Allion Labs / Abel Hsu

身處數位化時代,從筆記型電腦、智慧型手機、智慧家電、行車紀錄器等等各式3C設備幾乎都備有鏡頭,以現今消費者需求來看,無論是相機成像或是影像分析,其共通需求皆為需要高品質、高解析的影像。針對其影像需求,如何用標準化的量化分析相關產品的影像品質也就更加重要。

 

影像品質把關就靠它 ―「Image Quality Test」

Image Quality(IQ)測試主要分成兩個面向:一個是控制環境並數據化後的客觀分析,另外一個是實際拍攝後依照主觀喜好做出評價的數據,而以下將介紹客觀分析面向所涵蓋的項目和設備。

 IQ實驗室 

  • 暗房: 能完全降低外部亮度干擾的環境,通常背景材質部分可採Neutral Gray (18%中性灰) 塗料,或是全黑低反布景材質來做環境布景。
IQ實驗室的暗房:能完全降低外部亮度干擾的環境

 測試儀器 

  • 測光表: 能準確量測環境光源亮度和色溫(如下圖)

要如何解讀上面顯示的數據呢? 上面有一組數字為環境亮度,儀表讀出來的數字為1002代表的就是環境光為1002Lux,而下面一行數字代表的是色溫的K值,讀出來的數字為6547K,即為色溫常見的D65光源。

測光表:能準確量測環境光源亮度和色溫

 燈具 

  • 透射式燈具:可以使用透射式圖卡,類似像幻燈片般,需要透射光源來使圖卡發光來量測狀態。
  • 投射式燈具:需要均勻投射光源並降低陰影,可以均勻的將光投射在圖卡之上,透過控制色溫與亮度,來達到測試的準確度

 圖卡 

  • 解析度(MTF)圖卡: 使用標準ISO12233、SFR或ESFR等標準測試反射圖卡
  • 色彩(color)測試圖卡: 常見使用24色標準測試圖卡
  • 雜訊(noise)圖卡
  • 動態範圍(dynamic range)圖卡

 

什麼是MIPI Interface?

本次實測主角為使用影像傳輸介面規範的MIPI Camera,而什麼是MIPI Interface呢?

MIPI Interface全名為Mobile Industry Processor Interface(行動產業處理器介面),是為了行動應用處理器所發展的開放標準,由MIPI聯盟所發展。MIPI聯盟是一個開放的會員組織,主要由四間公司,分別是美國德州儀器(TI),意法半導體(ST),英國的ARM公司和芬蘭的諾基亞(Nokia)於2003年共同成立,所有行動產業相關的公司皆有資格入會,無論是半導體製造商,設備製造商,軟體製造商都可加入。

MIPI聯盟旨在推進移動應用處理器介面的標準化,針對不同組合提供了適合且全面的規範組合,MIPI聯盟中有負責不同方面的工作群組(Work Groups),例如Camera、Display、DigRF等等工作群組,各自負責不同的規範。例如Camera工作群組負責相關的影像傳輸介面(Camera Serial Interface, CSI)規範,Display工作群組則是擔任顯示串列介面(Display Serial Interface, DSI)的規範等。

 

實測對象MIPI Interface Camera概要

傳統行動設備上面的Camera都是透過USB介面連接,而MIPI interface camera則是透過MIPI中的CSI規範連接至SoC,相較於USB介面,採用MIPI介面有以下優點:

  • MIPI廣泛應用在行動設備上
  • 可提供更寬的頻寬
  • 耗電量相對較低
  • 行動裝置通用的介面協定
  • 支援多核心處理器,使用處理器的資源需求較少

當然也有一些缺點:

  • MIPI線材長度限制為30mm,相對USB線材較短
  • 若使用USB介面可隨插即用(PnP),但是MIPI不支援此功能
  • 製造成本相較USB高

不過若對影像品質有較高需求的話,透過擁有較高頻寬的MIPI便可以傳輸更高的解析度和高品質的內容,例如使用MIPI介面的camera,以1080P到8K甚至更高頻寬的影像傳輸來說,整體可達到以下效果:

  • 更佳的對比
  • 更佳的色彩效果
  • 更佳的影像細節
  • 更佳的雜訊抑制

 

實測MIPI Interface Camera

以下我們將從Image Quality測試裡挑選幾個關鍵項目來進行效能測試。

 1. 解析度(MTF) 

第一項挑選的是最攸關畫質好壞的項目-解析度,用來辨別解析度優劣的量化數值指標為MTF50,測試方式透過標準解析度圖卡加上控制亮度色溫來拍攝圖卡並分析,而解析度測項中包含解析度(MTF)及銳化(Over sharpening)。

