一种安防工程图像清晰度的客观检测方法的研究

■ 文/ 陕西省计量科学研究院 胡大为 山涛 任轩 任智江 李姣姣

关键字：安防 图像 清晰度 检测

1 检测现状

在目前高清系统越来越普遍的情况下，系统检测的参考价值与客户的要求有一定的距离。从检测的准确性角度出发，应该在检测方法的标准化和检测数值的精确度方面明确量化指标，使其可操作。 精确度方面，分辨力按100TVL 一档；检测方法的标准化方面，现有的标准GA/T 1128—2013 《安全防范视频监控高清晰度摄像机测量方法》是实验室内标准环境检测，和现场有很大的不同。现有国家标准GB 50198—2011《民用闭路监视电视系统工程技术规范》对于图像质量的清晰度要求是最小值（3.1.10 在摄像机标准照度下，系统的数字电视图像质量和技术指标应符合下列规定：

1）图像质量可按五级损伤制评定，图像质量不应低于4 分。

2 ）峰值信噪比（PSNR）不应低于32dB。

3 ）图像水平清晰度不应低于400 线。

4 ） 图像画面的灰度不应低于8 级。

5 ） 经智能化处理的图像质量不受本条第一款—第四款规定的限制。

目前各检测机构较为普遍的检测方法是在摄像机前端通过检测人员手持清晰度测试卡或手持固定测试卡的支架，站在所检测监控点位摄像机前方，通过对讲机或电话接收监控中心现场检测人员指示，手动调整测试卡相对摄像机的高度、水平、角度，使图像测试卡的图像达到读数的占屏比的要求。最终由监控中心现场检测人员主观读数并记录数据。这种检测方法存在的问题主要有以下方面：

1)前端与后端工作人员沟通耗费了大量的检测时间，造成检测效率低下。

2)前端检测人员在检测过程中难免发生晃动等行为，给主观判断带来了很多不确定的误差。

3)主观评价行为操作较为复杂，按照GB 50198—2011《民用闭路监视电视系统工程技术规范》中的要求，图像质量评价需要5 名评价人员，这在安防工程检测现场工作中是难以实现的。

4)部分前端摄像机安装位置过高且不能变焦，借助梯子又难以保证手持清晰测试卡的稳定。

2 解决方案

根据以上检测过程中存在的问题，笔者团队开发了一套用于安防工程图像清晰度的检测装置。此装置由图像测试卡位置调节装置（如图1 所示）和数据处理平台组成。其中图像测试卡位置调节装置由推车、电动推杆、电动云台等部件组成，可实现对图像测试卡的俯仰、升降、旋转。能实现对安装高度为4 米以下的摄像机前端的检测时的图像测试卡位置调节工作。整个调节检测过程无需检测人员接触图像测试卡，避免了抖动等情况的发生。另外，此装置配备了工程宝，工程宝可直接与被测前端摄像机通讯，接收被测前端摄像机画面，前端工作人员可参考接收画面完成对测试卡的位置调节工作，大大减少了前端与后端检测人员的沟通时间，提高了工作效率。在完成对图像测试卡的位置调节工作后，后端的检测人员可以开始检测工作，利用本装置的数据处理平台，对后端需检测画面进行截图，并通过软件对截图进行分析，通过多次分析取平均值作为检测结果。

图1 图像测试卡位置调节装置

3 方法验证

3.1 验证方法

为验证本文提出的方法是否可行，结果是否可靠，设计了以下试验方法：分别将1 倍、2 倍卡安装固定在所研发的检测装置上，4 倍卡固定在实验室，分别对3.6mm 定焦和广角半球、4mm、8mm、12mm 筒形摄像机进行测试，移动测试卡位置调节装置使测试卡图像最大程度铺满显示屏，调整完成后通过平台对测试卡图像进行截取，再通过图像分析软件对截图进行清晰度分析，进行三次分析，分析后对三次测试结果去数学平均值作为清晰度测试结果。同时在测试时找5 名检测人员依据标准规定的方法对图像进行主观评价，通过对比主观评价结果和试验清晰度测试结果确定方法是否有效。

3.2 验证条件

测试应在被测摄像机要求工作照度下进行。测试的对象采用符合国家标准的监视器，监视器的水平清晰度不低于1000 电视线。验证使用的工具主要有测试软件和图像测试卡。测试使用的软件为测试卡厂家配套的iQtest 图像分析软件，iQtest 图像分析软件是一款功能强大且专业的图像分析软件。可对于多种图像测试卡进行图像分析，除清晰度外还能对图像的灰度和色彩进行分析。

ISO12233 标准分辨率测试卡的型号规格为

NQ—10—100A 图像：356x200mm 图卡: 401x256mm

NQ—10—200A 图像：712x400mm 图卡:802x512mm

NQ—10—400A 图像：1424x800mm 图卡：1604x1024mm

试验均在标准照度下进行，采用如下的组合方案对各种不同型号的摄像机进行清晰度测试：

1)配备3.6mm 定焦镜头的摄像机采用1 倍卡测试，距离距离摄像机0.2m ～0.5m；采用2 倍卡测试，距离摄像机0.4m ～1.0m。

2) 配备4mm 定焦镜头的摄像机采用1 倍卡，距离摄像机0.23m ～0.7m；采用2 倍卡，距离摄像机0.6m ～1.5m。

3) 配备8mm 定焦镜头的摄像机采用1 倍卡，距离摄像机0.5m ～1.5m；采用2 倍卡，距离摄像机1.2m ～3.0m。

4) 配备12mm 定焦镜头的摄像机采用2 倍卡，距离摄像机1.8m ～4.5m；采用4 倍卡，距离摄像机3.3m ～7m。

3.3 测试过程及数据

测试员测试结果甲乙丙丁五水平电视线（TVL） 700 800 700 900 900平均值（TVL） 860

依据验证方法调整装置并截取图像如图2 所示，并使用软件对同一组楔形线进行清晰度分析，3 次分析结果如图3 所示。在对图像进行截取的同时，安排5 名检测人员对同一组楔形线进行了主观评价，评价结果如表1。测试试验依据上述的四种组合方案对于每个测试图像在最远距离和最近距离分别进行了采样，并对采样结果的四角的楔形线进行了共计32 组的测试分析（部分测试结果如图3 所示）。

图2 前端设备采集图像

图3 测试软件对于水平电视线评价结果；平均值870.75

3.4 验证总结

通过对32 组测试结果进行分析，对同一组楔形线分析时会因分析选取区域的差异存在100TVL 左右的偏差。但对同一采样图像的四角测试结果进行比较，一致性较好，偏差在100TVL 以内。同时对于不同测试距离的同一张测试卡的测试结果偏差在100TVL 以内。同一摄像机组合使用的两张测试卡测试结果偏差也在100TVL 以内。软件分析结果较为一致，同时对比主观人员检测结果，结果也较为接近都在100TVL 以内。

4 结语

通过模拟验证，本装置和方法能按照设计预期完成安防图像清晰度检测工作。对比目前标准要求的图像清晰度检测方法，减少了人为造成的抖动带来的影响，提高了检测效率，并且为检测提供了客观的数据结果。而且在完成清晰度检测的同时可完成对灰度色彩的客观评价。虽然测试结果对比主观评价结果一致性较好，但评价结果是否完全能替代目前的检测方法，仍需在后续工作中通过大量的试验和数据去验证和考察论证。