基于視覺特性的圖像質量客觀評價方法研究.pdf

1、圖像是人類獲取、傳遞以及存儲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、生產以及軍事等各個領域扮演著重要的角色。近年來，隨著科技水平的提高，各種圖像處理技術不斷發(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，使其更好地應用于各個領域，人們提出了多種圖像質量評價方法，圖像質量評價技術是改善圖像感官效果以及推動其他圖像處理技術發(fā)展的關鍵一環(huán)。
　　本文著重研究

2、應用最為廣泛的光學自然圖像的視覺質量評價問題。自然圖像具有其獨特的統(tǒng)計性質，干擾會使其偏離原本的“自然統(tǒng)計狀態(tài)”。根據圖像自身以及人類視覺系統(tǒng)的特點調整圖像的表達方式，更加有利于信息的傳輸、存儲和理解。因此，本文從自然圖像的性質、圖像信息的表達方式以及人類視覺系統(tǒng)的特性三個方面入手，提出多個與圖像感知質量高度一致的客觀評價方法。主要工作概括如下：
　　1、探索人眼感知的圖像質量與干擾類型和圖像內容的關系，并結合人類視覺傳導通路中經

3、典感受野的響應特點，提出一種基于圖像內容的全參考圖像質量評價方法。首先利用LoG算子提取圖像的主要結構信息；然后根據干擾圖像與原始圖像結構信息的差異分析圖像受到干擾的類型；最后針對人類視覺系統(tǒng)對不同圖像區(qū)域內各類干擾感知敏感度，將各圖像區(qū)域的受干擾程度進行合理的加權合并，并與圖像亮度的變化融合得到圖像的客觀分數。在主觀數據庫上的實驗表明：所提方法與主觀評價的相關性較高，其性能明顯優(yōu)于其他現(xiàn)有的全參考客觀算法。
　　2、針對人類視覺

4、系統(tǒng)的掩膜效應與圖像結構規(guī)則度的關系，提出兩種基于圖像結構規(guī)則度的全參考圖像質量評價方法。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構的規(guī)則度，將結構規(guī)則度相似性與亮度相似性結合得到圖像的質量圖，并利用圖像的局部方差突出圖像中重點區(qū)域對感知質量的影響。第二種方法利用方向梯度直方圖的統(tǒng)一標準化改進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值，標準化的結果可以體現(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

5、過程。大量的實驗證實：與其他利用結構相似度衡量圖像質量變化的方法相比，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化了第一種方法的計算過程，但針對各類干擾圖像的評價效果均得到一定的改善。
　　3、考慮到目標的輪廓可以表達圖像最主要的信息，將圖像在Contourlet域的統(tǒng)計性質與人類視覺系統(tǒng)感知景象的特點相結合，提出一種通用型無參考圖像質量客觀評價方法。首先提取圖像的69個Contourlet統(tǒng)計特征；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量分數。實驗結果表明，所提方法的評價性能優(yōu)于目前認可度最高的通用型無參考方法NIQE。同時由于該方法只利用原始圖像建立自然統(tǒng)計模型，與訓練型無參考方法相比具有更高的適應性。
　　4、針對自然圖像的統(tǒng)計性質對其傳輸效率的限制，利用方差標準化優(yōu)化圖像數據的表達方式，提出一種通用型無參考圖像質量評價

7、方法和一種無參考模糊圖像質量評價方法。第一種方法對圖像空間域上的亮度進行方差標準化，并利用對數域能量和標準差兩類特征表征圖像的質量。通過計算自然統(tǒng)計模型與干擾圖像模型之間的差距有效地評價多類干擾圖像的質量。第二種方法根據模糊圖像DCT系數的統(tǒng)計性質，將DCT系數進行方差標準化，并利用標準化DCT系數的概率密度分布和標準差表征圖像的模糊程度，模糊圖像的質量表示為自然統(tǒng)計模型與干擾圖像模型間距離。主觀數據庫上的實驗表明，兩種方法的評價結果與