手機(jī)軟硬件對圖像質(zhì)量影響研究

李世勛，李 焱

(蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué)a.信息工程學(xué)院；b.電子商務(wù)綜合實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730020)

手機(jī)拍照已經(jīng)成為人們生活重要的一部分。相對文字傳播而言，手機(jī)圖像傳播具有及時(shí)性、美學(xué)性、多媒體性和雙向性的特征[1]。在很多場合下人們更喜歡通過圖像分享自己的親身經(jīng)歷和記錄生活的種種場景[2]。目前，手機(jī)技術(shù)不僅在硬件設(shè)備上有很多的提升，同時(shí)軟件方面對原始圖像也不斷優(yōu)化。

層次分析法是美國學(xué)者托馬斯·薩蒂于1973 年最早提出。林曉輝[3]將直覺法和還原法各自的特點(diǎn)相結(jié)合改進(jìn)層次分析法。李展等[4]將判斷矩陣引入問題的實(shí)際意義，建立新的一致成判斷較陣。張耀天等[5]為改善經(jīng)典層次分析法(AHP)主觀性強(qiáng)、權(quán)重系數(shù)固定不變的缺陷，提出改進(jìn)的層次分析法。曹光輝等[6]將層次分析法運(yùn)用于圖像置亂度的評估中，解決了其它方法評價(jià)的多變性等問題。龍熙華等[7]利用層次分析法建立圖像顏色傳輸效果評價(jià)模型。

本文將層次分析法應(yīng)用于研究中，將用戶對手機(jī)圖像質(zhì)量的主觀判斷用數(shù)量形式表達(dá)出來進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。對影響手機(jī)圖像質(zhì)量的硬件和軟件方面的影響因子進(jìn)行分析，并將其進(jìn)行重要性排序，定量估計(jì)軟硬件影響因子對手機(jī)圖像質(zhì)量的影響程度。

1 研究設(shè)計(jì)與研究方法

1.1 理論框架與問卷設(shè)計(jì)

層次分析法是將總的決策分解為各層目標(biāo)準(zhǔn)則或者方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定量或者定性分析，以得到?jīng)Q策結(jié)果[8]。因此，本設(shè)計(jì)將影響手機(jī)圖像效果的因素，主要分為三個(gè)方面進(jìn)行研究，分別為屏幕材質(zhì)、拍攝性能、軟件功能。

問卷主要根據(jù)以上三個(gè)一級指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。涵蓋的答案包含二級指標(biāo)的所有因素。由于本文考慮到用戶可能對一些新的技術(shù)不是很了解，所以問卷中有關(guān)軟件優(yōu)化問題，設(shè)置成選填，并標(biāo)注“運(yùn)用過且了解那些功能”的進(jìn)行填寫。

1.2 數(shù)據(jù)來源

針對指標(biāo)體系構(gòu)造判斷矩陣，并用“問卷星”發(fā)放調(diào)查問卷。問卷發(fā)送群體主要為近一年內(nèi)購買新手機(jī)的用戶，且絕大多數(shù)為青年。因?yàn)樾率謾C(jī)大多數(shù)具有新技術(shù)的拍照功能，而且青年人群對手機(jī)拍照性能要求更高，且對手機(jī)拍照技術(shù)更為了解。部分問卷發(fā)放給具有攝影愛好及相關(guān)專業(yè)的人群。這樣的調(diào)查群體分布相應(yīng)保證了結(jié)論的專業(yè)性?；厥沼行柧?50份。

2 評價(jià)模型的構(gòu)建

運(yùn)用層析分析法構(gòu)建評價(jià)模型，分別從構(gòu)建指標(biāo)體系、構(gòu)造判斷矩陣、判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)和計(jì)算特征向量及最大特征值四方面著手。

2.1 建立指標(biāo)體系

拍攝性能與手機(jī)自身的硬件條件有關(guān)。屏幕材質(zhì)即顯示屏幕的顯示效果，如顯示圖像的色彩逼真度、亮度范圍和分辨率。更多品牌廠商的旗艦手機(jī)運(yùn)用LCD材質(zhì)屏幕，LCD屏幕優(yōu)點(diǎn)之一是在強(qiáng)光下顯示效果很好，避免因?yàn)閺?qiáng)光手機(jī)屏幕不清晰。拍攝硬件，如目前主流的雙攝像頭、自身的拍攝像素高低、暗光的拍攝效果等。目前，手機(jī)新產(chǎn)品中，將暗光下拍攝的圖像效果作為產(chǎn)品宣傳的亮點(diǎn)。在軟件影響手機(jī)拍攝效果的方面，隨著拍照的多樣性，現(xiàn)在出現(xiàn)了好多優(yōu)化拍照的技術(shù)，例如圖像美顏，最新的美顏技術(shù)—智能(AI)美顏。同時(shí)拍照主要關(guān)注人臉或者場景的優(yōu)化，消除成像元件產(chǎn)生的噪聲點(diǎn)對優(yōu)化特別重要。在拍照過程中，往往按快門鍵時(shí)，手機(jī)容易抖動(dòng)，說明手機(jī)的防抖性能也特別重要。本文將手機(jī)圖像質(zhì)量的影響因素評價(jià)指標(biāo)體系共分為A、B、C三個(gè)層次，通過這三個(gè)層次建立指標(biāo)體系,如圖1所示。

