Virhemetriikat automaattisten valkotasapainoalgoritmien arvioinnissa

Abstract

Automaattiset valkotasapainon säätöalgoritmit ovat oleellinen osa nykyaikaista digitaalista kamerajärjestelmää. Niiden avulla kuvan värit saadaan erilaisissa valaistusolosuhteissa vastaamaan käyttäjän subjektiivista kokemusta kohteen väreistä kuvanoton hetkellä. Valkotasapainon arviointi pulmana on luonteeltaan vaikea ja sitä ratkaisemaan on kehitetty joukko erilaisia algoritmeja. Näiden algoritmien suoriutumista mitataan erilaisilla metriikoilla, jotka pyrkivät numeerisella arvolla kuvaamaan algoritmin onnistumista kyseiselle syötekuvalle, ja jota käytetään myös algoritmien keskinäiseen vertailuun. Työn tavoite on selvittää, kuinka hyvin näiden metriikoiden antamat tulokset vastaavat ihmisen subjektiivista kokemusta kuvan värintoiston onnistumisesta. Työssä käydään läpi valkotasapainon arvioinnin perusteet ja selvitetään, mikä tekee arviointitehtävästä haastavan. Työssä tutkitaan valkotasapainon arviointi algoritmien julkaisuissa käytettyjä virhemetriikoita, joiden joukosta poimitaan yleisimmin käytetyt metriikat, joiden toimintaperiaatteisiin perehdytään, sekä testataan niiden antamien tulosten korreloimista lopullisen kuvan värintoiston onnistumiseen. Metriikoiden korrelaatiota subjektiiviseen kokemukseen kuvan väreistä testataan luomalla systemaattisia virheitä kuvien valkotasapainoon ja mittaamalla luotujen virheiden vaikutuksia eri valonlähteiden alla eri kameroilla kuvattujen kuvien väreihin käyttäen subjektiivisesti kalibroitua värierottelumetriikkaa. Metriikoiden antamia tuloksia verrataan pohjatotuutena käytettyyn värierottelumetriikan antamiin tuloksiin kuvan eri väreistä ja tilastollisten menetelmien avulla tarkastellaan korrelaatiota tulosten väleillä. Tutkimuksessa todetaan, että saatuun korrelaatiokertoimeen pohjautuen, yleisimmin käytössä oleva metriikka ei vastaa kovinkaan hyvin subjektiivista kokemusta virheestä kuvan väreissä, jos otetaan huomioon kuvan lopullinen värintoisto. Osan työssä tutkituista metriikoista huomattiin ottavan paremmin huomioon ihmisen näköjärjestelmän ominaispiirteet värintoistossa, mutta niiden käyttö julkaisuissa on harvinaisempaa.