图像质量之动态范围评测

图像质量之动态范围评测

动态范围是衡量图像质量的重要指标之一，它描述了画面中从最暗的阴影部分到最亮的高光部分的光量强度分布范围。本文将详细介绍动态范围的定义、测量方法和评价标准，并对比分析动态范围与对比度的区别。

1. 动态范围的定义

动态范围（dynamic range）描述了画面中从最暗的阴影部分到最亮的高光部分的光量强度分布范围，通常用f-stop或EV来计算。维基百科中关于动态范围的定义如下：Dynamic range is the ratio between the largest and smallest values that a certain quantity can assume.

如下所示从左到右依次是低动态、原图、高动态的图。可见，
（1）动态范围越广，高亮和阴影部分的细节展现越清晰，直方图像素分布越均衡；
（2）动态范围越窄，越容易出现高亮过曝和暗部死黑现象，高亮和阴影部分的细节几乎丢失，直方图上像素堆积在两端。

2. 动态范围的测量及评价

2.1 测量原理

根据中国移动终端图像及视频传输特性技术要求和测试方法（YD/T 1607-2016）标准指出——
动态范围测试即灰阶测试。按照8.1的要求（温度、湿度、气压等条件均达标）在标准光源（D65）照明条件下，对灰阶测试图卡（如下）进行拍摄，使该测试图卡占整个取景视场面积的50%〜70%且处于中心区域，拍摄后将拍摄图像输入电脑，在每个灰度条中截取面积不小于30%的灰度块，读出所截取的每个灰度块的灰度值，根据公式计算，从而可以判断从黑到白可分辨的灰阶的级数。

拍照时，照相摄像设备建议釆用下表的参数设置。拍摄过程中，移动终端照相摄像设备曝光时间不得超过1/30s。拍照时，可以让镜头处于稍微虚焦的状态以消除标板网纹的影响。移动终端照相摄像设备的自动曝光需要调整到将拍摄照片中对应于测试卡背景区域的像素亮度值控制在110〜130之间。

2.2 Imatest测量实操

选Linear grayscale→调整识别框→settings→output

2.3 数据解读及评判标准

根据YDT1607-2016标准规定，（1）移动终端照相摄像设备应能区分灰阶测试图卡上从黑到白11级不同灰度（若两相邻灰阶之间的灰度值之差大于等于8,则认为这两个灰阶是可以分辨的）、全部20个色块灰度值单调递减。（2）移动终端照相摄像设备动态范围值应不小于5。

基于此我们关注的重点是提取到的20阶灰阶的灰度值。打开生成的xx.csv文件，找到Y-means所在列，其中灰度值
Y = 0.3R + 0.6G +0.1*B
计算可得当前设备在当前环境下的动态范围可以达到13阶，阶数是满足国标的；但是观察发现它第17阶和18阶的灰度差不满足单调递减的规律。因此说明设备在当前环境下达不到国标要求。

3. 动态范围和对比度的区别

动态范围是用来描述画面中从最暗的阴影部分到最亮的高光部分的光量强度分布范围，单位通常用f-stop、档、阶表示；
对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，差异范围越大代表对比越大，对比度是一个比值无量纲。

如下分别是原图、高动态图、低动态图；
如下分别是原图、高对比图、低对比图。