17-EFT.WP.Methods.Imaging v1.0 | 附录D 质量与漂移度量（成像版）

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附录D 质量与漂移度量（成像版）

一句话目标：给出成像链路从辐射、光学、采样、噪声、几何、色彩、HDR、计算成像到时基/到达时的一致质量度量与漂移评估方法，定义统一窗口 Delta_t、稳健聚合与告警阈值的最小可执行规范。

I. 范围与对象

• 覆盖对象：Image, Cube, EventStream, ToFDepth 及其衍生品的质量与漂移度量 metrics.img.* 与 drift.img.*。
• 输入：线性域影像与参考信息（Ref*：平场/暗场、几何/色彩标定、MTF 基线、时序锚点）。
• 输出：窗口化统计量、分位数、稳健趋势与漂移告警标签，落盘于 manifest.img（见附录C）与 contracts C20-*（见附录B）。

II. 名词与变量

• 时间与窗口：ts, tau_mono, Delta_t, EWMA, CUSUM, p95/p99。
• 辐射与噪声：SNR, PSNR, SSIM, NPS(f), sigma_read, k_shot, PRNU, DSNU。
• 光学与采样：MTF(f), f50, f80, MTF_area, alias_ratio。
• 几何与配准：K, R, t, pi(·), err_reproj。
• 色彩：DeltaE00, illuminant, matrix_3x3, gray_balance_err。
• HDR/计算：ghosting, saturation_ratio, residual_l2。
• 时基/到达时：offset, skew, J_p99, T_arr_form1, T_arr_form2, delta_form。
• 分布漂移：W1, KL, drift_slope, drift_level。
• 单位与量纲：unit(x), dim(x)；默认图像域单位 DN 或 W·sr^-1·m^-2；角频率单位 cy/pixel。

III. 公设 P20D-*

• P20D-1（线性域基线）：所有物理型质量度量在 space="linear" 上评估，发布前执行 check_dim(expr)。
• P20D-2（窗口一致）：漂移评估统一使用滑动窗口 Delta_t 与稳健聚合（中位数与分位数）。
• P20D-3（时基主导）：趋势时间戳以 tau_mono 记账，对外发布映射至 ts，并携带 offset/skew/J。
• P20D-4（参考可追溯）：涉及基线差的度量必须标注 RefID 与采集条件 RefCond。
• P20D-5（两口径一致）：涉及到达时的任何质量判据必须同时记录 T_arr_form1, T_arr_form2, delta_form。
• P20D-6（流式可维护）：在线度量支持 EWMA 与 CUSUM，空间复杂度 O(1)。

IV. 最小方程 S20D-*

• S20D-1（辐射信噪比）：SNR = ( mu_signal - mu_dark ) / sigma_total，窗口内以中位数聚合；unit(SNR)="-"。
• S20D-2（峰值信噪比）：PSNR = 10 * log10( max_I^2 / MSE )，MSE = ( 1 / N ) * ( ∑ ( x_i - y_i )^2 )。
• S20D-3（结构相似度）：SSIM = ( ( 2 * mu_x * mu_y + C1 ) * ( 2 * sigma_xy + C2 ) ) / ( ( mu_x^2 + mu_y^2 + C1 ) * ( sigma_x^2 + sigma_y^2 + C2 ) )。
• S20D-4（固定图样噪声）：PRNU = std( flat_norm ) / mean( flat_norm )，DSNU = std( dark )。
• S20D-5（噪声功率谱）：NPS(f) = ( | FFT( w ∘ n ) |^2 ) / ( N * dx * dy )，声明窗函数 w 与采样间隔 dx, dy。
• S20D-6（调制传递）：f50 = argmin_f { MTF(f) ≤ 0.5 }，MTF_area = ( ∫_0^{f_c} MTF(f) df )，测度 df 与截止频率 f_c 明示。
• S20D-7（几何重投影误差）：err_reproj = ( 1 / M ) * ( ∑ || p_i - pi( K, R, t, P_i ) ||_2 )，单位 pixel。
• S20D-8（色差）：DeltaE00_p95 = p95( DeltaE00( img, ref ) )，在指定色域与照明体下评估。
• S20D-9（HDR伪影与饱和）：ghosting = mean( | grad( E_est ) - grad( E_ref ) | )；saturation_ratio = ( # { x | img(x) ≥ max_I } ) / N。
• S20D-10（到达时抖动）：J_p99 = p99( | ts - map( tau_mono ) | )，map(·) 为时基映射。
• S20D-11（分布漂移 W1）：W1( P, Q ) = ( ∫ | F_P(z) - F_Q(z) | dz )，直方近似以分箱测度 dz。
• S20D-12（EWMA 趋势）：EWMA_t = lambda * x_t + ( 1 - lambda ) * EWMA_{t-1 }，sigma_EWMA = sigma_hat * sqrt( lambda / ( 2 - lambda ) )。
• S20D-13（CUSUM 变点）：C_plus = max( 0, C_plus_{t-1} + x_t - ( mu_0 + k ) )，C_minus = max( 0, C_minus_{t-1} - x_t + ( mu_0 + k ) )，阈值 h 触发告警。
• S20D-14（漂移斜率）：drift_slope(x) = argmin_a,b ( ∑_t rho( x_t - ( a * t + b ) ) )，rho 为稳健损失（如 Huber）。

