GB/T 43531-2023 多目拼接全景成像设备光学性能测试方法

　　ICS 17. 180.99 CCS L 50

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43531—2023

　　多目拼接全景成像设备光学性能测试方法

　　Testmethod ofopticalperformance formulti-view splicingimagingdevice

　　2023-12-28发布 2024-07-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43531—2023

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 测试设备 2

　　5 测试条件 2

　　6 测试方法 3

　　6. 1 测试前准备 3

　　6. 2 测试项 目 3

　　6. 2. 1 水平视场角 3

　　6. 2. 2 帧率 6

　　6. 2. 3 延时 7

　　6. 2. 4 同步性 7

　　6. 2. 5 拼接错位 9

　　6. 2. 6 相邻目色差 10

　　6. 2. 7 分辨力 12

　　6. 2. 8 畸变率 13

　　6. 2. 9 清晰度差 14

　　7 测试报告 17

　　附录 A (资料性) 测试报告记录表 18

　　参考文献 19

　　GB/T 43531—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国科学院提出 。

　　本文件由全国光电测量标准化技术委员会(SAC/TC487)归 口 。

　　本文件起草单位 :之江实验室 、浙江大华技术股份有限公司 、深圳市聚芯影像有限公司 、浙江省光学学会 、福建艾思欧信息科技有限公司 、浙江宇视科技有限公司 、中国科学院空天信息创新研究院 、浙江省计量科学研究院 、北京元客方舟科技有限公司 、苏州华英光电仪器有限公司 、中国计量大学 、舟山市质量技术监督检测研究院 、深圳铭创智能装备有限公司 、重庆中科摇橹船科技有限公司 、浙江省智能技术标准创新促进会 、西安远望图像技术有限公司 、北京万集科技股份有限公司 、河南翊轩光电科技有限公司 、深圳捷牛科技有限公司 、凌云光技术股份有限公司 、中核勘察设计研究有限公司 、深圳市度申科技有限公司 、中电科思仪科技股份有限公司 。

　　本文件主要起草人 :张建 锋 、孔 维 生 、郑 晓 东 、徐 晨 、吴 参 毅 、方 贵 明 、王 璞 、殷 源 、孟 倩 蕾 、李 南 阳 、缪仙玉 、郭钢祥 、熊伟 、冯兵 、张 中 华 、张 淑 琴 、郝 华 东 、黎 锦 宁 、郑 道 勤 、姚 帅 、王 邓 江 、丁 松 涛 、罗 健 峰 、严帅 、苗长伟 、聂忠强 、盛立文 。

　　Ⅰ

　　GB/T 43531—2023

　　多目拼接全景成像设备光学性能测试方法

　　1 范围

　　本文件描述了多目拼接全景成像设备(以下简称全景成像设备)的光学性能的测试设备 、测试条件和测试方法 。

　　本文件适用于多目拼接全景成像设备光学性能的测试 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 18721. 2—2017 印刷技术 印前数据交换 第 2部分 :XYZ/sRGB编码的标准彩色图像数据(XYZ/SCID)

　　ISO 12233 摄影 电 子 静 态 图 像 成 像 分 辨 率 和 空 间 频 率 响 应(Photography—Electronic still picture imaging—Resolution and spatialfrequency responses)

　　IEC 61966-2-1:1999 多媒体系统与设备 色彩测量和管理 第 2-1部分 : 色彩管理 默认 RGB色彩空间 sRGB(Multimedia systems and equipment—Colourmeasurementand management—Part2- 1:Colour management—DefaultRGB colour space— sRGB)

