壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標_第1頁
壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標_第2頁
壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標_第3頁
壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標_第4頁
壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標_第5頁
已閱讀5頁,還剩7頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領

文檔簡介

1、壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標2000年9月第23卷第5鉀一重慶大學(自然科學版)JournalofChongqingUnversity(NaturalScienceEdition)Vo【23o5Sept2000文章編號:1000582x(2000)05004405壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標'丁廠7/'7rpJ摘要:迄今為止.壓縮重構(gòu)圖象的質(zhì)量評價還沒有統(tǒng)一的標準.通常使用的峰一峰信噪比或均方誤差與主觀感覺并不相符,而主觀評價叉存在主觀性和不確定性.其結(jié)果往往因人而異.筆者根據(jù)人眼視覺特征研究了具有視覺心理特點的壓縮重構(gòu)圖象質(zhì)量的評價指標體系,提出了Ce,De,Be評價指標.較好地

2、表述了重構(gòu)圖象的質(zhì)量,且容易理解關(guān)鍵詞:圖象壓縮;質(zhì)量評價;視覺特征中圈分類號:TN911.73文獻標識碼:A圖象重建區(qū)別于其它逆問題求解的特點之一在于它不僅強調(diào)解的精確性,更重要的是強調(diào)解基于各種視覺特征的保真性.對于經(jīng)壓縮后再恢復的圖象質(zhì)量需要有某種標準來評價.目前圖象質(zhì)量評價標準通常采用的是保真度準則_1J.保真度準則一般又有兩種:客觀保真度準則和主觀保真度準則.前者是以壓縮前后的圖象誤差如均方誤差,峰一峰信噪比等來度量,后者則取決于人的主觀感覺;前者有明確的公式,從量上給出了嚴格的尺度標準,但遺憾的是均方誤差,峰一峰信噪比不能反映人眼特性,其結(jié)果常常與主觀感覺不一致;后者雖然克服了前者

3、的缺點,但卻是主觀的和不確定的,評價結(jié)果往往因人而異,且只能給出定性的,模糊的評價,如好,較好,差"等.在本文中,將根據(jù)人的視覺心理特點研究壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標.以描述不同分布的誤差在視覺上的不同反映.l誤差測度與主觀評價設原始信號為x,經(jīng)過某種變換后恢復出的信號為.用代替X引起的誤差測度d(X,)在數(shù)學上一般有幾種表示,在壓縮重建中常用的有均方誤差,其定義為:.MlN一】d(X,)=j(一;)(1)其中,M×N為總像素數(shù).式(1)所表示的均方誤差在圖象壓縮中常用rose表示.在壓縮重建中.另外一個使用頻率很高的誤差測度是峰一峰信噪比PSNR,它用了一個與圖象無關(guān)的峰

4、一峰值的平方這個常數(shù).其定義為:剛.叫此式假設為8bit圖象(如為10bit圖象則用常數(shù)1023代替255).其他的誤差測度有:Holder范數(shù)Ml一lx.)=1l一主".=X一oin(3)Minkowski范數(shù)d(X,):maxl.一0.1(4)等.還有一些誤差測度,這里不再一一列舉.雖然上面列出的幾種誤差測度已被公認井廣泛應用,但從給出的公式來看,不管那一種,都只是統(tǒng)計平均意義下的度量準則,不能反映誤差的空問分布,也與圖象的結(jié)構(gòu)無關(guān),對圖象中的細枝末節(jié)無法反映.文獻2認為:判斷圖象質(zhì)量的最常用和最可靠的方法,是作為觀察者的人的主觀評價.主觀評價一般可分為兩種類型:絕對評價和相對評

5、價.絕對評價是由觀察者根據(jù)一些事先規(guī)定的評價尺度或自己的經(jīng)驗,收稿日期:2000.0314基金項目:拉科研基金資助項目作者簡介:來冰蓮(1959),女,四川富順人,重慶大學副教授,18主要從事信號處理,圖象處理領域的研究工作第23卷弟5期束冰蓮等:壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標對被評價圖象提出質(zhì)量判斷.在有些情況下,也可提供一組標準圖象作為參考,幫助觀察者對圖象質(zhì)量作出合適的評價.相對詳皂由者將一批圖象由好到壞進行分類,通過比較來評價組圖象的相對質(zhì)量.為了'保證統(tǒng)計上的可靠性,在主觀質(zhì)量鋤試中通常至少應有2O名評判者(觀察者).主觀評價的結(jié)果與許多因素有關(guān):評判人的經(jīng)驗和愛好,所選用的圖象

