Allion Labs /?Abel Hsu

身處數(shù)字化時(shí)代，從筆記本電腦、智能型手機(jī)、智能家電、行車紀(jì)錄器等等各式3C設(shè)備幾乎都備有鏡頭，以現(xiàn)今消費(fèi)者需求來看，無論是相機(jī)成像或是影像分析，其共通需求皆為需要高質(zhì)量、高解析的影像。針對其影像需求，如何用標(biāo)準(zhǔn)化的量化分析相關(guān)產(chǎn)品的影像質(zhì)量也就更加重要。

影像質(zhì)量把關(guān)就靠它 ―「Image Quality Test」

Image Quality(IQ)測試主要分成兩個(gè)面向：一個(gè)是控制環(huán)境并數(shù)據(jù)化后的客觀分析，另外一個(gè)是實(shí)際拍攝后依照主觀喜好做出評價(jià)的數(shù)據(jù)，而以下將介紹客觀分析面向所涵蓋的項(xiàng)目和設(shè)備。

?IQ實(shí)驗(yàn)室?

• 暗房： 能完全降低外部亮度干擾的環(huán)境，通常背景材質(zhì)部分可采Neutral Gray (18%中性灰) 涂料，或是全黑低反布景材質(zhì)來做環(huán)境布景。

?測試儀器?

• 測光表： 能準(zhǔn)確量測環(huán)境光源亮度和色溫（如下圖）

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

?燈具?

• 投射式燈具：需要均勻投射光源并降低陰影，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(dá)到測試的準(zhǔn)確度
• 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(fā)光來量測狀態(tài)。

?圖卡?

• 分辨率(MTF)圖卡： 使用標(biāo)準(zhǔn)ISO12233、SFR或ESFR等標(biāo)準(zhǔn)測試反射圖卡
• 色彩(color)測試圖卡： 常見使用24色標(biāo)準(zhǔn)測試圖卡
• 噪聲(noise)圖卡
• 動(dòng)態(tài)范圍(dynamic range)圖卡

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什么是MIPI Interface？

本次實(shí)測主角為使用影像傳輸接口規(guī)范的MIPI Camera，而什么是MIPI Interface呢？

MIPI Interface全名為Mobile Industry Processor Interface(移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器界面)，是為了移動(dòng)應(yīng)用處理器所發(fā)展的開放標(biāo)準(zhǔn)，由MIPI聯(lián)盟所發(fā)展。MIPI聯(lián)盟是一個(gè)開放的會(huì)員組織，主要由四間公司，分別是美國德州儀器(TI)，意法半導(dǎo)體(ST)，英國的ARM公司和芬蘭的諾基亞(Nokia)于2003年共同成立，所有移動(dòng)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的公司皆有資格入會(huì)，無論是半導(dǎo)體制造商，設(shè)備制造商，軟件制造商都可加入。

MIPI聯(lián)盟旨在推進(jìn)移動(dòng)應(yīng)用處理器接口的標(biāo)準(zhǔn)化，針對不同組合提供了適合且全面的規(guī)范組合，MIPI聯(lián)盟中有負(fù)責(zé)不同方面的工作組(Work Groups)，例如Camera、Display、DigRF等等工作組，各自負(fù)責(zé)不同的規(guī)范。例如Camera工作組負(fù)責(zé)相關(guān)的影像傳輸接口(Camera Serial Interface, CSI)規(guī)范，Display工作組則是擔(dān)任顯示串行接口(Display Serial Interface, DSI)的規(guī)范等。

實(shí)測對象MIPI Interface Camera概要

傳統(tǒng)移動(dòng)設(shè)備上面的Camera都是透過USB接口連接，而MIPI interface camera則是透過MIPI中的CSI規(guī)范連接至SoC，相較于USB接口，采用MIPI接口有以下優(yōu)點(diǎn)：

• MIPI廣泛應(yīng)用在行動(dòng)設(shè)備上
• 可提供更寬的帶寬
• 耗電量相對較低
• 移動(dòng)裝置通用的接口協(xié)議
• 支持多核心處理器，使用處理器的資源需求較少

當(dāng)然也有一些缺點(diǎn)：

• MIPI線材長度限制為30mm，相對USB線材較短
• 若使用USB接口可即插即用(PnP)，但是MIPI不支持此功能
• 制造成本相較USB高

不過若對影像質(zhì)量有較高需求的話，透過擁有較高帶寬的MIPI便可以傳輸更高的分辨率和高質(zhì)量的內(nèi)容，例如使用MIPI接口的camera，以1080P到8K甚至更高帶寬的影像傳輸來說，整體可達(dá)到以下效果：

• 更佳的對比
• 更佳的色彩效果
• 更佳的影像細(xì)節(jié)
• 更佳的噪聲抑制

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實(shí)測MIPI Interface Camera

