手机软硬件对图像质量影响研究

李世勋，李 焱

(兰州财经大学a.信息工程学院；b.电子商务综合实验室，兰州 730020)

手机拍照已经成为人们生活重要的一部分。相对文字传播而言，手机图像传播具有及时性、美学性、多媒体性和双向性的特征[1]。在很多场合下人们更喜欢通过图像分享自己的亲身经历和记录生活的种种场景[2]。目前，手机技术不仅在硬件设备上有很多的提升，同时软件方面对原始图像也不断优化。

层次分析法是美国学者托马斯·萨蒂于1973 年最早提出。林晓辉[3]将直觉法和还原法各自的特点相结合改进层次分析法。李展等[4]将判断矩阵引入问题的实际意义，建立新的一致成判断较阵。张耀天等[5]为改善经典层次分析法(AHP)主观性强、权重系数固定不变的缺陷，提出改进的层次分析法。曹光辉等[6]将层次分析法运用于图像置乱度的评估中，解决了其它方法评价的多变性等问题。龙熙华等[7]利用层次分析法建立图像颜色传输效果评价模型。

本文将层次分析法应用于研究中，将用户对手机图像质量的主观判断用数量形式表达出来进行科学计算。对影响手机图像质量的硬件和软件方面的影响因子进行分析，并将其进行重要性排序，定量估计软硬件影响因子对手机图像质量的影响程度。

1 研究设计与研究方法

1.1 理论框架与问卷设计

层次分析法是将总的决策分解为各层目标准则或者方案，在此基础上进行定量或者定性分析，以得到决策结果[8]。因此，本设计将影响手机图像效果的因素，主要分为三个方面进行研究，分别为屏幕材质、拍摄性能、软件功能。

问卷主要根据以上三个一级指标进行设计。涵盖的答案包含二级指标的所有因素。由于本文考虑到用户可能对一些新的技术不是很了解，所以问卷中有关软件优化问题，设置成选填，并标注“运用过且了解那些功能”的进行填写。

1.2 数据来源

针对指标体系构造判断矩阵，并用“问卷星”发放调查问卷。问卷发送群体主要为近一年内购买新手机的用户，且绝大多数为青年。因为新手机大多数具有新技术的拍照功能，而且青年人群对手机拍照性能要求更高，且对手机拍照技术更为了解。部分问卷发放给具有摄影爱好及相关专业的人群。这样的调查群体分布相应保证了结论的专业性。回收有效问卷150份。

2 评价模型的构建

运用层析分析法构建评价模型，分别从构建指标体系、构造判断矩阵、判断矩阵的一致性检验和计算特征向量及最大特征值四方面着手。

2.1 建立指标体系

拍摄性能与手机自身的硬件条件有关。屏幕材质即显示屏幕的显示效果，如显示图像的色彩逼真度、亮度范围和分辨率。更多品牌厂商的旗舰手机运用LCD材质屏幕，LCD屏幕优点之一是在强光下显示效果很好，避免因为强光手机屏幕不清晰。拍摄硬件，如目前主流的双摄像头、自身的拍摄像素高低、暗光的拍摄效果等。目前，手机新产品中，将暗光下拍摄的图像效果作为产品宣传的亮点。在软件影响手机拍摄效果的方面，随着拍照的多样性，现在出现了好多优化拍照的技术，例如图像美颜，最新的美颜技术—智能(AI)美颜。同时拍照主要关注人脸或者场景的优化，消除成像元件产生的噪声点对优化特别重要。在拍照过程中，往往按快门键时，手机容易抖动，说明手机的防抖性能也特别重要。本文将手机图像质量的影响因素评价指标体系共分为A、B、C三个层次，通过这三个层次建立指标体系,如图1所示。

图1手机图像效果的指标体系

2.2 构造判断矩阵

根据回收的有效问卷，进行构造判断矩阵。根据在填写调查问卷时对各层次各指标重要程度的打分结果，确定各个指标的相对重要程度，并且按照层次结构模型，从上到下逐层构造判断矩阵，每一层元素都以相邻上层次各元素为准则，按1～7标度方法因素之间两两比较构造判断矩阵[9]。每层得到的判断矩阵如表1～表4所示。