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　目 view

　　由一个镜头加一个图像传感器组成的图像采集单元 。

　　3.2

　　多目拼接 multi-view splicing

　　由两个或两个以上目的视场来覆盖一个大的场景 ,并通过图像拼接技术处理各目之间的接合处 ,使之融合成具有更大视场角度的画面 。

　　3.3

　　同步性 synchronicity

　　Δt

　　多目拼接全景成像设备不同 目之间采集图像的时间差 。

　　注 : 单位为毫秒(ms) 。

　　3.4

　　延时 delaytime

　　ΔT

　　全景成像设备成像过程中消耗的时间 。

　　1

　　GB/T 43531—2023

　　注 : 传感器接收到图像信号至输出图像电子信号的时间 ,包含硬件和软件的延时 ,单位为毫秒(ms) 。 3.5

　　拼接错位 splicing misplacement

　　P

　　不同目对于同一目标点的成像位置偏差 。

　　注 : 用像素数量表示 。

　　3.6

　　相邻目色差 adjacentview colordifference

　　Δuv

　　相邻目之间对于同一颜色呈现的差异 。

　　注 : 用 IDMS色差 Δuv 表示 。

　　3.7

　　清晰度差 adjacentview definition difference

　　ΔK

　　相邻目清晰度差值的最大值 。

　　4 测试设备

　　所需的测试设备应满足下列要求 。

　　a) 在线秒表(或在线北京时间网页) :分辨力优于 1 ms。

　　b) 带刻度钢尺支架 :最小分度值优于 1 mm。

　　c) 平面反射镜 :镜片的尺寸应能保证在线秒表示数完整成像 。

　　d) 分辨力测试卡 :满足 ISO 12233的分辨力测试图要求 。

　　e) 棋盘格 :规格为 20 mm×20 mm(结合待测全景成像设备参数选择) 。

　　f) 标准光源对色灯箱 :D65光源 ,色温(6500±200) K,照度值(1540±460)lx。

　　g) 标准色卡 :使用 24色标准色卡中的红 、绿 、蓝三种颜色的色卡 。

　　h) 成像亮度计 :亮度精度优于 3% ,所配套的分析软件可自选分析区域 。

　　i) 显示器 :刷新率优于 120 Hz。

　　j) 主机 :支持与全景成像设备的数据接口互连 、支持图像显示 。

　　k) 图像处理软件 :应至少满足以下功能 。

　　1) 具有图像区域选取功能 。

　　2) 能读取选取区域的像素个数 。

　　3) 能对选取区域的像素提取 sRGB 图像数据 , 即 R(红色) 、G(绿色) 、B(蓝色)三通道 8 位编码值 。

　　l) 待测设备控制软件 :待测全景成像设备自带的控制软件 ,可显示 、记录待测全景成像设备的图像或视频 。

　　m) 黑室 :照度低于 0. 2 lx。

　　5 测试条件

　　除特别声明环境条件的试验外 ,试验应在下列环境条件下进行 :

　　a) 环境温度 : -10 ℃ ~40 ℃ ;

　　b) 相对湿度 :25% ~ 85% 。

　　2

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　　6 测试方法

　　6. 1 测试前准备

　　全景成像设备应设置为彩色模式 ,并将设备调整到最佳聚焦状态 , 即对拍摄物体能清晰成像 。

　　全景成像设备连接电源 ,其数据接口与主机互连 ,主机与显示器相连 ,使全景成像设备正常工作 ,并通过待测设备控制软件 ,显示和记录图像或视频 。

　　6.2 测试项目

　　6.2. 1 水平视场角

　　6.2. 1. 1 测试原理

　　用待测全景成像设备拍摄带刻度钢尺支架 ,分析图像显示的数值 ,计算水平视场角 。测试示意图见图 1 和图 2, 图中 αH 、βH 分别表示全景成像设备可达的视场左边线和右边线与水平方向的夹角 ,LA、LB表示带刻度的钢尺支架移动的距离 ,HA、HB 分别表示 A 到 A'、B 到 B'的垂直方向高度变化 。将两个

　　带刻度钢尺支架平行放置在待测全景成像设备两边 ,通过读取带刻度钢尺支架在两个位置处的钢尺成像的最大位置 A、A'、B、B'的示数 ,结合三角函数 ,可计算得到水平视场角 θ。