圖1手機(jī)圖像效果的指標(biāo)體系

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)回收的有效問卷，進(jìn)行構(gòu)造判斷矩陣。根據(jù)在填寫調(diào)查問卷時(shí)對各層次各指標(biāo)重要程度的打分結(jié)果，確定各個(gè)指標(biāo)的相對重要程度，并且按照層次結(jié)構(gòu)模型，從上到下逐層構(gòu)造判斷矩陣，每一層元素都以相鄰上層次各元素為準(zhǔn)則，按1～7標(biāo)度方法因素之間兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣[9]。每層得到的判斷矩陣如表1～表4所示。

表1 總目標(biāo)A的判斷矩陣

表2 屏幕材質(zhì)(B1)的判斷矩陣

續(xù)表2

B1圖像色彩逼真度(C1)屏幕亮度范圍(C2)屏幕分辨率(C3)屏幕分辨率(C3)271

表3 拍攝硬件(B2)的判斷矩陣

表4 軟件優(yōu)化(B3)判斷矩陣

表1～表4中的數(shù)字為按照1～7標(biāo)度兩兩因素的重要性程度的標(biāo)度值。

根據(jù)層次分析法構(gòu)造判斷矩陣的規(guī)定，表中數(shù)字1表示因素i(行因素)與因素j(列因素)重要性相同，數(shù)字3表示前者比后者重要，數(shù)字5表示前者比后者重要得多，數(shù)字7表示前者比后者極其重要。標(biāo)度值2、4、6表示重要程度介于上述介紹標(biāo)度值數(shù)值之間。

2.3 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

通過上節(jié)計(jì)算出的判斷矩陣，采用根法計(jì)算最大特征值極其對應(yīng)的特征向量，進(jìn)行判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)，其中A為判斷矩陣，ω為權(quán)重矩陣。

根法具體步驟如下：

(1)將A的每一列進(jìn)行歸一化。如公式(1)所示：

(1)

其中aij為表1～表4的標(biāo)度值。

(2)

其中n為矩陣階數(shù)。

一致性檢驗(yàn)是為了對判斷矩陣中兩兩指標(biāo)的比較得到的標(biāo)度值是否準(zhǔn)確做出檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)步驟如下：

(1)由根法求得最大特征值λmax，計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.，如公式(3):

(3)

n表示矩陣的階數(shù)。

(2)計(jì)算隨機(jī)一致性比率C.R.，如公式(4)所示：

(4)

R.I.為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，是一個(gè)常量，根據(jù)判斷矩陣的階數(shù)在量表里查詢，本文n=3，R.I.=0.58。

(3)當(dāng)C.R.<0.1時(shí)，即保持顯著水平，說明判斷矩陣具有一致性。如果C.R.>0.1，表示未保持顯著水平，需要對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，直到判斷矩陣具有一致性為止。

通過上述方法，計(jì)算結(jié)果如下所示：

(1)總目標(biāo)A的判斷矩陣計(jì)算機(jī)結(jié)果：

λ=3.03237CR=0.03

(2)屏幕材質(zhì)(B1)的判斷矩陣計(jì)算結(jié)果：

λ=3.01415 CR=0.01

(3)拍攝性能(B2)的判斷矩陣計(jì)算結(jié)果：

λ=3.01415 CR=0.01

(4)軟件功能(B3)的判斷矩陣計(jì)算結(jié)果：

λ=3.05015 CR=0.05

因?yàn)樯鲜?1)～(4)計(jì)算結(jié)果中，CR都小于0.1，所以判斷矩陣具有一致性。

2.4 計(jì)算特征向量及最大特征值

采用根法，運(yùn)用Excel計(jì)算準(zhǔn)則層三個(gè)指標(biāo)最大特征根及其對應(yīng)的特征向量過程如表5、表6所示。

表5 準(zhǔn)則層指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

表6 二、三級指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論分析

通過上章節(jié)的結(jié)果計(jì)算出9個(gè)指標(biāo)對目標(biāo)層A所占總比重，如表7所示。

表7顯示，九個(gè)軟硬件方面影響圖像質(zhì)量因素的指標(biāo)中，影響程度最高的因素是手機(jī)美顏功能，其次是屏幕亮度范圍，第三位是防抖性能。這三個(gè)因素占據(jù)了總影響因素的79%。一級指標(biāo)中圖像處理功能占了總權(quán)重的50%多，可以看出用戶對于手機(jī)軟件的圖像優(yōu)化功能更加重視，尤其美顏效果的重要性最大。因此手機(jī)廠商提升圖像質(zhì)量，在軟件優(yōu)化方面要格外重視。

屏幕亮度范圍影響因素排第二。由于光線的影響，尤其在戶外強(qiáng)光拍照時(shí)屏幕模糊不清，影響拍攝的效果，從而影響圖像的質(zhì)量，建議用戶選擇LCD材質(zhì)的手機(jī)屏幕，減少強(qiáng)光對屏幕的影響。

排名第三的是防抖性能。在拍照過程中，由于手抖動(dòng)或者手機(jī)移動(dòng)的原因造成拍攝效果差，很大程度上影響了手機(jī)拍照的效果。

表7 9個(gè)影響指標(biāo)對目標(biāo)層A所占總權(quán)重

綜上，做好上述三個(gè)指標(biāo)的效果，即可基本滿足用戶進(jìn)行手機(jī)傳播的圖像質(zhì)量要求。同時(shí)在影響二級指標(biāo)拍攝硬件的三個(gè)影響因素中，暗光拍照效果對于用戶較重要，手機(jī)廠商也需盡可能地提升暗光下的拍攝效果，滿足用戶的拍攝需求。