6、內(nèi)容,以及觀看條件(如室內(nèi)光照,對比度,觀看距離等)等.2均方誤差,峰一峰信噪比與人的主觀感覺的不一致盡管在圖象質(zhì)量的評價中有誤差測度和主觀評價兩套方法,但圖象的失真到底怎么度量,至今還沒有一個很好的標準.在人眼判讀的情況下,人眼是最終評判者.但是,對于人眼的視覺機理至今尚未完全掌握,所以還沒有個和主觀評價十分相符的客觀標準.目前,在圖象壓縮重建中用得最多的仍然是均方誤差mse和峰一峰信噪比PSNR,之所以用得多,主要是因為計算方便.的確,在圖象的壓縮重建時,當限制m趨于零時,則逐個像素進行重建是理想的,這樣推測起來,似乎只有m足夠小才能獲得高質(zhì)量的重建圖象.在給定算法和圖象的情況下,當碼率降

7、低時,則m增加.但是,通常卻不能得出任意形式下如果rose增加則圖象質(zhì)量總是降低的結(jié)論.例如,取一幅圖象,在每個像素上加上一個常數(shù)或減去同一個常數(shù),假設在不超過動態(tài)范圍的情況下,其mse是相同的,卻不一定有相同的主觀質(zhì)量.Miyahara和Kotani曾經(jīng)對主觀質(zhì)量進行了研究J,并闡明塊效應失真的有害性比相等能量的白噪聲大1O倍.換言之.人眼視覺系統(tǒng)易感abCd囝l具有不同視覺效果的圖象45受到的是噪聲結(jié)構(gòu),而不是噪聲能量.圖1是幾幅具有完全不同主觀感覺的圖象,以(a)為參照圖象,它們對應的PSNR分別是(b)2477,(c)1622,(d)1889,由此可見,所謂的客觀準則并不客觀,它不能完

8、全反應真實的圖象質(zhì)量.因此,在評價圖象質(zhì)量時,人們越來越重視視覺上的效果.甚至有時將主觀評價作為衡量圖象質(zhì)量的唯一標準J.但是,如上所述,完全用主觀權(quán)評價作為標準,這樣的標準是不確定的,評價結(jié)果往往因人而異,且只能給出定性的,模糊的評價.弋_崔r(nóng):i廣IcI囝2對應于圖1的切面曲線及誤差曲線為了研究不同分布的誤差對人眼視覺系統(tǒng)引起的不同視覺心理反應,對圖1中給出的幾幅圖象(256×256),分U在第180行取樣,即將它們相應行的的數(shù)據(jù)取出作為例子進行討論,其剖面輪廓及與原始圖象的誤差如圖2所示.其中圖2(a)對應于原始圖象,圖2(b),(c),(d)分別對應于圖1中的(b),(c),

9、(d).誤差值示于圖2(e),(f),(g)中.對圖2(e),(f),(R)進行分析,并利用疊加原理,可以把誤差分為這樣幾類,即圖象在邊緣上的誤差,在緩慢變化區(qū)域的不規(guī)則誤差,和平均灰度的變化.這幾種誤差對人眼視覺系統(tǒng)造成的視覺心理感受是不一樣的.按照上述對誤差的分類,從圖2可見:圖1(b)與的圖1(a,的誤差主要是邊緣的誤差,圖1(c)與圖J(aj的誤差主要是灰度差異,麗圖1(d)與圖1(a)之間則主要是不規(guī)則誤差.因為邊緣上的誤差和非邊緣上的誤差對人眼視覺系統(tǒng)的刺激不一樣,所以評價指標應該能描述這種不同類型的誤差,也就是說,需要用不同評重庋太學f自然#學版)價指標對它們分別進行描述.3壓縮