　　标引序号说明 :

　　1 — 带刻度钢尺支架 ;

　　2 — 全景成像设备 。

　　图 1 小于 180°的水平视场角测试示意图

　　3

　　GB/T 43531—2023

　　标引序号说明 :

　　1— 带刻度钢尺支架 ;

　　2 — 全景成像设备 。

　　图 2 大于 180°水平视场角测试示意图

　　若待测全景成像设备水平视场角过大 ,接近 360°时 , 两边的钢尺距离过近 ,成像困难 ,从而带来较大误差 。可采用图 3 所示的方法 , 图中 αV 、βV 分别表示全景成像设备可达的视场左边线和右边线与垂直方向的夹角 ,LA、LB 分别表示 A 到 A'、B 到 B'的水平移动距离 , H 表示钢尺垂直方向移动的距离 。将带刻度钢尺支架放置在待测全景成像设备中心视场背面 ,通过读取钢尺支架在两个位置成像的最大位置 A、A'、B、B'的示数 ,结合三角形余弦定理 ,可计算得到水平视场角 θ。

　　标引序号说明 :

　　1 — 带刻度钢尺支架 ;

　　2 — 全景成像设备 。

　　图 3 较大水平视场角测试示意图

　　6.2. 1.2 测试步骤

　　对于测试原理为图 1 和图 2 的全景成像设备 ,其测试步骤如下所述 。

　　a) 将两个带刻度钢尺支架和待测全景成像设备固定在水平平板上 ,两个钢尺支架平行放置于待测全景成像设备的两侧 ,并在待测全景成像设备中能够清晰成像 ,将与钢尺平行的方向定义为垂直方向 ,与钢尺垂直的方向定义为水平方向 。

　　4

　　GB/T 43531—2023

　　b) 分别读取此时两个钢尺在待测全景成像设备中成像的最大位置 A、B 的刻度示数 。

　　c) 向两边平行移动两个钢尺支架 ,移动距离分别为 LA、LB 。此时 ,若水平视场角小于 180°,钢尺示数则向上移动 ,如图 1所示 ;若水平视场角大于 180°,钢尺示数则向下移动 ,如图 2 所示 ; 当水平视场角刚好为 180°时 ,钢尺示数无变化 。

　　d) 读取移动后两个钢尺在待测全景成像设备中成像的最大位置 A'、B'的刻度示数 ,结合步骤 b)的刻度示数 ,二者相减可得到 A 到 A'、B 到 B'的垂直方向高度变化 ,分别为 HA、HB 。

　　对于测试原理为图 3 的全景成像设备 ,其测试步骤如下所述 。

　　a) 将钢尺支架放置在待测全景成像设备中心视场的背面 ,使钢尺能清晰成像 ,读取成像的最大位置 A、B 对应的刻度示数 。

　　b) 向下垂直移动钢尺支架 ,移动距离为 H。

　　c) 读取移动后视场的左边线刻度 A'的示数和视场右边线刻度 B'的读数 ,结合步骤 a)的读数 ,得到 A 到 A'、B 到 B'的水平移动距离 LA、LB 。

　　6.2. 1.3 数据处理

　　6.2. 1.3. 1 方法 1

　　对于图 1 的测试情况 ,水平视场角 θ 的计算方法为公式(1) :

　　θ= 180°- αH -βH …………………………( 1 )

　　式中 :

　　θ — 全景成像设备的水平视场角 ,单位为度(°) ;

　　αH — 全景成像设备可达的视场左边线与水平方向的夹角 ,计算方法为公式(2) ,单位为度(°) ;

　　βH — 全景成像设备可达的视场右边线与水平方向的夹角 ,计算方法为公式(3) ,单位为度(°) 。

　　αH = arctan …………………………( 2 )

　　式中 :

　　HA — 左边标尺 A 位置在垂直方向的刻度变化 ,单位为毫米(mm) ;