表1 总目标A的判断矩阵

表2 屏幕材质(B1)的判断矩阵

续表2

B1图像色彩逼真度(C1)屏幕亮度范围(C2)屏幕分辨率(C3)屏幕分辨率(C3)271

表3 拍摄硬件(B2)的判断矩阵

表4 软件优化(B3)判断矩阵

表1～表4中的数字为按照1～7标度两两因素的重要性程度的标度值。

根据层次分析法构造判断矩阵的规定，表中数字1表示因素i(行因素)与因素j(列因素)重要性相同，数字3表示前者比后者重要，数字5表示前者比后者重要得多，数字7表示前者比后者极其重要。标度值2、4、6表示重要程度介于上述介绍标度值数值之间。

2.3 判断矩阵的一致性检验

通过上节计算出的判断矩阵，采用根法计算最大特征值极其对应的特征向量，进行判断矩阵的一致性检验，其中A为判断矩阵，ω为权重矩阵。

根法具体步骤如下：

(1)将A的每一列进行归一化。如公式(1)所示：

(1)

其中aij为表1～表4的标度值。

(2)

其中n为矩阵阶数。

一致性检验是为了对判断矩阵中两两指标的比较得到的标度值是否准确做出检验。一致性检验步骤如下：

(1)由根法求得最大特征值λmax，计算一致性指标C.I.，如公式(3):

(3)

n表示矩阵的阶数。

(2)计算随机一致性比率C.R.，如公式(4)所示：

(4)

R.I.为平均随机一致性指标，是一个常量，根据判断矩阵的阶数在量表里查询，本文n=3，R.I.=0.58。

(3)当C.R.<0.1时，即保持显著水平，说明判断矩阵具有一致性。如果C.R.>0.1，表示未保持显著水平，需要对判断矩阵进行调整，直到判断矩阵具有一致性为止。

通过上述方法，计算结果如下所示：

(1)总目标A的判断矩阵计算机结果：

λ=3.03237CR=0.03

(2)屏幕材质(B1)的判断矩阵计算结果：

λ=3.01415 CR=0.01

(3)拍摄性能(B2)的判断矩阵计算结果：

λ=3.01415 CR=0.01

(4)软件功能(B3)的判断矩阵计算结果：

λ=3.05015 CR=0.05

因为上述(1)～(4)计算结果中，CR都小于0.1，所以判断矩阵具有一致性。

2.4 计算特征向量及最大特征值

采用根法，运用Excel计算准则层三个指标最大特征根及其对应的特征向量过程如表5、表6所示。

表5 准则层指标计算结果

表6 二、三级指标计算结果

3 结论分析

通过上章节的结果计算出9个指标对目标层A所占总比重，如表7所示。

表7显示，九个软硬件方面影响图像质量因素的指标中，影响程度最高的因素是手机美颜功能，其次是屏幕亮度范围，第三位是防抖性能。这三个因素占据了总影响因素的79%。一级指标中图像处理功能占了总权重的50%多，可以看出用户对于手机软件的图像优化功能更加重视，尤其美颜效果的重要性最大。因此手机厂商提升图像质量，在软件优化方面要格外重视。

屏幕亮度范围影响因素排第二。由于光线的影响，尤其在户外强光拍照时屏幕模糊不清，影响拍摄的效果，从而影响图像的质量，建议用户选择LCD材质的手机屏幕，减少强光对屏幕的影响。

排名第三的是防抖性能。在拍照过程中，由于手抖动或者手机移动的原因造成拍摄效果差，很大程度上影响了手机拍照的效果。

表7 9个影响指标对目标层A所占总权重

综上，做好上述三个指标的效果，即可基本满足用户进行手机传播的图像质量要求。同时在影响二级指标拍摄硬件的三个影响因素中，暗光拍照效果对于用户较重要，手机厂商也需尽可能地提升暗光下的拍摄效果，满足用户的拍摄需求。