。測試的對象采用符合國家標準的監視器，監視器的水平清晰度不低于1000 電視線。驗證使用的工具主要有測試軟件和圖像測試卡。測試使用的軟件為測試卡廠家配套的iQtest 圖像分析軟件，iQtest 圖像分析軟件是一款功能強大且專業的圖像分析軟件?？蓪τ诙喾N圖像測試卡進行圖像分析，除清晰度外還能對圖像的灰度和色彩進行分析。

ISO12233 標準分辨率測試卡的型號規格為

NQ—10—100A 圖像：356x200mm 圖卡: 401x256mm

NQ—10—200A 圖像：712x400mm 圖卡:802x512mm

NQ—10—400A 圖像：1424x800mm 圖卡：1604x1024mm

試驗均在標準照度下進行，采用如下的組合方案對各種不同型號的攝像機進行清晰度測試：

1)配備3.6mm 定焦鏡頭的攝像機采用1 倍卡測試，距離距離攝像機0.2m ～0.5m；采用2 倍卡測試，距離攝像機0.4m ～1.0m。

2) 配備4mm 定焦鏡頭的攝像機采用1 倍卡，距離攝像機0.23m ～0.7m；采用2 倍卡，距離攝像機0.6m ～1.5m。

3) 配備8mm 定焦鏡頭的攝像機采用1 倍卡，距離攝像機0.5m ～1.5m；采用2 倍卡，距離攝像機1.2m ～3.0m。

4) 配備12mm 定焦鏡頭的攝像機采用2 倍卡，距離攝像機1.8m ～4.5m；采用4 倍卡，距離攝像機3.3m ～7m。

3.3 測試過程及數據

測試員測試結果甲乙丙丁五水平電視線（TVL） 700 800 700 900 900平均值（TVL） 860

依據驗證方法調整裝置并截取圖像如圖2 所示，并使用軟件對同一組楔形線進行清晰度分析，3 次分析結果如圖3 所示。在對圖像進行截取的同時，安排5 名檢測人員對同一組楔形線進行了主觀評價，評價結果如表1。測試試驗依據上述的四種組合方案對于每個測試圖像在最遠距離和最近距離分別進行了采樣，并對采樣結果的四角的楔形線進行了共計32 組的測試分析（部分測試結果如圖3 所示）。

圖2 前端設備采集圖像

圖3 測試軟件對于水平電視線評價結果；平均值870.75

3.4 驗證總結

通過對32 組測試結果進行分析，對同一組楔形線分析時會因分析選取區域的差異存在100TVL 左右的偏差。但對同一采樣圖像的四角測試結果進行比較，一致性較好，偏差在100TVL 以內。同時對于不同測試距離的同一張測試卡的測試結果偏差在100TVL 以內。同一攝像機組合使用的兩張測試卡測試結果偏差也在100TVL 以內。軟件分析結果較為一致，同時對比主觀人員檢測結果，結果也較為接近都在100TVL 以內。

4 結語

通過模擬驗證，本裝置和方法能按照設計預期完成安防圖像清晰度檢測工作。對比目前標準要求的圖像清晰度檢測方法，減少了人為造成的抖動帶來的影響，提高了檢測效率，并且為檢測提供了客觀的數據結果。而且在完成清晰度檢測的同時可完成對灰度色彩的客觀評價。雖然測試結果對比主觀評價結果一致性較好，但評價結果是否完全能替代目前的檢測方法，仍需在后續工作中通過大量的試驗和數據去驗證和考察論證。