像质干货 | 伪影

01 | 基础概念

伪影(Artifacts),是指原本被拍摄物体并不存在而在图像上却出现各种形态的影像。在图像处理后,尤其在合成图片中,表现为不自然的、能让人看出是人为处理过的痕迹、区域、瑕疵等。

成像系统做图片重建时会产生一些伪影问题,产生这种现象的原因主要是由于图像处理的不精确或者信息缺失。部分现象展示,我们可以参考下面的图片。

边界伪影边缘伪影伪像纹理

02 | 伪影出现的原因

降噪和锐化

首先,软件在处理图像时(尤其是在RAW转换过程中进行的操作),可能会导致明显的视觉伪影,包括过度锐化的 “ 光晕 ”和精细、低对比度细节的损失。

这些伪影是由非线性(非均匀)信号处理造成的(所谓非线性,是因为它随着信号的变化不做平稳变化而发生阶跃)。

    参考图      降噪和锐化处理后的图片

图像在接近对比度高的特征区域(如边缘)时可以被锐化(MTF提升),而在没有这些特征时则被模糊化(低通滤波)。这通常会提高表象的数据测量性能(比如提升斜边的锐利度和图表中的噪声/信号噪声比(SNR)),但它可能导致感知图像质量的下降。

例如,即使边缘被强烈锐化,皮肤也会出现“ 塑料 ”的卡通外观。这种细节的损失不能用SFR测量。

Log对数反差测试卡

一些伪影可以通过log-F-contrast测试卡模块来测量,该模块分析了如上图所示的测试卡,该图卡在横轴上的空间频率和纵轴上的对比度都是对数变化。随机/枯叶图模块对于观察和测量伪影也很有用。

数据压缩和传输损失

数据压缩和传输损失会对图像质量产生重大影响。如下图,右边是被保存为低质量的JPEG图,在这个低质量图的左边部分,色彩断层、低对比度细节的损失和边缘附近的“ 波浪 ”等伪影现象是很明显的。

其中一些损失,特别是低对比度细节的损失,可以用对数F-对比度和随机枯叶模块进行分析。

  参考图             低画质图

在Imatest 4.3中引入的SSIM模块,使用两幅图像对压缩/传输损失进行详细测量:一幅处理过的图像和一幅参考图像。这两幅图像必须来自于同一个拍摄,并且必须具有相同的像素大小。这个模块可以使用任何任意的图像,也可以包括几个测试图卡的拍摄图像,特别是上段提到的两个,log-F-contrast测试卡和枯叶图测试卡。

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关于奈奎斯特频率(Nyquist frequency)、混叠、摩尔纹 – 知识库:图像质量与色彩技术资料

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[…] 虽然清晰度是影响图像质量的重要参数之一,但更锐利的镜头并不总是能带来更优的图像效果。就传感器而言过于锐利的镜头会产生令人不悦的视觉伪像。伪像:包括”阶梯式(stair-stepping)”和摩尔纹图案(会被着以强对比色的低频图案)。之所以会出现伪像,是因为数码相机乃至所有数字采样系统都具有其能够正确采样的最大空间频率,即奈奎斯特频率(Nyquist frequency);当信息频率超过该系统的最大空间频率时场景信息将无法正确复现,任何高于奈奎斯特频率的信息都将会被传感器”混叠”为较低空间频率的信号,此时便会产生伪像。 […]

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