10、重建圖象的評價指標實際上按照上面對誤差的劃分,這3種誤差分別影響著重建圖象的邊緣對比度,區(qū)域方差和區(qū)域灰度.為了能夠?qū)@樣的誤差作定量的描述,以期說明圖象數(shù)據(jù)的改變究竟是如何影響圖象質(zhì)量的,或者說圖象質(zhì)量發(fā)生了什么變化,變化發(fā)生在什么地方,評價指標的確定不再采用過去對整幅圖象進行統(tǒng)計的方法(如mse,PSNR),而是首先對圖象進行分割,對分割出來的不同區(qū)域用不同的指標分別描述.3.1指標體系及計算作為衡量指標之一,文獻5在對投影重建圖象進行評價時采用了區(qū)域噪信比,但實驗表明,用區(qū)域方差比用區(qū)域噪信比能更好地反映自然圖象的局部不平滑特性及其變化.為了能適合于壓縮重建的自然圖象的質(zhì)量評價,筆者提出

11、了一套能描述上述不同誤差的指標及算法.分別定義:一1一(,j=(c,一C)(6)D(,;):(;一)(7)B(z,;)=IN【(,)(8)其中:INT?表示取整.以上3項指標中,e(,;)反映了在一定模板尺寸下的平均邊緣對比度變化,(,)反映相對平坦的非邊緣區(qū)域的平均方差變化,而B,(,)則反映非邊緣區(qū)域的灰度的變化的平均值.其計算的方法如下:設邊緣圖象的集臺為E,對原始圖象和重建圖象分別以n×n的模板作無重疊平移,記總平移次數(shù)為M(對N×N的圖象,當不為M的倍數(shù)時,采用邊界對稱延拓使之保證M為整數(shù));每次平移時,判斷模板內(nèi)有無空間位置屬于邊緣圖象E的像素(記模板內(nèi)有邊緣的

12、模板個數(shù)為M).若有(對于原始圖象而言,模板內(nèi)空間位置屬于E和不屬于E的像素分別記為:和.,全部:.的個數(shù)為K,而j.的個數(shù)為K2:×"Kl;同理,對于與之對應的重建圖象,模板內(nèi)空間位置屬于E和不屬于E的像素分別記為j和.),則分別計算原始圖象及重建圖象的平均邊緣對比度Ci=(PI.一P2,)/P2.,和C:(PIl,一P2.)/P2.;若無(記這樣的模板個數(shù)分別為MM),則計算建誤差的平均值,=>:.;.原始圖象的局部方差j=(.,tl-)及重建圖象的局部方差;=(;一;j!.這里:設對應于原始圖象和重建圖象第J個模板中的元素分別為-r.,z,其中P1l=.

13、=忐.:忐分別為原始圖象和重建圖象,模板內(nèi)空間位置屬于E和不屬于E的像素的平均灰度;1,一1,il_2一ij2一I分別表示愿始圖象和重建圖象在模板內(nèi)的灰度平均值:32圖象邊緣的提取為了對不同的誤差作出劃分,首先需要對圖象作區(qū)域劃分,即區(qū)分出圖象的邊緣和非邊緣區(qū)域.在作邊緣提取時,對一般的自然圖象而言,通常的邊緣箅子提取邊緣的效果都不很好,不是提取出的邊緣太粗,就是不能有效地提取出來.一般認為用MarrI_tildreth,.算子比較好,但有時會出現(xiàn)虛假邊緣.為了克服這個困難,筆者算法中采用了小波的方法提取邊緣.用小波方法提取邊緣有以下好處:當取母小渡函數(shù)為平滑函數(shù)的一階偏導數(shù)時,其變換模的極大

14、值點與圖象的劇變點(即圖象邊緣)一一對應,不存在虛邊緣,而且,小渡分析在時域和頻域可同時局部化,其尺度(分辨)可根據(jù)圖象邊緣的奇異性進行調(diào)節(jié),還可放大圖象的局部細節(jié).所以,近年來已成為圖象處理的有力工具,并獲得廣泛應用-.4評價指標體系的驗證為了說明按照上面定義的幾個指標C(z,z),(,),B(,)對圖象中不同分布的誤差的描述情況,驗證指標的有效性,首先對Woman圖象分別作空域平滑濾波邊緣增強,加噪,和改變灰度的處理.然后用上述3個指標對處理后的圖象進行評價.具體作法是:?空域平滑濾波設原始圖象為f(m,),對其作空域非加權(quán)平滑濾波,結(jié)果為,l(,)圖象如圖3(a).?邊緣增強采用小波的方

