基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、圖像是人類獲取、傳遞以及存儲(chǔ)信息的重要媒介之一，其表現(xiàn)形式的多樣性和形象性使得圖像在日常生活、生產(chǎn)以及軍事等各個(gè)領(lǐng)域扮演著重要的角色。近年來(lái)，隨著科技水平的提高，各種圖像處理技術(shù)不斷發(fā)展，取得了驕人的成果。然而，圖像的傳輸和處理仍不可避免地向圖像引入干擾，為了量化圖像受到干擾的程度，使其更好地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，人們提出了多種圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)是改善圖像感官效果以及推動(dòng)其他圖像處理技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。
　　本文著重研究

2、應(yīng)用最為廣泛的光學(xué)自然圖像的視覺(jué)質(zhì)量評(píng)價(jià)問(wèn)題。自然圖像具有其獨(dú)特的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，干擾會(huì)使其偏離原本的“自然統(tǒng)計(jì)狀態(tài)”。根據(jù)圖像自身以及人類視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)調(diào)整圖像的表達(dá)方式，更加有利于信息的傳輸、存儲(chǔ)和理解。因此，本文從自然圖像的性質(zhì)、圖像信息的表達(dá)方式以及人類視覺(jué)系統(tǒng)的特性三個(gè)方面入手，提出多個(gè)與圖像感知質(zhì)量高度一致的客觀評(píng)價(jià)方法。主要工作概括如下：
　　1、探索人眼感知的圖像質(zhì)量與干擾類型和圖像內(nèi)容的關(guān)系，并結(jié)合人類視覺(jué)傳導(dǎo)通路中經(jīng)

3、典感受野的響應(yīng)特點(diǎn)，提出一種基于圖像內(nèi)容的全參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。首先利用LoG算子提取圖像的主要結(jié)構(gòu)信息；然后根據(jù)干擾圖像與原始圖像結(jié)構(gòu)信息的差異分析圖像受到干擾的類型；最后針對(duì)人類視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)不同圖像區(qū)域內(nèi)各類干擾感知敏感度，將各圖像區(qū)域的受干擾程度進(jìn)行合理的加權(quán)合并，并與圖像亮度的變化融合得到圖像的客觀分?jǐn)?shù)。在主觀數(shù)據(jù)庫(kù)上的實(shí)驗(yàn)表明：所提方法與主觀評(píng)價(jià)的相關(guān)性較高，其性能明顯優(yōu)于其他現(xiàn)有的全參考客觀算法。
　　2、針對(duì)人類視覺(jué)

4、系統(tǒng)的掩膜效應(yīng)與圖像結(jié)構(gòu)規(guī)則度的關(guān)系，提出兩種基于圖像結(jié)構(gòu)規(guī)則度的全參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。第一種方法利用局部圖像方向梯度直方圖的熵表征圖像結(jié)構(gòu)的規(guī)則度，將結(jié)構(gòu)規(guī)則度相似性與亮度相似性結(jié)合得到圖像的質(zhì)量圖，并利用圖像的局部方差突出圖像中重點(diǎn)區(qū)域?qū)Ω兄|(zhì)量的影響。第二種方法利用方向梯度直方圖的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化改進(jìn)第一種方法的信息熵求取方法。由于方向梯度直方圖以梯度大小為權(quán)值，標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果可以體現(xiàn)圖像不同區(qū)域的重要性，因而該方法可以省略局部方差加權(quán)

5、過(guò)程。大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)：與其他利用結(jié)構(gòu)相似度衡量圖像質(zhì)量變化的方法相比，本文提出的兩種方法均表現(xiàn)出更高的性能。另外，本文提出的第二種方法雖然簡(jiǎn)化了第一種方法的計(jì)算過(guò)程，但針對(duì)各類干擾圖像的評(píng)價(jià)效果均得到一定的改善。
　　3、考慮到目標(biāo)的輪廓可以表達(dá)圖像最主要的信息，將圖像在Contourlet域的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)與人類視覺(jué)系統(tǒng)感知景象的特點(diǎn)相結(jié)合，提出一種通用型無(wú)參考圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法。首先提取圖像的69個(gè)Contourlet統(tǒng)計(jì)特征；然

6、后利用原始圖像和干擾圖像的Contourlet特征建立自然統(tǒng)計(jì)模型和干擾圖像模型；最后將干擾圖像模型與自然圖像模型之間的距離作為干擾圖像的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法的評(píng)價(jià)性能優(yōu)于目前認(rèn)可度最高的通用型無(wú)參考方法NIQE。同時(shí)由于該方法只利用原始圖像建立自然統(tǒng)計(jì)模型，與訓(xùn)練型無(wú)參考方法相比具有更高的適應(yīng)性。
　　4、針對(duì)自然圖像的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)對(duì)其傳輸效率的限制，利用方差標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)化圖像數(shù)據(jù)的表達(dá)方式，提出一種通用型無(wú)參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

7、方法和一種無(wú)參考模糊圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。第一種方法對(duì)圖像空間域上的亮度進(jìn)行方差標(biāo)準(zhǔn)化，并利用對(duì)數(shù)域能量和標(biāo)準(zhǔn)差兩類特征表征圖像的質(zhì)量。通過(guò)計(jì)算自然統(tǒng)計(jì)模型與干擾圖像模型之間的差距有效地評(píng)價(jià)多類干擾圖像的質(zhì)量。第二種方法根據(jù)模糊圖像DCT系數(shù)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，將DCT系數(shù)進(jìn)行方差標(biāo)準(zhǔn)化，并利用標(biāo)準(zhǔn)化DCT系數(shù)的概率密度分布和標(biāo)準(zhǔn)差表征圖像的模糊程度，模糊圖像的質(zhì)量表示為自然統(tǒng)計(jì)模型與干擾圖像模型間距離。主觀數(shù)據(jù)庫(kù)上的實(shí)驗(yàn)表明，兩種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果與