Image sharpening and its effects on perceived image quality

Abstract

Diplomityössä tutkittiin terävöityksen vaikutusta koettuun kuvanlaatuun. Aluksi tehtiin selvitys mitkä ovat tavanomaisimmat syyt epäterävyyteen käytettäessä kamerakännyköitä ja kuinka näitä voitaisiin välttää sekä mitä tulisi ottaa huomioon kameramoduulien suunnittelussa. Erityisesti tutkittiin kännykkäkameroiden linssien ja sensorin aiheuttamaa epäterävyyttä. Lisäksi tarkasteltiin kuinka kontrasti, kohina ja kuvan kirkkaus vaikuttavat koettuun terävyyteen. Havaittiin, että kaikilla edellä mainituilla kuvanlaatuattribuuteilla voidaan vaikuttaa kuvan koettuun terävyyteen.

Lisäksi tutkittiin kuinka paljon terävöitystä kamerakännykällä otettuun kuvaan tulisi lisätä kuvan jälkikäsittely vaiheessa ja millaisella terävöityksellä saavutetaan optimaalinen kuvanlaatu. Tätä tutkittiin käyttämällä kuutta luonnollisissa oloissa, eri valaistusolosuhteissa otettua kuvaa. Vastaavat valaistusolosuhteet luotiin myös studioympäristössä ja näin voitiin kuvata erityinen testi kenttä josta voitiin mitata kuvan alkuperäinen terävyys sekä kohina. Testikuvat otettiin viiden megapikselin SMIA85-standardin mukaisella CMOS-kameramoduulilla. Luonnolliset testikuvat sekä laboratoriokuvat käsiteltiin käyttäen simulointi ohjelmaa joka simuloi kännykkäkameran kuvaprosessointia. Testikuvista luotiin 11 eri versiota joissa terävöityksen määrää vaihdeltiin ja terävöityksen määrä oli myös mitattavissa testikentästä otetuista kuvista. terävöityksen suuruuden mittariksi valittiin resoluutiovaste joka on yleisesti käytetty mittari tutkittaessa yliterävöityksen määrää.

Terävöityksen vaikutusta koettuun kuvanlaatuun testattiin käyttäen kymmentä testihenkilöä. Testistä kävi selvästi ilmi, että mobiilikameralla otettu kuva kaipaa terävöitystä, mutta liiallinen terävöitys huonontaa kuvanlaatua. Lisaksi havaittiin, että kirkkaassa valaistuksessa otettuja kuvia pitää terävöittää enemmän kuin huonossa valaistuksessa otettuja, jotta saavutetaan optimaalinen kuvanlaatu. Päädyttiin esittämään, että kirkkaassa valaistuksessa, yli 1000 luxia, optimaalinen kuvanlaatu saavutetaan käyttämällä terävöitysalgoritmia joka tekee kuvaan 2.1 resoluutiovasteep antavan terävöityksen. Valaistuksen ollessa 1000-300 luxia paras kuvanlaatu saavutettiin 1.8 resoluutio vasteella sekä alle 300:n sadan luxin valaistuksessa resoluutiovasteeksi saatiin samoin 1.8. Näillä arvoilla saavutettiin hyväksyttävä kuvanlaatu 70-60%:n varmuudella.