ISP图像质量自动化测试方法

背景介绍

ISP(Image Signal Processor)，即图像处理，主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期处理，主要功能有线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等，依赖于ISP才能在不同的光学条件下都能较好的还原现场细节，ISP技术在很大程度上决定了摄像机的成像质量。

 

ISP这个主要用在视频监控设备、相机等。测试方法和场景适用于：IPC设备，手机相机等。

关键词

ISP（Image Signal Processor） IPC图像质量 图像质量算法测试 自动化测试

摘要

本文主要介绍一种测试IPC图像质量的测试方法，测试方法的思路基于用户的使用场景，以及算法的适应，自动化测试图像质量的方法；按照自然的方法进行测试，记录下ISP算法的参数变化以及对应的图像质量，根据这些数据来改善图像质量。

 

1       当前测试方法不足

IPC图像质量测试现状已经有了一套非常规范的测试方法，在不同的灯光下测试色彩还原能力，测试宽动态等，有专业的测试软件，例如Imatest等，可以基于这些方法和工具进行设备之间的对比测试，给出全面的图像质量的评价。

但是这样的测试有几个地方没有考虑到：

• 不能进行自动化测试，需要人工搭建测试环境，进行人工采集测试结果并分析，测试效率较低。
• 脱离了设备实际应用场景，只是模拟了典型场景，离真实环境还有一段距离。
• 只是单点的测试ISP的算法，没有测试到算法的适应性以及算法中间的过渡。
• 没有记录算法中间的变化过程。不能纵向记录ISP算法的参数变化，即按照时间的顺序记录算法调整的变化。

2       测试方法介绍

基于上述测试方法的不足之处，我们能否有一个测试方法，放置设备在一个固定的地点，记录下IPC设备全天图像变化的情况，观察设备随着时间变化图像质量的变化，可以以24小时为周期测试，记录24小时的图像变化，然后判断IPC图像质量的效果。根据这个思路，方法有两个：

• 按照时间间隔定期抓取图片
• 根据ISP参数的变化抓取图片

因为我们需要测试ISP图像质量，所以根据ISP参数的变化来抓取图片比较合理。

结合产品的特性，可以按照下面的测试方法进行测试：

实时获取影响ISP算法参数的值（例如：YUV数值，快门，增益，iris），作为基准数据；一秒钟后，获取值，并与基准数据做比较，如果有变化，则调用ISP算法接口，截取一帧的数据转换为JEPG格式保存，并记录下当前的YUV数据值；保存当前的YUV数据位基准参数。重新获取YUV值，与基准参数比较，如果有变化，抓取图片，保存基准参数。

如此循环，可以记录ISP算法的变化和图像质量情况，可以根据算法的变化曲线进行优化算法等。

测试流程图如下：

3       测试方法的优缺点分析

• 优点：
• 实现图像质量测试自动化，做到全天候测试，数据收集更加丰富
• 可以实现多台设备同时测试，测试效率更高
• 测试场景与客户真实使用场景一致，更加真实
• 可以记录ISP参数全天以及更长时间的变化，为优化算法提供基本数据
• 测试成本低，不增加新的设备和仪器，利用现有资源测试
• 测试方法简单，结果观察方便
• 不涉及到图形界面操作，测试可靠性较好

• 缺点
• 因测试原理为视频数据抽帧转为图片格式，中间有转换损失（如果直接调用前端抓拍接口，则不存在此问题）
• 无法直接判断测试结果，需要人工判断（如果有图片质量评比工具就可以自动判断了）
• 必须由开发人员对代码做一些修改或者调整
• 测试依赖环境的自然变化，测试验证场景单一
• 在实际测试中发现，每天测试生成的图片非常多，查阅测试结果需要一定的时间。（这个可以根据参数的阈值来调节，但是阈值设置需要验证）

4       开发支持准备

需要在软件添加两个接口，并注册到OSP模块，用来测试使用

一是：获取YUV值参数信息

获取ISP算法的参数，3A等参数信息。

二是：从数据流中保存一帧数据，转换为图片并保存

测试接口的功能类似于相机的拍照功能，根据参数触发图像数据抓拍

5       测试方法实现

根据测试方法描述，测试实现较为快速高效的实现是使用脚本来进行控制。需要使用FTP，Telnet功能。

脚本功能分析，根据上述测试思路，实现自动化测试，选取Python脚本来实现。

需要实现的模块有：

编号	模块名称	模块功能
1	YUV数据获取模块	telnet到设备，执行名称，获取YUV数据
2	YUV数据提取模块	从返回的数据中提取出YUV数据数值
3	抓取图片模块	执行抓取图片命令，获得当前参数下的图片
4	FTP下载图片模块	用ftp方法把图片从设备保存到本地目录
5	输出测试报告模块	根据YUV数据，图片，以及时间输出html格式测试报告

6       测试方法应用

前面章节介绍了传统测试方法的缺点，也介绍了此测试方法的优势。但是此测试方法不能替代原有的专业的ISP图像质量测试方法，但是可以作为快速验证、回归测试以及对比测试的方法。

快速验证：现在每天都有版本出来，靠传统方法难以快速验证，利用此方法可以做到验证每天版本的ISP图像质量。

回归测试：在ISP算法调整后，回归测试算法调整效果。ISP算法调整后，用此测试方法验证算法的基本情况以及适应性。

对比测试：同时测试两台设备的效果对比，快捷方便。

7  自动化图片质量打分

测试脚本选用python实现，可以利用opencv库，对于抓取的图片生成图片的直方图，然后对于这些直方图数据进行对比，比较这些图片的相似度。同时也可以设置一些基准图片，抓取的图片与这些基准图片进行对比，给出一个打分。

直方图数据比较脚本。

 

#sudo pip install PIL
def pil_image_similarity(filepath1, filepath2):
from PIL import Image import math
import operator
image1 = Image.open(filepath1)
image2 = Image.open(filepath2)
# image1 = get_thumbnail(img1)
# image2 = get_thumbnail(img2)
h1 = image1.histogram()
h2 = image2.histogram()
rms = math.sqrt(reduce(operator.add, list(map(lambda a,b: (a-b)**2, h1, h2)))/len(h1) )
return rms

此段代码使用了：monkey  https://testerhome.com/topics/202

8  图像质量人工测试

 

自动化测试脚本每天可以抓取大量的图片，这些图片可以直接浏览，主观评价这些图片的质量，并且可以看到每天不同时段的图片质量的变化，以及isp算法的适应性，调整是否合理等。

特别是日夜模式切换时图片质量的变化；光线情况快速变化时，ISP算法的适应性等。