　　LA — 左边标尺的水平移动距离 ,单位为毫米(mm) 。

　　βH = arctan …………………………( 3 )

　　式中 :

　　HB — 右边标尺 B 位置在垂直方向的刻度变化 ,单位为毫米(mm) ;

　　LB — 右边标尺的水平移动距离 ,单位为毫米(mm) 。

　　6.2. 1.3.2 方法 2

　　对于图 2 的测试情况 ,水平视场角的计算方法为公式(4) :

　　θ= 180°+ αH +βH …………………………( 4 )

　　6.2. 1.3.3 方法 3

　　对于图 3 的测试情况 ,水平视场角的计算方法为公式(5) :

　　θ= 360°- αV -βV …………………………( 5 )

　　式中 :

　　θ — 全景成像设备的水平视场角 ,单位为度(°) ;

　　αV— 全景成像设备可达的视场左边线与垂直方向的夹角 ,计算方法为公式(6) ,单位为度(°) ;

　　βV— 全景成像设备可达的视场右边线与垂直方向的夹角 ,计算方法为公式(7) ,单位为度(°) 。

　　5

　　GB/T 43531—2023

　　αV = arctan …………………………( 6 )

　　式中 :

　　LA — 钢尺移动后成像的最大位置 A 到 A'的水平距离 ,单位为毫米(mm) ;

　　H — 钢尺移动的垂直距离 ,单位为毫米(mm) 。

　　βV = arctan …………………………( 7 )

　　式中 :

　　LB — 钢尺移动后成像的最大位置 B 到 B'的水平距离 ,单位为毫米(mm) 。

　　6.2.2 帧率

　　6.2.2. 1 测试原理

　　通过待测全景成像设备拍摄在线秒表 ,分析每秒录像中包含的帧数 ,计算帧率 。测试系统示意图见图 4。

　　标引序号说明 :

　　1— 全景成像设备 ;

　　2— 显示器 ;

　　3— 主机 。

　　图 4 测试系统示意图

　　6.2.2.2 测试步骤

　　帧率的测试步骤如下所述 。

　　a) 采用在线秒表计时 ,待测全景成像设备对准秒表录像 , 同时通过显示器中待测全景成像设备的控制软件记录录像视频 ,录像时间应不小于 120 s。

　　b) 随机选取至少 n 段(n 应不小于 6)不重复且时长为 τ(τ 应不小于 20 s)的视频录像 ,对视频录像进行单帧回放 。

　　c) 记录每段视频的帧数值 N1 ~Nn ,帧率用算术平均值 f 表示 。

　　6.2.2.3 数据处理

　　帧率 f 的计算方法为公式(8) :

　　f ( 8 )

　　6

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　　式中 :

　　f — 帧率 ,单位为帧每秒(f/s) ;

　　Ni— 图像帧数 ;

　　n — 截取视频段的数量 ;

　　τ — 每段视频的时长 ,单位为秒(s) 。

　　6.2.3 延时

　　6.2.3. 1 测试原理

　　通过待测全景成像设备拍摄在线秒表 ,分析在线秒表与所成图像上秒表的差值 ,计算延时 。延时的测试系统连接示意图见图 4。

　　6.2.3.2 测试步骤

　　延时的测试步骤如下所述 。

　　a) 将待测全景成像设备与显示器互连 ,在显示装置上同时显示秒表的界面和待测全景成像设备拍摄所得的图像 。

　　b) 启动在线秒表 , 获 取 图 像 , 截 取 显 示 器 中 的 整 体 画 面 , 并 通 过 所 获 得 的 图 像 读 取 秒 表 的 示 数T1、全景成像设备拍摄的在线秒表示数 T2 ,计算单次试验的延时 ΔT1 。

　　c) 重复试验 n 次(n 宜不小于 10) ,分别得到延时 ΔT2 ~ ΔTn ,并计算平均延时ΔT。

　　6.2.3.3 数据处理

　　单次试验的延时 ΔT1 计算方法为公式(9) :

