感知立體圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，涉及一種圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，尤其是涉及一種感知立 體圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年來，圖像編碼技術(shù)和立體顯示技術(shù)飛速發(fā)展，立體圖像處理技術(shù)受到越來 越多的關(guān)注，逐漸成為國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。相對(duì)于平面圖像帶給人們的視覺體驗(yàn)， 立體圖像更勝一籌，帶給人們更加真實(shí)的感受和震撼的臨場(chǎng)感。然而相對(duì)于平面圖像，立體 圖像在采集、傳輸和存儲(chǔ)過程中所占用的數(shù)據(jù)空間卻大幅度地提高，在降低數(shù)據(jù)空間占有 量的前提下如何保證立體圖像的質(zhì)量，將直接影響立體圖像處理技術(shù)的發(fā)展。
[0003] 立體圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法分為兩種：主觀評(píng)價(jià)與客觀評(píng)價(jià)。立體圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià) 方法中圖像的最終信宿是人類，其結(jié)果可靠性較高。但因?yàn)橹饔^方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且易受到被 試情緒、疲勞度和測(cè)試環(huán)境等因素的影響，故在實(shí)際應(yīng)用中受到嚴(yán)重的限制。立體圖像質(zhì)量 客觀評(píng)價(jià)方法是通過模擬人類視覺系統(tǒng)（HumanVisualSystem，HVS)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型或給出 符合人眼視覺特性的數(shù)學(xué)公式的方法，計(jì)算出確定的數(shù)值作為客觀評(píng)價(jià)結(jié)果，用以代替人 類評(píng)價(jià)立體圖像的質(zhì)量與立體感。相比主觀評(píng)價(jià)方法，立體圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法省時(shí)省 力，比較實(shí)用，可以用于質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，也可以嵌入圖像處理系統(tǒng)。因此，建立一套準(zhǔn)確有效 的立體圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有圖像評(píng)價(jià)技術(shù)的缺陷，使用對(duì)比度敏感度函數(shù)篩選剔除無法 被察覺的像素點(diǎn)，并利用門限值判斷各帶通圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)是否被掩蓋，實(shí)現(xiàn)對(duì)比度 掩蓋效應(yīng)的建模，有效的提高客觀評(píng)價(jià)結(jié)果與人類主觀感受之間的一致性。對(duì)立體圖像質(zhì) 量做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種感知立體圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)方法，包括下列步驟：
[0006] 第一步：對(duì)參考圖像和失真圖像分別進(jìn)行亮度非線性變換，根據(jù)人眼的感覺亮度 S與圖像實(shí)際亮度L成對(duì)數(shù)線性關(guān)系的定律，得到感知亮度圖；
[0007] 第二步：使用余弦對(duì)數(shù)濾波器組將參考圖像的感知亮度圖分解為五個(gè)帶通圖像 bi (X，y)，i為余弦對(duì)數(shù)濾波器編號(hào)，i= 1~5,和一個(gè)低通子帶1。(X，y);對(duì)于每個(gè)帶通圖 像，按照如下公式得到局部亮度均值圖
并通過局 部均值圖計(jì)算每個(gè)帶通圖像的對(duì)比度圖