以下我們將從Image Quality測試?yán)锾暨x幾個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目來進(jìn)行效能測試。

1.分辨率(MTF)

第一項(xiàng)挑選的是最攸關(guān)畫質(zhì)好壞的項(xiàng)目-分辨率，用來辨別分辨率優(yōu)劣的量化數(shù)值指標(biāo)為MTF50，測試方式透過標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖卡加上控制亮度色溫來拍攝圖卡并分析，而分辨率測項(xiàng)中包含分辨率(MTF)及銳化(Over sharpening)。

測試區(qū)域在拍攝區(qū)域中挑選38個(gè)不同區(qū)域，分別涵蓋中央(center)和邊緣(corner)的顯示區(qū)域，如下圖。

分辨率(MTF)：常見數(shù)值求MTF50數(shù)值需要超過30以上，0.30這個(gè)值是打印高質(zhì)量的照片的一個(gè)解析標(biāo)準(zhǔn)量化，從實(shí)測結(jié)果可知這個(gè)camera模塊除了邊緣有下降之外都能超過0.3這個(gè)數(shù)據(jù)。

銳化(Over sharpening)：一般來說數(shù)值要控制在20%內(nèi)，超過20%的話畫面實(shí)際影像會(huì)產(chǎn)生明顯毛邊的現(xiàn)象。

 

透過放大實(shí)測照來看，和實(shí)測數(shù)據(jù)一致，超過20%的部分出現(xiàn)較為明顯的毛邊，而提高M(jìn)TF和控制Over sharpening都是IQ在分辨率部分需要特別留意的兩個(gè)重點(diǎn)。

2.色彩

第二項(xiàng)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：

軟件分析24色圖卡：

色飽和色誤差：飽和值通常越大較佳，但一般會(huì)希望控制在130%以內(nèi)，過高的飽和值反而會(huì)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(shí)測照來看，也呈現(xiàn)和實(shí)測出的結(jié)果一致，紫色和紅色部分顯現(xiàn)明顯的飽和，也影響色誤差數(shù)值和飽和值。

那USB接口產(chǎn)品的表現(xiàn)呢？

接下來我們在相同環(huán)境下也實(shí)測了類似規(guī)格的USB接口產(chǎn)品：

分辨率(MTF)：

銳化(Over sharpening)：

色飽和色誤差：

實(shí)測數(shù)據(jù)比較

本文單就三個(gè)關(guān)鍵因素來解析MIPI Camera跟USB Camera兩者之間的差異。

第一點(diǎn)針對MTF分析，MIPI Camera影像的中央分辨率平均有0.43，而銳利度數(shù)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(dá)到46%，一般會(huì)呈現(xiàn)這個(gè)數(shù)值表示MTF數(shù)值很可能是被銳利度所拉高，相對的毛邊現(xiàn)象會(huì)較為嚴(yán)重。

色彩部分也和數(shù)值分析的一樣，兩者飽和度都相當(dāng)高，但USB的各個(gè)色塊之色誤差相比MIPI Camera之下較高，在色彩表現(xiàn)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(zhǔn)的色誤差是IQ中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

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結(jié)論

百佳泰在MIPI測試領(lǐng)域已有豐富的經(jīng)驗(yàn)，除了Camera項(xiàng)目，也有提供MIPI D-PHY等電氣訊號(hào)檢測分析，相關(guān)信息可以參考此文章。

延伸閱讀：淺談移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口 – MIPI規(guī)格和測試與案例分享

百佳泰影像質(zhì)量顧問團(tuán)隊(duì)，已建置專業(yè)設(shè)備環(huán)境來驗(yàn)證產(chǎn)品的Image quality，藉由量測下列項(xiàng)目，確保您的產(chǎn)品效能：

• 分辨率(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(xì)節(jié)保留(Texture Fidelity)
• 動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic Range)
• 曝光精準(zhǔn)(Exposure Accuracy)
• 鏡頭均勻度(Lens shading)
• 可視范圍(Field of View)
• 鏡頭形變(Lens Distortion)

針對筆電內(nèi)建相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)、行車紀(jì)錄器等產(chǎn)品，可執(zhí)行上列測項(xiàng)，搭配燈箱、投射式燈具、透射式燈箱等不同燈具，再加上各項(xiàng)目之標(biāo)準(zhǔn)測試圖卡，依照客戶需求執(zhí)行Image Quality測試。

百佳泰從MIPI電氣訊號(hào)到成品效能驗(yàn)證都可以完整提供服務(wù)組合，提供不同階段的廠商不同需求的服務(wù)，如有任何需求，歡迎填寫窗口聯(lián)系我們，百佳泰將為您打造專屬測試服務(wù)！