　　ΔT1 =T2 -T1 …………………………( 9 )

　　式中 :

　　ΔT1— 单次试验得到的延时 ,单位为毫秒(ms) ;

　　T1 — 在线秒表的示数 ,单位为毫秒(ms) ;

　　T2 — 全景成像设备拍摄的在线秒表示数 ,单位为毫秒(ms) 。

　　平均延时ΔT的计算方法为公式(10) :

　　( 10 )

　　式中 :

　　ΔTi — 第 i次试验的延时 ,单位为毫秒(ms) ;

　　n — 试验次数 。

　　6.2.4 同步性

　　6.2.4. 1 测试原理

　　通过不同 目拍摄多个同步时间源的方式测试同步性 ,多个同步时间源可通过同一在线秒表在多个平面反射镜中成像实现 。通过分析图像中每个在线秒表的时间差异 ,计算同步性 。其测试系统连接示意图可参考图 5。

　　7

　　8

　　GB/T

　　

　　43531—2023

　　标引序号说明 :

　　1— 全景成像设备 ;

　　2— 平面反射镜 ;

　　3— 主机 ;

　　4— 显示器 。

　　图 5 同步性测试系统连接示意图

　　6.2.4.2 测试步骤

　　同步性的测试步骤如下所述 。

　　a) 在显示器上显示在线秒表 ,在显示器前放置与待测全景成像设备目数 m 相同的平面反射镜 ,调整待测全景成像设备与平面反射镜的位置 ,使得在线秒表能在每个平面反射镜中成像 ,并使待测全景成像设备的每一目均能拍摄到在线秒表在平面反射镜中的像 。

　　b) 启动秒表 ,在显示器中可获取待测全景成像设备拍摄的全景图像 ,对全景图像进行截屏 ,并读取所获取图像中每目显示的秒表时间 t1 ~tm ,计算同步性 Δt。

　　c) 重复前述测试步骤 n 次(n 应不小于 6) ,取算术平均值 。

　　d) 若待测全景成像设备水平视场角过大(例如 360°) ,导致所有 目之间的同步性无法在一次试验中确定 ,可分区域测量(相邻测量区域至少有一目重合) ,重复步骤 a) ~ c) , 由此得到同步性 。

　　6.2.4.3 数据处理

　　单次试验同步性 Δt的计算方法为公式(11) :

　　Δt=tmax - tmin …………………………( 11 )

　　式中 :

　　Δt— 单次测量同步性差值 ,单位为毫秒(ms) ;

　　tmax— 单次测量各目中在线秒表示数的最大值 ,单位为毫秒(ms) ;

　　tmin— 单次测量各目中在线秒表示数的最小值 ,单位为毫秒(ms) 。

　　待测全景成像设备的同步性Δt的计算方法为公式(12) :

　　( 12 )

　　式 中 :

　　Δt — 待测全景成像设备的同步性 ,单位为毫秒(ms) ;

　　Δti — 第 i次试验的同步性 ,单位为毫秒(ms) ;

　　n — 试验次数 。

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　　6.2.5 拼接错位

　　6.2.5. 1 测试原理

　　拼接图像的错位用标准棋盘格测试图测试 ,将待测全景成像设备固定后对准标准棋盘格拍摄 ,在水平方向上左右转动设备 ,通过分析拼缝所在位置的棋盘格错位量计算拼接错位值 ,第 i个拼缝的错位量用角点错位的像素个数 Pi 表示 ,错位示意图见图 6。