，其中（x，y)為圖像時(shí)域像素點(diǎn) 的坐標(biāo)；按照上述方法對(duì)失真圖像的感知亮度圖進(jìn)行處理；
[0008] 第三步：篩出失真圖像中與參考圖像無法察覺出差異的像素點(diǎn)：
[0009] (1)計(jì)算各個(gè)帶通圖像對(duì)比度最小可辨別門陽
式 中，A(f)為對(duì)比度敏感度函數(shù)，
f為圖像空間頻率， 此處f=i= 1，2, 3, 4, 5 ;
[0010] ⑵如果參考圖像的各個(gè)帶通圖像的對(duì)比度圖Cl(X，y)的像素點(diǎn)與失真圖像的各 個(gè)帶通圖像的對(duì)比度圖^ (U)的對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的絕對(duì)差值小于該像素的t(x，y)，則表明人 眼察覺不出二者的差異；將失真圖像帶通圖像的這些像素賦值為對(duì)應(yīng)的參考帶通 圖像biO^y)的像素值；最后，保持失真圖像的帶通圖像^爲(wèi)的剩余像素值不變：
[0011] 第四步：使用對(duì)比度敏感度函數(shù)構(gòu)造各通道門限，判斷參考圖像和失真圖像帶通 圖像中被掩蓋的像素點(diǎn)：
[0012] (1)計(jì)算帶通圖像門卩
，式中，21為余弦對(duì)數(shù)濾波器組的中心頻率，a 為觀看角度，A(21/a)為以21/a為空間頻率的對(duì)比度敏感度函數(shù)；
[0013] (2)參考圖像和失真圖像的各個(gè)帶通圖像的對(duì)比度圖像素值若小于其帶通圖像門 限值^的像素點(diǎn)被掩蓋，則將相應(yīng)的帶通圖像的像素值賦值為0,剩余像素值維持不變： [0014]第五步：分別計(jì)算左右視點(diǎn)質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)QnQy使用平均值法對(duì)左右視點(diǎn)質(zhì)量 評(píng)價(jià)指標(biāo)QnQjJS行求和，得到立體圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)Qp，方法如下：
[0015] (1)對(duì)于右視點(diǎn)，首先整合經(jīng)過第四步處理的參考圖像各帶通圖像，計(jì) 算重構(gòu)的圖像〇(x，y) : ^ 公（x，y)為經(jīng)過第四步處理的參
考圖像各帶通圖像；然后計(jì)算參考與失真圖像的各個(gè)帶通圖像誤差和e(x，y)，
其中，w為經(jīng)過第四步處理的失真圖像各帶通 圖像，0為取值在1~4的求和指數(shù)，按照如下公式計(jì)算信噪比，作為失真圖像左視點(diǎn)質(zhì)量 的評(píng)價(jià)指標(biāo)Q1:
[0016] (2)同理計(jì)算右視點(diǎn)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)Qr;
[0017] (3)最后使用平均值法將左右視點(diǎn)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行融合，計(jì)算立體圖像質(zhì) 量評(píng)價(jià)指標(biāo)
評(píng)價(jià)指標(biāo)Qp越高，失真圖像質(zhì)量越好。
[0018] 作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述的感知立體圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)方法，第二步中采用 傳遞函數(shù)為
的余弦濾波器組對(duì)圖像進(jìn)行分解，其中 r為極空間頻率坐標(biāo)，F(xiàn)jr)是帶通濾波器，它們的中心分別為21周潘1像；第四步所述 的測(cè)試者在觀看點(diǎn)H的觀看角度a通過觀看距離1^與顯示設(shè)備高度1^計(jì)算得出，即
[0019] 本方法有效的改善了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法忽視人類視覺系統(tǒng)、不能全面的表征圖像質(zhì) 量的缺陷，模擬了多種人類視覺系統(tǒng)的心理物理學(xué)特性，能夠準(zhǔn)確有效地對(duì)不同失真的立 體圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)，在評(píng)價(jià)的有效性與可靠性上都獲得了較好的折中。
