專利名稱：一種基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種符合人眼視覺主觀感知的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，尤其涉及一種基于參考圖像的客觀圖像質(zhì)量自動(dòng)計(jì)算評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
圖像視覺質(zhì)量評(píng)價(jià)在實(shí)際中具有很多應(yīng)用。比如在許多視覺處理算法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及實(shí)施過程中，圖像視覺質(zhì)量評(píng)價(jià)在測(cè)試、優(yōu)化算法和系統(tǒng)的性能中起到重要作用。由于人眼視覺系統(tǒng)是圖像信息的最終接受者，所以主觀測(cè)試是圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的一個(gè)最直接的方法。主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)的平均意見得分方法(MOS)已經(jīng)使用了許多年。雖然這種評(píng)價(jià)方法能夠比較真實(shí)的反應(yīng)人眼視覺的主觀感受，但是，這種方法耗時(shí)耗力，不適合在圖像處理等方面應(yīng)用。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用和科學(xué)研究中，自動(dòng)計(jì)算圖像視覺質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)方法顯得十分必要。隨著多媒體應(yīng)用的迅速發(fā)展，圖像視覺質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)方法在視頻圖像處理等領(lǐng)域起著非常重要的作用。圖像視覺質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)方法不僅可以用來動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)和調(diào)整圖像質(zhì)量、優(yōu)化算法，還能夠校準(zhǔn)圖像處理系統(tǒng)等。近年來，很多科技人員投入大量精力開發(fā)與人類視覺行為相關(guān)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則以客觀的評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量。在圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)方法中，根據(jù)對(duì)參考圖像的依賴程度，客觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法可分為全參考圖像評(píng)價(jià)方法、部分參考圖像評(píng)價(jià)方法和無參考圖像評(píng)價(jià)方法三種。全參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，相對(duì)于部分參考圖像評(píng)價(jià)方法和無參考圖像評(píng)價(jià)方法更尊重客觀圖像的真實(shí)感知，需要依據(jù)原始參考圖像來評(píng)價(jià)、計(jì)算失真圖像的質(zhì)量。全參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的關(guān)鍵，在于如何采用自動(dòng)計(jì)算方法來衡量圖像的真實(shí)視覺感受。全參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的實(shí)質(zhì)，即如何測(cè)量一幅失真圖像和其原始參考圖像之間的距離。目前，全參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法可以分為兩大類。一類是基于人眼視覺系統(tǒng)建模的方法。該類方法一直被視為衡量和評(píng)測(cè)圖像質(zhì)量最合適的方法。該類方法的基本假設(shè)是人類視覺系統(tǒng)對(duì)視覺信號(hào)在某些方面的差異十分敏感，比如亮度、對(duì)比度、和頻率等成分?；谠摷僭O(shè)，失真圖像和其參考圖像之間的差異強(qiáng)度反映了人類視覺系統(tǒng)不同的感知靈敏度?；谌祟愐曈X系統(tǒng)的特征來構(gòu)建圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法，大多是基于相關(guān)的心理物理特性和生理知識(shí)的系統(tǒng)建模，包括時(shí)間/空間/色彩分解，對(duì)比敏感度函數(shù)，亮度匹配，以及不同的掩蔽效應(yīng)等。目前，提出了許多基于人類視覺系統(tǒng)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。然而，視覺研究的知識(shí)，與視覺模型構(gòu)建的需求之間的差距，使得基于人類視覺系統(tǒng)特征的方法涉及大量的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)起來十分困難。另一類全參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法是從信號(hào)的保真度方面來考慮設(shè)計(jì)。這類方法為滿足人類視覺系統(tǒng)對(duì)圖像質(zhì)量的要求，考慮提取圖像信號(hào)結(jié)構(gòu)的丟失信息來評(píng)價(jià)失真圖像質(zhì)量。近年來，大量的研究工作一直集中在信號(hào)驅(qū)動(dòng)的感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，從信號(hào)提取和分析的角度出發(fā)，考慮圖像信號(hào)的特性，比如統(tǒng)計(jì)特征，結(jié)構(gòu)/亮度失真。如典型的評(píng)價(jià)方法如均方誤差(MSE)、峰值信噪比(PSNR)等。這類評(píng)價(jià)方法并不是想建立一個(gè)與質(zhì)量評(píng)價(jià)相關(guān)的綜合的人類視覺系統(tǒng)模型，而是考慮圖像信號(hào)本身對(duì)人類心理、生理方面的影響，通?；趫D像內(nèi)容和失真分析來表示圖像的特征，進(jìn)而估計(jì)圖像的整體質(zhì)量。盡管一些基于信號(hào)保真度設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法能夠反映圖像質(zhì)量的變化，但這些方法無法預(yù)測(cè)真實(shí)的人類視覺感知,不能真實(shí)的描述人類視覺的主觀感。