　　图 6 拼接错位像素示意图

　　6.2.5.2 测试步骤

　　拼接错位的测试步骤如下所述 。

　　a) 用标准的实物图卡测试 ,测试卡放置在待测全景成像设备的成像距离内 。

　　b) 转动相机使得待测全景成像设备图像中的 一 个 拼 缝 与 棋 盘 格 角 点 对 齐 , 示 意 图 见 图 7, 截 取图像 。

　　c) 用图像处理软件在图像上 、中 、下三部分取相同大小的区域 ,每个区域均包含该拼缝(见图 7) 。在每部分的拼缝处 ,计算各部分中各棋盘格角点的错位像素的算术平均值 。将算术平均值中的最大值作为该拼缝的拼接误差 P1 。

　　d) 重复步骤 b)和 c) ,计算每个拼缝的拼接误差 Pi。

　　e) 取 Pi 中的最大值作为设备的拼接误差 P。

　　图 7 拼接错位全景图像划分示意图

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　　6.2.5.3 数据处理

　　拼接误差 Pi 的计算方法为公式(13) :

　　Pi = max{P (区域 1) ,P (区域 2) ,P (区域 3) } ……………………( 13 )

　　式中 :

　　Pi — 拼接误差 ;

　　P(区域 1) — 区域 1 的拼接误差 ;

　　P(区域 2) — 区域 2 的拼接误差 ;

　　P(区域 3) — 区域 3 的拼接误差 。

　　6.2.6 相邻目色差

　　6.2.6. 1 测试原理

　　用待测全景成像设备拍摄红色(R) 、绿色(G) 、蓝色(B)三种标准色卡 ,通过测试相邻目对于同一色场的差异 ,得到相邻目在 R、G、B三种色场的色差 。测试系统示意图见图 8。

　　标引序号说明 :

　　1— 标准色卡 ;

　　2— 全景成像设备 ;

　　3— 标准光源对色灯箱 ;

　　4— 显示器 ;

　　5— 主机 。

　　图 8 色差测试系统示意图

　　6.2.6.2 测试步骤

　　相邻目色差的测试步骤如下所述 。

　　a) 将红色标准色卡放置在标准光源对色灯箱中心位置 ,打开 D65光源 。

　　b) 调整待测全景成像设备位置并固定 ,使得相邻两目可同时对色卡成像 , 待图像稳定后截取图像 ,转动待测全景成像设备 ,采用相同方法得到其他相邻目同时对色卡的成像图 。

　　c) 选取全景图像相邻目图像的两块特定区域(关于拼缝对称) , 区域大小为 10 mm × 10 mm , 区

　　10

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　　域选择示意图见图 9,使用图像处理软件获取该区域内所有像素的 sRGB 图像数据 ,并计算得到 R、G、B 三通道 8位编码值的算术平均值 R8bit、G8bit、B8bit。

　　d) 将测得的结果由 sRGB数值转化为 CIE 1931XYZ三色刺激值 。

　　标引序号说明 :

　　1— 量测区域 。

　　图 9 区域选取示意图

　　e) 分别由 XYZ三刺激值计算色品坐标 x、y、z,根据 xy 值计算两目对应的 u,v 值 ,最终两 目之间的色差用 Δuv表示 。

　　f) 重复步骤 a) ~ e) ,将色卡分别换成绿色 、蓝色 , 由此可分别得到待测全景成像设备在红 、绿 、蓝三原色下的色差 。

　　6.2.6.3 数据处理

　　由 8位 sRGB值转化为 CIE 1931XYZ三刺激值的计算按 GB/T 18721. 2—2017和 IEC61966-2-1:

　　1999的规定进行 ,转化公式为公式(14)和公式(15) :

　　…………………………( 14 )

　　式中 :

　　R'sRGB— sRGB 图像的 R通道归一化颜色值 ;

　　R8bit — sRGB 的 R通道 8位编码值 ;

　　G'sRGB — sRGB 图像的 G通道归一化颜色值 ;

　　G8bit — sRGB 的 G通道 8位编码值 ;

　　B'sRGB— sRGB 图像的 B通道归一化颜色值 ;

　　B8bit — sRGB 的 B通道 8位编码值 。

　　将其转化为三刺激值 :

　　'''...,,, '''..;;;[[[((('''..)))..]]]..。。。

　　式中 :

　　X、Y、Z —CIE 1931标准色度系统中的三刺激值 ;

　　11

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