家用網絡攝像機產品圖像分辨能力試驗方法的研究

廖 亮 賀雪彬 曾展宏

（威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

網絡攝像機是傳統攝像機與網絡視頻技術相結合的新一代產品，授權用戶可以通過移動網絡實現遠程監控，實時查看監控畫面。由于老人、孩子的自理能力一般都比較差，如果沒有專人在場看護很容易發生危險。因此，監護人為了能夠隨時了解家里發生的情況，都已經開始使用網絡攝像機。

據權威報告顯示，消費者在選購網絡攝像機產品時，首要考慮的兩大因素：一是價格，二是圖像質量。價格很直觀，消費者可以直接選擇，而網絡攝像機的圖像質量，就需要專業的試驗才能評價，其中圖像分辨能力即圖像分辨率又是衡量網絡攝像機產品圖像質量的一個重要參數。

由于家用網絡攝像機目前沒有對應的認證監管方式，所以市面上的家用網絡攝像機產品在圖像分辨率上存在嚴重的“虛標”現象。因此，如何通過科學合理的試驗方法來評價網絡攝像機的圖像分辨能力，而不是消費者通過人眼的感觀來判斷其清晰與否，就顯得尤為重要。

1 產品標準依據

家用網絡攝像機產品沒有專門對應的標準，目前行業內可參考的標準有三類，分別是國家標準GB/T 36840-2018《信息技術 緊縮嵌入式攝像頭通用規范》[1]，工信部行業標準YD/T 1607-2016《移動終端圖像及視頻傳輸特性技術要求和測試方法》[2]，公安部行業標準GA/T 1127-2013《安全防范視頻監控攝像機通用技術要求》[3]和GA/T 1128-2013《安全防范視頻監控高清晰度攝像機測量方法》[4]。

其中，GB/T 36840-2018和YD/T 1607-2016的技術要求一致，都是通過“視覺分辨率”來考核。其規定：標稱像素總數低于2 000萬不應低于像高分辨率即理論極限分辨率的65 %（家用網絡攝像機標稱像素在100萬至800萬之間，因此2 000萬像素以上的產品，本文不做考慮）。

圖1 測試圖卡和光源箱

圖2 測試環境參數

而GA/T 1127-2013和GA/T 1128-2013則是通過“分辨力”來考核。其規定：不同標稱清晰度等級的中心水平分辨力應滿足不同要求，例如：200萬像素（高清晰度攝像機）的中心水平分辨力應不低于900線。

針對以上兩種考核方法，我們分別驗證其結果合理性，并使用數字圖像測試軟件Imatest[5]和傳統目視法來分析對比試驗結果，為評價家用網絡攝像機產品的圖像分辨能力提供一定的參考方法。

本文購買海康威視旗下的“螢石”品牌的產品作為樣品，型號為CS-C6CN-3B2WFR，清晰度為1 080 P（像素為200萬）。

2 方法比較

2.1 視覺分辨率考核方法的試驗過程

測試環境的主要兩個參數：環境照度要求700～1 200 lx、光源色溫可選6 500±100 K，4 000±100 K，2 856±100 K。實測光源箱的照度為1 091 lx，色溫6 520 K。測試圖卡和光源箱如圖1所示，測試環境參數如圖2所示。

安裝“螢石云視頻”APP軟件，使網絡攝像機與無線網絡匹配，打開APP軟件并調整好鏡頭與測試圖卡的距離，使得測試圖卡完全顯示在顯示窗口邊界內，然后通過APP軟件獲取測試圖卡的圖像，如圖3所示。

圖3 測試圖卡圖像

通過目視法觀察圖3的中心水平方向分辨率在800～850 LW/PH之間，中心垂直方向分辨率在500～600 LW/PH之間。使用Imatest軟件測得圖3的中心水平方向分辨率為894.8 LW/PH，如圖4所示；中心垂直方向為分辨率為584.3 LW/PH，如圖5所示。對比可以看出使用Imatest軟件得出的值更精準。

2.2 分辨力考核方法的試驗過程

測試環境的主要兩個參數：環境照度要求2 000±100 lx、光源色溫可選6 500±100 K，5 100±100 K，3 100±100 K。實測光源箱的照度為1 907 lx，色溫6 466 K。測試圖卡和光源箱如圖6所示，測試環境參數如圖7所示。