因此，基于信號(hào)保真度設(shè)計(jì)的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，迫切的需要考慮人類視覺系統(tǒng)的特征并幫助解決這些問題，從而使這類方法能夠更好地逼近人眼對(duì)圖像真實(shí)的視覺感知質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種計(jì)算更簡(jiǎn)單、結(jié)果更準(zhǔn)確的符合人類視覺感知的客觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。該評(píng)價(jià)方法是一種空間域的一種基于全變分測(cè)度的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:本發(fā)明所述一種基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法是一種空域的基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，考慮到自然圖像信號(hào)圖像本身的特點(diǎn)以及人類視覺對(duì)圖像中封閉平滑區(qū)域的亮度變化的敏感特點(diǎn)，從而采用全變分來描述圖像結(jié)構(gòu)信息的改變；采用差分圖像封閉區(qū)域的能量來刻畫亮度信息的變化，并將上述兩個(gè)因素進(jìn)行加權(quán)，得到最終的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果。包括以下流程:1、輸入失真圖像，輸入原始參考圖像；2、用結(jié)構(gòu)信息測(cè)度度量失真圖像結(jié)構(gòu)信息的改變?chǔ)?!;采用能量信息測(cè)度度量失真圖像亮度信息的改變?chǔ)?。3將歸一化的結(jié)構(gòu)信息測(cè)度和歸一化的能量信息測(cè)度進(jìn)行加權(quán)，得到基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果μ。
權(quán)利要求
1.一種基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于:是一種空域的基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，考慮到自然圖像信號(hào)圖像本身的特點(diǎn)以及人類視覺對(duì)圖像中封閉平滑區(qū)域的亮度變化的敏感特點(diǎn)，從而采用全變分來描述圖像結(jié)構(gòu)信息的改變；采用差分圖像封閉區(qū)域的能量來刻畫亮度信息的變化，并將上述兩個(gè)因素進(jìn)行加權(quán)，得到最終的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果。包括以下流程: (1)、輸入失真圖像，輸入原始參考圖像； (2)、用結(jié)構(gòu)信息測(cè)度度量失真圖像結(jié)構(gòu)信息的改變?chǔ)?;采用能量信息測(cè)度度量失真圖像亮度信息的改變?chǔ)?。
(3)、將歸一化的結(jié)構(gòu)信息測(cè)度和歸一化的能量信息測(cè)度進(jìn)行加權(quán)，得到基于 全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果μ。 μ=αι.μι+α2.μ2(式 I) 其中，\和％表示權(quán)重系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的一種基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于:所述流程(2)中，引入全變分測(cè)度來評(píng)價(jià)圖像的結(jié)構(gòu)信息。失真圖像和其參考圖像之間的全變分差值用來作為圖像結(jié)構(gòu)信息的一個(gè)測(cè)度。采用亮度差分圖像中封閉區(qū)域的能量信息來度量丟失的亮度信息。
輸入失真圖像，以及原始參考圖像，分別采用結(jié)構(gòu)信息測(cè)度度量失真圖像結(jié)構(gòu)信息的改變U1 ;采用能量信息測(cè)度度量失真圖像亮度信息的改變?chǔ)?。
結(jié)構(gòu)信息測(cè)度計(jì)算:記失真圖像為U，原始參考圖像為IV失真圖像與原始參考圖像的全變分比較運(yùn)算描述為:TVstruct = ITV(U)-TV(U0) I I1 其中，M.111表示L1范數(shù)，TV(U)定義為圖像U的全變分:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的一種基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法其特征在于:所述流程(3)中，引將歸一化的結(jié)構(gòu)信息測(cè)度和歸一化的能量信息測(cè)度進(jìn)行加權(quán)，得到基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果μ，其計(jì)算公式為 μ = a j.μ 2 其中，\和a 2表示權(quán)重系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于:包括以下具體步驟 (1)、將輸入失真圖像和參考圖像； (2)、進(jìn)行亮度圖像計(jì)算:從而得到輸入失真圖像和參考圖像的亮度圖像。
亮度計(jì)算公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的所述的一種基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法其特征在于:所述步驟(2)中，進(jìn)行亮度圖像計(jì)算按下述亮度計(jì)算公式計(jì)算:I = 0.27XR+0.67XG+0.06XB其中，R，G，B分別為 輸入圖像各通道上的亮度值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，引入全變分測(cè)度來評(píng)價(jià)圖像的結(jié)構(gòu)信息，采用失真圖像和其參考圖像之間的全變分差值用來作為圖像結(jié)構(gòu)信息的一個(gè)測(cè)度、采用亮度差分圖像中封閉區(qū)域的能量來度量丟失的亮度信息；通過對(duì)歸一化的結(jié)構(gòu)信息測(cè)度和歸一化的能量信息測(cè)度進(jìn)行加權(quán)，得到基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果。包括以下基本流程輸入失真圖像，輸入原始參考圖像；用結(jié)構(gòu)信息測(cè)度度量失真圖像結(jié)構(gòu)信息的改變，采用能量信息測(cè)度度量失真圖像亮度信息的改變；將歸一化的結(jié)構(gòu)信息測(cè)度和歸一化的能量信息測(cè)度進(jìn)行加權(quán)，得到基于全變分的視覺感知圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果。
文檔編號(hào)G06T7/00GK103077514SQ201210544608
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者吳亞東, 張紅英, 韓永國(guó), 劉志勤, 李小霞 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)