【附圖說明】
[0020] 圖1標(biāo)準(zhǔn)立體素材"boy"
[0021] 圖2標(biāo)準(zhǔn)立體素材"family"
[0022] 圖3標(biāo)準(zhǔn)立體素材"flower"
[0023] 圖4標(biāo)準(zhǔn)立體素材"girl"
[0024] 圖5標(biāo)準(zhǔn)立體素材"river"
[0025] 圖6標(biāo)準(zhǔn)立體素材"tree"
[0026] 圖7立體顯示設(shè)備
[0027] 圖8本方法立體圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)模型
[0028] 圖9 "boy"參考左視點(diǎn)圖的灰度圖與各帶通圖像，（a)為"boy"參考圖像左視點(diǎn) 圖的灰度圖，圖9(b)~（f)分為參考圖像各帶通圖像hO^y)(i= 1，2,3,4,5)
[0029] 圖10優(yōu)化前后的"boy"失真左視點(diǎn)帶通圖像，（a)為優(yōu)化前，（b)為優(yōu)化
[0030] 圖11被測(cè)試者在觀看點(diǎn)H的觀看角度
[0031] 圖12掩蓋效應(yīng)前后的帶通圖，（a)為掩蓋效應(yīng)前，（b)為掩蓋效應(yīng)后
[0032] 圖13重構(gòu)的原始圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)說明本方法。
[0034] 本設(shè)計(jì)使用的參考實(shí)驗(yàn)素材均取自寬帶無線通信與立體成像研究所提供的立 體信息庫，選取圖像庫中未壓縮、未加噪的原始圖像共6幅，分別為標(biāo)準(zhǔn)立體素材"boy"、 "family"、"flower"、"girl"、"river"、"tree"，分辨率為 1280*1024,如圖 1-6 所示。利 用MATLAB對(duì)6幅原始圖像做不同程度的壓縮與加噪，共得到270幅失真圖像，對(duì)所有失 真圖像做主觀評(píng)價(jià)，記錄平均意見值（MeanOpinionScore，M0S)，以驗(yàn)證立體圖像主客觀 分?jǐn)?shù)的相關(guān)性。本方法主觀實(shí)驗(yàn)使用的立體成像設(shè)備是天津市三維顯示技術(shù)有限公司的 "3DWIND0WS-19A0"，如圖7所示。本方法主觀實(shí)驗(yàn)中，被試包括專業(yè)被試與非專業(yè)被試，均 具有正常的視差立體感，共20名被試，分別為在校研究生與本科生，男性11名，女性9名， 從事立體信息處理研究的被試共16人，從事其他方向研究的被試共4人。
[0035] 下面結(jié)合圖8,對(duì)立體圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0036] 第一步，根據(jù)韋伯-費(fèi)赫涅爾定律，即亮度非線性特性，人眼的感覺亮度S與圖像 實(shí)際亮度L成對(duì)數(shù)線性關(guān)系。如式（1)所示
[0037] S=KlnL+K〇=K，IgL+K。 （1)
[0038] 其中，S為感知亮度，L為絕對(duì)亮度，K為常數(shù)，與整幅圖像的平均亮度相關(guān)，當(dāng)圖像 平均亮度較暗或較亮?xí)r，應(yīng)選擇較小的K值。通常根據(jù)人眼正常亮度范圍，取K= 1。K' = KlnlO,K。為常數(shù)。
[0039] 對(duì)于灰度圖像，感知亮度增加的速率隨著亮度值的增加趨于平緩，即人眼對(duì)很黑 或很亮的區(qū)域都不敏感。因此，利用式（1)對(duì)灰度圖像的每個(gè)像素的亮度值進(jìn)行非線性變 換，得到感知亮度圖，從而模擬人眼對(duì)于像素的實(shí)際感受。
[0040] 第二步，仿照人眼視覺感知通道的構(gòu)造，本方法使用余弦對(duì)數(shù)濾波器組模擬人類 視覺多通道特性。將第一步得到的參考圖像的感知亮度圖分解到五個(gè)帶通子帶和一個(gè)低通 子帶，得到五個(gè)帶通圖像，并分別構(gòu)造各帶通圖像的對(duì)比度圖。該濾波器組的頻域傳遞函 數(shù)表示為
[0041]
P)
[0042] 其中，r為極空間頻率坐標(biāo)，Mr) ~F5(r)是帶通濾波器，它們的中心分別為2\i =1，2, 3, 4, 5)周/圖像。零空間頻率濾波器F。(r)是一個(gè)低通濾波器，其形式為匕(r)的 變形，表示為
[0