Väitös: Näin vertaat matkapuhelinkameroita – uusi suorituskykymittaus ottaa huomioon myös ...

Diplomi-insinööri Veli-Tapani Peltokedon tietoliikennetekniikan väitöskirjatutkimus esittelee uuden suorituskykymittauksen matkapuhelinkameroille, jossa kuvan laadun lisäksi mitataan myös kameran nopeutta. Tutkimuksen mukaan hyvä kuvan laatu vaatii raskaita ohjelmistoja, jotka voivat hidastaa kameran toimintaa. Lisäksi tutkimus määrittelee, miten matkapuhelinkameroita pitäisi vertailla. Esimerkiksi erilaisten kuvausympäristöjen käyttö vertailussa on ensisijaisen tärkeää.
"Vaikka kuvan laatu olisi huippuluokkaa, kameran hitaus voi estää juuri sen oikean hetken taltioimisen ja lopputulos on sama kuin huonolaatuisella kuvalla: sitä ei käytetä, toteaa Vaasan yliopistossa väittelevä Veli-Tapani Peltoketo.

Viimeisimpien tilastojen mukaan maailmassa jaetaan päivittäin yli kolme miljardia digitaalista kuvaa. Merkittävä osa näistä kuvista on otettu matkapuhelinkameroilla. Vaikka matkapuhelinkameroiden laatu on huomattavasti parantunut viime vuosina, selkeitä eroja on yhä olemassa ja lisäksi kameroiden nopeudessa on merkittäviä eroja.

Kameroiden ominaisuuksien lisääntyessä on niiden vertailu aina vain haastavampaa. Pitäisikö kuluttajan kiinnittää huomiota pikselien määrään, värintoistoon, kuvanoton nopeuteen tai vaikkapa videon laatuun? Usein kameran ominaisuudet ovat vielä riippuvaisia toisistaan, jolloin yksi hyvä ominaisuus voi heikentää toista ominaisuutta.

– Kuvan laatu ei ole ainoa kriteeri, joka vaikuttaa matkapuhelimen kameran käytettävyyteen. Pikselimäärän kasvu ja kuvan laadun parantaminen voivat tehdä kamerasta hitaan, sanoo Vaasan yliopistossa väittelevä Veli-Tapani Peltoketo.

Nykyisissä matkapuhelinkameroissa kuvasensorilta tuleva kuva rakennetaan käytännössä kokonaan uudestaan kuvan jälkiprosessoinnissa, joka voi olla hidasta. Väitöskirjatutkimus paljastaa kameroita, joiden kuvanlaatu on vertailun parhaita, mutta ovat kuitenkin vertailun hitaimpia kameroita.

– Vaikka kuvan laatu olisi huippuluokkaa, kameran hitaus voi estää juuri sen oikean hetken taltioimisen ja lopputulos on sama kuin huonolaatuisella kuvalla: sitä ei käytetä, toteaa Peltoketo.

Kameroiden nopea kehitys haastaa mittaukset

Digitaalisten kameroiden laatua on tutkittu laajasti viime vuosina. Useita uusia standardeja on julkistettu ja vanhoja päivitetään jatkuvasti. Digitaalisten kameroiden ja matkapuhelinkameroiden nopea tuotekehitys vaatii uusia metriikoita uusien ominaisuuksien mittaamiseksi. Vaikka kameroiden yksittäisiä ominaisuuksia voidaan verrata keskenään, on kameroiden kokonaisvertailu vaikeaa. Markkinoilta ei löydy julkisia vertailuohjelmia, standardeja tai mittareita, jotka ottaisivat huomioon kaikki tai ainakin tärkeimmät kameran ominaisuudet ja tarjoaisivat vertailtavan kokonaisarvion joka laitteesta.

Jotta voitaisiin luoda toimiva kokonaisarvio kamerasta, täytyy määritellä, mitä ominaisuuksia halutaan vertailla. Väitöskirja sisältää laajan tutkimuksen matkapuhelinkameroiden kuvan laadusta, laatua mittaavista metriikoista sekä virheistä, joita digitaalisissa kuvissa ilmenee. Lisäksi tutkimuksessa on selvitetty kameran nopeuden mittaamiseen käytettyjä metriikoita.

Kameroiden vertailtavuus helpottuu, jos kameran eri laatu- ja nopeustulokset voidaan yhdistää yhdeksi arvoksi. Erilaisia laatu- ja nopeusmetriikoita digitaalisille kuville löytyy kuitenkin huomattavan paljon eli yhteensä yli viisikymmentä. Kaikkien käyttäminen ja yhdistäminen on lähes mahdotonta. Tutkimuksen suorituskykymittauksessa käytettiin resoluutio-, tekstuuri-, väri- ja kohina-arvoja, sekä kameran nopeustuloksia kokonaisarvion laskentaan.

Mittaustapojen oltava julkisia

Vaikka tutkimus määritteleekin uuden tavan vertailla matkapuhelinkameroita kattavasti, yhtä tärkeää on tutkimuksen tulos, joka määrittelee miten matkapuhelinkameroita pitäisi vertailla.

Ensinnäkin, kaikkien mittaustapojen ja laskentakaavojen pitää olla julkisia. Mittaustavat, -tulokset ja varsinkin erilaisten metriikoiden yhdistäminen voivat sisältää tarkoituksellisia tai tiedostamattomia painotuksia, jotka voivat vääristää lopputulosta.

Toiseksi, mittauksia pitäisi tehdä useissa eri kuvausympäristöissä. Varsinkin hämäräkuvaus on matkapuhelinkameroille erittäin haastavaa, ja kameroiden laatu- ja nopeustulokset voivat poiketa huomattavasti eri valaistuksissa. Lisäksi vertailun pitää ottaa huomioon, miltä lopullinen kuva näyttää ihmissilmin katsottuna. Esimerkkinä tästä niin sanotusta aistinvaraisesta mittauksesta voidaan käyttää kuvien värikylläisyyttä. Jos kuvan värikylläisyyttä lisätään hieman, kuva näytää paremmalta, vaikka teknisesti se sisältää värivirheen.

Mikä on sitten paras matkapuhelinkamera? Peltokedon mukaan tähän on hyvin vaikea antaa yksiselitteistä ratkaisua. Samalla tavalla voitaisiin kysyä mikä on paras auto.

– Jos vertaillaan kameroita vuodelta 2014, paras kuvan laatu löytyi Lumian 1020 - ja kiinalaisesta Zopo C2 -malleista, kun taas nopeimmat kamerat olivat iPhone 5s ja Samsung S3, Peltoketo toteaa.

 

Lisätiedot

Veli-Tapani Peltoketo, p. 044 517 8552, sähköposti: veli-tapani.peltoketo(ät)netikka.fi

Peltoketo, Veli-Tapani (2016). Benchmarking of Mobile Phone Cameras. Acta Wasaensia 352.

Väitöskirjan tilaukset
ja pdf

 

Väitöstiedot

DI Veli-Tapani Peltokedon tietoliikennetekniikan alaan kuuluva väitöskirjatutkimus Benchmarking of Mobile Phone Camerastarkastetaan torstaina 11.8.2016 klo 12 alkaen Vaasan yliopiston päärakennuksen (Tervahovi) auditorio Kurténissa.

Vastaväittäjänä tilaisuudessa toimii TkT Lasse Eriksson (Cargotec) ja kustoksena professori Mohammed Elmusrati Vaasan yliopistosta.