30、扫描与数字成像系统的图像质量解析

扫描与数字成像系统的图像质量解析

1. 信号与噪声分析

在扫描和数字成像系统中，信号（S(f)）和噪声（N(f)）是影响图像质量的关键因素。将它们作为空间频率的函数进行绘制，能够直观地展示它们之间的关系以及各种临界频率。

1.1 相对噪声与信号水平的关系

相对噪声（噪声/信号）与信号水平的关系十分重要。噪声可分为加性噪声和乘性噪声。当噪声为乘性时，某个单一数值指标可能很有用；若噪声随信号水平变化，则需将该比值作为平均信号水平的函数进行绘制，以更清晰地了解系统性能。例如，在图中绘制了平均信号水平为100时5%的乘性噪声和加性噪声，这有助于评估真实系统。

1.2 信号 - 噪声比较的注意事项

在比较信号和噪声时，要确保收集波动的探测器面积适合信号 - 噪声计算所涉及的应用。这可能是输入或输出像素的大小、半色调单元的大小，或者是人类视觉扩展函数的投影大小，并且数据需在感兴趣的方向上收集。一般来说，扫描成像系统在快速扫描方向和慢速扫描方向的信噪比是不同的。

2. 探测量子效率与噪声等效量子

在低光照水平或高噪声限制的情况下，探测量子效率（DQE）和噪声等效量子（NEQ）的概念非常有用。如果将系统响应的增益设为任意输出单位的常数r，并假设波动分布服从正态统计，则可以得到以下公式：
[ DQE = \frac{r^2q}{\sigma_0^2} ]
其中，(\sigma_0) 表示输出波动分布的标准差估计值。对于DQE，平均信号水平q除以标准差的平方（即方差），并且包含与特定检测系统相关的特征放大因子r，r也以平方形式出现。需要注意的是，DQE是性能的绝对度量，因为q是曝光事件的绝