測試步驟與2.1類似，區別是GA/T 1128-2013標準規定攝像機須在最佳聚焦狀態下才測試。由于樣品的鏡頭被固定膠粘住，所以先拆除固定膠，手動調節鏡頭，使得焦距處于最佳狀態，然后通過APP軟件獲取測試圖卡的圖像，如圖8所示。

通過目視法觀察圖8的中心水平方向分辨力介于1 100～1 250 LW/PH之間。通過Imatest軟件測得以上測試圖卡圖像B的中心水平分辨力為1 235 LW/PH，即1 235線，如圖9所示。對比可以看出使用Imatest軟件得出的值更精準。

3 試驗結果分析

圖4 中心水平方向分辨率

圖5 中心垂直方向分辨率

圖6 測試圖卡和光源箱

圖7 測試環境參數

根據圖像總分辨率（像素）=水平方向分辨率×垂直方向分辨率，因此圖4和圖5的圖像總像素約為53萬像素（894.8×584.3）。此值少于130萬，故不滿足標準GB/T 36840-2018或YD/T 1607-2016規定的“標稱像素總數低于2 000萬不應低于像高分辨率即理論極限分辨率的65 %”的要求。

圖9的圖像中心水平分辨力1 235線大于要求值900線，故滿足標準GA/T 1127-2013規定的“高清攝像頭的中心水平分辨力應不低于900線”的要求。

圖8 測試圖卡圖像

從以上結果分析可以看出，針對同一個樣品，用不同的考核方法得出了截然相反的結果。

我們再目視觀察圖3和圖8，就可以發現兩個測試圖卡圖像存在明顯差異。經過市場調查得知：由于攝像機產品在運輸過程中，受到顛簸等影響，鏡頭會產生偏移，使得焦距存在“虛焦”現象。這樣用戶在安裝使用攝像機時，顯示的圖像會很模糊，從而用戶會向攝像機銷售方投訴，并要求返廠維修。因此，攝像機制造企業在出廠時，會事先根據現實使用情況，調節好鏡頭焦距，并用固定膠簡單粘住鏡頭，這樣就可以避免以上情況，如圖10所示。

但是以上兩種考核方法的測試對象都是標準ISO 12233[6]規定的測試圖卡，因此與用戶的生活場景存在差異，如果鏡頭又被固定，無法自動調焦，那么必然使得拍出來的圖像存在“不真實”情況。

用視覺分辨率考核方法測試時，標準GB/T 36840-2018或YD/T 1607-2016只要求“移動終端照相攝像設備應被定位在合適的位置來適應測試目標”，因此網絡攝像機樣品為實際購樣時的狀態，未做調整，如圖1所示。

而用分辨力考核方法測試時，依據標準GA/T 1128-2013規定，事先拆除了固定膠，并調節好鏡頭焦距，再進行測試，如圖6所示。

通過上文分析，按照2.1視覺分辨率考核方法得出的實驗結果存在異常的原因很可能是：焦距與測試圖卡不匹配，且鏡頭被固定，焦距無法調節。為了驗證此猜想，用已拆除鏡頭上固定膠的樣品，重新按照2.1試驗步驟進行測試，獲得的測試圖卡圖像如圖11所示。

通過Imatest-3.4軟件測得圖11的中心水平方向分辨率為1 395 LW/PH，如圖12所示。中心垂直方向分辨率為1 097 LW/PH，如圖13所示。

根據圖像總分辨率（像素）=水平方向分辨率×垂直方向分辨率，因此圖12和圖13的圖像總像素約為153萬像素（1395×1097）。此值大于130萬，故滿足標準GB/T 36840-2018或YD/T 1607-2016規定的“標稱像素總數低于2 000萬不應低于像高分辨率即理論極限分辨率的65 %”的要求。

圖9 中心水平分辨力

圖10 帶固定膠的鏡頭

圖11 測試圖卡圖像

圖12 中心水平方向分辨率

圖13 中心垂直方向分辨率

4 結論

通過以上對比試驗，我們可以得出以下結論：

1）依據公安部行業標準GA/T 1127-2013《安全防范視頻監控攝像機通用技術要求》和GA/T 1128-2013《安全防范視頻監控高清晰度攝像機測量方法》的分辨力考核方法更合理；

2）如果使用GB/T 36840-2018或YD/T 1607-2016的視覺分辨率考核方法，測試時應確保樣品鏡頭處于最佳聚焦狀態；

3）使用Imatest軟件分析測試圖卡圖像一定程度上可以避免人眼觀察帶來的視覺誤差，從而得出的測試結果比目視法更精準。