V. 流程 M20-D*

• M20-D1（特征提取）：在 space="linear" 上计算 SNR/PSNR/SSIM/NPS/MTF；在注册色域下评估 DeltaE00；生成 err_reproj、ghosting/saturation_ratio、J_p99。
• M20-D2（窗口聚合）：在窗口 Delta_t 内计算 median/p95/p99/iqr 与 W1/KL；形成 metrics.win.*。
• M20-D3（在线更新）：更新 EWMA/CUSUM 与 drift_slope；输出 drift.level, drift.trend, drift.alert。
• M20-D4（契约评估）：将度量喂入 contracts C20-* 规则集（见附录B），生成 report 与标签。
• M20-D5（落盘与签名）：写入 manifest.img.sli.*, metrics.img.*, contracts.*，执行 hash_sha256(blob) 与 signature。

VI. 契约与断言（示例映射）

• C20-501（MTF基线）：assert( f50 ≥ f50_min ) 且 assert( | f50 - f50_ref | ≤ tol_f50 )。
• C20-601（色彩一致）：assert( DeltaE00_p95 ≤ tol_E00 )。
• C20-701（噪声边界）：assert( PRNU ≤ prnu_max ) 且 assert( DSNU ≤ dsnu_max )。
• C20-801（HDR稳定）：assert( ghosting ≤ tol_ghost ) 且 assert( saturation_ratio ≤ sat_max )。
• C20-901（时基与到达时）：assert( J_p99 ≤ J_max ) 且 assert( delta_form ≤ tol_Tarr )。
• C20-1001（漂移斜率）：assert( | drift_slope(x) | ≤ tol_slope_x ) 对关键 x ∈ {f50, DeltaE00_p95, PRNU, err_reproj}。

VII. 实现绑定 I20-*

• I20-201 compute_quality_metrics(img, refs, cfg) -> metrics：产出 S20D-* 全集原子度量。
• I20-202 update_drift_state(state, metrics, Delta_t) -> state'：维护 EWMA/CUSUM/robust trend。
• I20-203 evaluate_img_contracts(metrics, policy) -> report：执行 C20-* 并返回告警。
• I20-204 emit_qpanel(metrics, drift, report) -> panel：生成质量面板摘要键 sli.*。

VIII. 交叉引用

• 光学与 MTF/OTF/MTF_area：见第5章。
• 采样与重建影响 alias_ratio/SSIM：见第6章。
• 噪声与 PRNU/DSNU/NPS：见第7–8章。
• 几何与 err_reproj：见第9章。
• 色彩与 DeltaE00：见第10章。
• HDR 与 ghosting/saturation_ratio：见第11章。
• 计算成像残差与稳健性：见第12章。
• 时间/路径门控与 J_p99/delta_form：见第13章。
• 契约库与策略卡：见附录B；清单映射：见附录C；接口：见附录A。

IX. 审计与回退

• 将 EWMA 与 CUSUM 值入湖，触发等级化告警与自动回退策略：level ∈ {info, warn, fail}。
• 对失败样本落集 quarantine 并冻结当前 Ref* 指针，记录 TraceID 与 RefCond。

小结