  • 測試區域在拍攝區域中挑選38個不同區域,分別涵蓋中央(center)和邊緣(corner)的顯示區域,如下圖。
透過標準解析度圖卡加上控制亮度色溫來拍攝圖卡並分析,而解析度測項中包含解析度(MTF)及銳化(Over sharpening)

解析度(MTF):常見數值求MTF50數值需要超過0.30以上,0.30這個值是列印高質量的照片的一個解析標準量化,從實測結果可知這個camera模組除了邊緣有下降之外都能超過0.3這個數據。

常見數值求MTF50數值需要超過0.30以上,0.30這個值是列印高質量的照片的一個解析標準量化

銳化(Over sharpening):一般來說數值要控制在20%內,超過20%的話畫面實際影像會產生明顯毛邊的現象。

銳化(Over sharpening):一般來說數值要控制在20%內,超過20%的話畫面實際影像會產生明顯毛邊的現象。

透過放大實測照來看,和實測數據一致,超過20%的部分出現較為明顯的毛邊,而提高MTF和控制Over sharpening都是IQ在解析度部分需要特別留意的兩個重點。

透過放大實測照來看,和實測數據一致,超過20%的部分出現較為明顯的毛邊

 2. 色彩 

第二項挑選的是色彩部分,飽和的色彩加上能提供給使用者照片喜好的感受:

  • 軟體分析24色圖卡:

色飽和色誤差:飽和值通常越大較佳,但一般會希望控制在130%以內,過高的飽和值反而會讓使用者感受到照片過濃的感受,而色誤差則是越小越好。

色飽和色誤差:飽和值通常越大較佳,但一般會希望控制在130%以內,過高的飽和值反而會讓使用者感受到照片過濃的感受,而色誤差則是越小越好。

透過放大實測照來看,也呈現和實測出的結果一致,紫色和紅色部分顯現明顯的飽和,也影響色誤差數值和飽和值。

透過放大實測照來看,也呈現和實測出的結果一致,紫色和紅色部分顯現明顯的飽和,也影響色誤差數值和飽和值。

 

那USB介面產品的表現呢?

接下來我們在相同環境下也實測了類似規格的USB介面產品:

解析度(MTF):

銳化(Over sharpening):

色飽和色誤差:

 

實測數據比較

本文單就三個關鍵因素來解析MIPI Camera跟USB Camera兩者之間的差異。

第一點針對MTF分析,MIPI Camera影像的中央解析度平均有0.43,而銳利度數值平均約39%,而USB Camera影像的MTF平均有0.65,但相對的銳利度達到46%,一般會呈現這個數值表示MTF數值很可能是被銳利度所拉高,相對的毛邊現象會較為嚴重。

色彩部分也和數值分析的一樣,兩者飽和度都相當高,但USB的各個色塊之色誤差相比MIPI Camera之下較高,在色彩表現中如何控制色彩飽和色誤差讓使用者能感受到濃度夠的色彩但是也有精準的色誤差是IQ中相當重要的一個環節。

USB的各個色塊之色誤差相比MIPI Camera之下較高

 

結論

百佳泰在MIPI測試領域已有豐富的經驗,除了Camera項目,也有提供MIPI D-PHY等電氣訊號檢測分析,相關資訊可以參考此文章。

延伸閱讀:淺談行動產業處理器接口 – MIPI規格、測試與案例分享

 

百佳泰影像品質顧問團隊,已建置專業設備環境來驗證產品的Image quality,藉由量測下列項目,確保您的產品效能:

  • 解析度(MTF Resolution)
  • 銳利度(Sharpening)
  • 空間噪音(Spatial Noise Level)
  • 色彩誤差(Color Accuracy)
  • 色彩飽和度(Color Saturation)
  • 白平衡(White Balance)
  • 細節保留(Texture Fidelity)
  • 動態範圍(Dynamic Range)
  • 曝光精準(Exposure Accuracy)
  • 鏡頭均勻度(Lens shading)
  • 可視範圍(Field of View)
  • 鏡頭形變(Lens Distortion)

 

針對筆電內建相機、網路攝影機、行車紀錄器等產品,可執行上列測項,搭配燈箱、投射式燈具、透射式燈箱等不同燈具,再加上各項目之標準測試圖卡,依照客戶需求執行Image Quality測試。百佳泰從MIPI電氣訊號到成品效能驗證都可以完整提供服務組合,提供不同階段的廠商不同需求的服務,如有任何需求,歡迎填寫表單聯繫我們,百佳泰將為您打造專屬測試服務!

立即加入百佳泰 LINE官方帳號,隨時掌握技術新訊