15、法提取邊緣,獲得邊緣圖象如圖3(C),將該邊緣圖象加在原始圖象,(,)1-.,得(,").結(jié)果圖象如圖3(b).第23拳第5期采術(shù)蓮等:壓縮重建圖象的質(zhì)量評價指標(b)(e)(f)圖3幾幅圖象?加噪對灰度為0256的r(,)中不屬于邊緣的部分分別加人灰度不大于30,40的隨機噪聲.結(jié)果分別為(i)l,n),(,n),f4(771,)如圖3(d)所示.?灰度改變?yōu)榱吮WC灰度的改變不超過顯示動態(tài)范圍,對f(m.n)作灰度壓縮.使其灰度范圍從(0,255)變到(80,175),用f(m,)表示(見圖3(e).按f5(,n)=r(7/,t,n)一50和(l,)=r(n,t,)50改變圖象灰度

16、(/5(/7"t,)見圖3(g),(771,n)見圖3(f).計算時相應原始圖象為廠(,).對上述/t(m,)(m.)用(.),D(.),B(,z)對其作質(zhì)量評價.結(jié)果如表1所示:對表1中的數(shù)據(jù)很容易解釋.第1行.Ce(,)和D(z,)均為負.說明邊緣對比度下降;其灰度的平均變化B(z.z)約為7左右.而fl(m,)正是f(,71,7/)作平滑處理的結(jié)果.第2行(,5C)為正,D,(5C,3"-)和B(.5C)均為零,按照上面給出的作法,它只是邊緣上增加了邊緣信息,而其余部分未變;第3,4行,C(z,z)為零,邊緣區(qū)域部分未變;區(qū)域方差De(,-r)的大小隨加入的噪聲的大小

17、而改變,平均灰度日,(.)的改變也與加入的噪聲的強度大小一致;第5行B.(z.)為50恰好是所給的灰度改變量眾所周知.圖象的灰度增加.邊緣對比度會下降;灰度減小,對比度增加這里所得的e(z.z)為負,與實際,腈況完全相符,(3"-,z)的計算值為o000001,可以解釋為浮點計算所引起的計算誤差.第6行同前,不再贅述.利用B(z,;)并結(jié)合c(.;)的正負不難確定灰度變化是增加還是減少襄1具有視覺認期心特點的圖象質(zhì)量評價結(jié)果襲2用文獻5的方法對圖象的評價結(jié)果襄3用傳統(tǒng)方法對圖象的評價結(jié)果作為對比,表2給出了按文獻5提出的指標及計算結(jié)果.從表2中不能得出與上述完全一致的結(jié)果48重廢大學

18、l自然科學版I對于(.n)和(,")的情況,雖然只是整體藏度改變,但用區(qū)域噪信比來評價時,一個是降低,一個是提高,而實際情況是未變.此外,平均灰度變化的評價指標E的計算數(shù)值的相對大小雖然能反映灰度改變量的相對大小,但不能直觀地從計算數(shù)據(jù)中得到灰度的平均變化量,且該數(shù)據(jù)的大小還與圖象本身的尺寸有關(guān).而按筆者的計算方法,則可直接給出灰度變化的平均值.根據(jù)傳統(tǒng)的評價指標計算結(jié)果如表3所示,表3中的數(shù)據(jù)除了能反映出圖象之間的整體誤差外.可以說從中不能得到關(guān)于圖象質(zhì)量方面的信息.參考文獻趙榮椿數(shù)字圖象處理導論【M西安:西北I_業(yè)大學出版社,1995姚慶棟圖象編碼基礎MJ北京:民郵電出版社.1984馮玉珉數(shù)據(jù)圖象壓縮編碼M北京:中國鐵道出版杜.1993高文多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)M北京:電子工業(yè)出版1994戴偉輝.孫煜鷗基于視覺認知心理特點的匿象重建質(zhì)世分析電子器件,1997,20(1)3t7-321D馬爾著視覺計算理論M姚國正譯北京:科學出版社,1988秦前青,楊宗凱實用小渡分析M西安:西安電子大學科技出版社,1993TheIndexSystemforAssessmentofResconstructedImageZHUBing-lian,CAOChang.xiu(i.CollegeofCommunication,Tracing,TelemetringCommand,

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論