專利名稱：一種基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，尤其涉及一種基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
顯示技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、直觀、清晰、快捷的信息輸出，同時(shí)也為信息時(shí)代提供了一種友好的人與機(jī)器交流信息的界面。市場(chǎng)調(diào)研表明顯示圖像質(zhì)量是終端用戶購(gòu)買電子顯示設(shè)備的重要決定因素之一。因此信息顯示質(zhì)量的評(píng)價(jià)是顯示技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要內(nèi)容。由于所有顯示信息均是通過(guò)人眼被觀察者觀測(cè)到的，對(duì)于不同的環(huán)境和用途，人們對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)判是不同的。因此對(duì)顯示圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)必須考慮人的因素。近年來(lái)，隨著各種顯示技術(shù)的數(shù)量和多樣性的快速增加，基于人眼視覺(jué)系統(tǒng)的顯示質(zhì)量評(píng)價(jià)理論的研究就顯得非常必要了。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)顯示質(zhì)量的要求與日俱增。新的技術(shù)、新的應(yīng)用場(chǎng)合都可能改變觀察者對(duì)顯示圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)。為此，Engeldrum引入了“圖像質(zhì)量環(huán)”模型，將消費(fèi)者關(guān)注的圖像顯示質(zhì)量與顯示系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)通過(guò)一些中間步驟聯(lián)系起來(lái)。消費(fèi)者對(duì)圖像質(zhì)量的主觀感受是觀察到的圖像質(zhì)量各屬性的加權(quán)之和。這些圖像質(zhì)量屬性包括清晰度，色彩豐富度，亮度，圖像均一性等被觀察者無(wú)意識(shí)評(píng)價(jià)的特性。然后建立主觀圖像質(zhì)量屬性與圖像物理特性的聯(lián)系。這些圖像物理特性包括可以由測(cè)量?jī)x器測(cè)得的光學(xué)和電學(xué)特性，如輸出亮度、色域大小、顯示白場(chǎng)、伽馬值、噪聲水平等。最終，通過(guò)深入了解顯示物理原理，這些圖像物理特性可以與顯示系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)間建立聯(lián)系?，F(xiàn)有的顯示器件或壓縮編碼等相關(guān)技術(shù)還不可能做到使圖像顯示質(zhì)量非常完美，總有這樣或那樣不盡如人意的缺陷。由于影響最終顯示質(zhì)量的各技術(shù)參數(shù)間經(jīng)常存在交互影響，提高各參數(shù)需要的成本也存在差異，而成本是實(shí)際生產(chǎn)中必須考慮的問(wèn)題。因而改善顯示質(zhì)量的研究需要考慮各種因素的權(quán)重和折中。有時(shí)某些圖像質(zhì)量的損傷并不能被人眼察覺(jué)，即便通過(guò)努力可以消除這種缺陷，實(shí)際上消費(fèi)者并不能感受到圖像質(zhì)量的提高。JND(Just Noticeable Difference :恰可察覺(jué)差)的引入可以有效地解決這些問(wèn)題。由于消費(fèi)者對(duì)圖像質(zhì)量的主觀感受是觀察到的圖像質(zhì)量各屬性的加權(quán)之和，因而采用JND為圖像屬性的統(tǒng)一單位建立圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，可以為顯示系統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，用以指導(dǎo)有限投入下如何最大限度地提高消費(fèi)者感受到的圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn) 有技術(shù)在對(duì)顯示器亮度、色度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)無(wú)法定量評(píng)估其對(duì)圖像顯示質(zhì)量影響的不足，提供一種基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，可以定量評(píng)價(jià)改進(jìn)顯示器參數(shù)時(shí)人眼所能察覺(jué)的對(duì)顯示圖像質(zhì)量的影響，從而對(duì)顯示技術(shù)的設(shè)計(jì)、研究提供依據(jù)。影響圖像質(zhì)量的最重要并且相互獨(dú)立的3個(gè)圖像屬性是亮度(BR brightness).色度(CS:Color saturation)和清晰度(CR :Contour rendering)?？紤]到各圖像屬性的交互作用，本發(fā)明將研究這三個(gè)圖像屬性(CR，CS，BR)及其所有兩兩組合(BR*CR，BR*CS，CR*CS)對(duì)整體主觀圖像質(zhì)量的影響。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題。一種基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，根據(jù)下式對(duì)失真圖像質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)價(jià)
IQ = 4. 80—O. 26Xce—O. 06XBE —O. ISXbr5^Xcs-O. ISXcr5^Xcs-O. OBXbe5^Xce ，
式中，IQ為失真圖像的質(zhì)量得分，其值越大，表示圖像質(zhì)量越好；Xbk為失真圖像與原始圖像亮度差的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的圖像亮度JND值；Xcs為失真圖像與原始圖像色度差的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的圖像色度JND值A(chǔ)ai為對(duì)原始圖像高斯卷積以獲得失真圖像時(shí)選取的方差參數(shù)值所對(duì)應(yīng)的圖像清晰度JND值。所述圖像亮度JND值按照以下方法測(cè)定
步驟Al、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像
步驟A101、通過(guò)伽馬校正將原始圖像轉(zhuǎn)換至線性空間；
步驟A102、然后將線性轉(zhuǎn)換后的原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間轉(zhuǎn)換到xyY空間； 步驟A103、在xyY空間中，保持其它分量不變，僅對(duì)分量Y按照一組不同的壓縮 系數(shù)分別進(jìn)行線性壓縮，所述一組壓縮系數(shù)在O. 85-0. 99之間等間隔分布；
步驟A104、將線性壓縮后的圖像由xyY空間轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到一組具有不同 壓縮系數(shù)的測(cè)試圖像；
步驟A2、利用階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法進(jìn)行視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)，找出至少一幅測(cè)試圖作為JND臨界圖像；
步驟A3、將原始圖像和JND臨界圖像分別劃分為大小為K*K個(gè)像素的圖像塊，然后分別選出原始圖像和JND臨界圖像中平均灰度最大的圖像塊；
步驟Α4、根據(jù)顯示器的伽馬曲線，計(jì)算原始圖像和JND臨界圖像中平均灰度最大的圖像塊的平均灰度值所對(duì)應(yīng)的實(shí)際顯示亮度的差值，該差值的平均值即為該被試對(duì)該原始圖像亮度的JND值；
步驟Α5、更換不同的原始圖像及被試，重復(fù)步驟Α1-Α4 ;將所有被試對(duì)不同原始圖像的亮度JND值進(jìn)行均值計(jì)算及方差分析確定圖像亮度的JND值。所述圖像色度JND值按照以下方法測(cè)定
步驟BI、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像
步驟Β101、通過(guò)伽馬校正將原始圖像轉(zhuǎn)換至線性空間；
步驟Β102、然后將線性轉(zhuǎn)換后的原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間和Lab空間轉(zhuǎn)換 到LCH空間；
步驟Β103、在LCH空間中，保持其它分量不變，僅將分量C按照一組不同的改變量減小，所述分量C的一組不同的改變量在O. 2-1. 5范圍內(nèi)等間隔分布；
步驟Β104、將C分量減小后的圖像由LCH空間轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到一組具有不 同色度分量的測(cè)試圖像；
步驟Β2、利用階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法進(jìn)行視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)，找出至少一幅測(cè)試圖作為JND臨界圖像；步驟B3、計(jì)算原始圖像和JND臨界圖像中平均色度值的差值，該差值的平均值即為該被試對(duì)該原始圖像色度的JND值；
步驟B4、更換不同的原始圖像及被試，重復(fù)步驟B1-B3 ;將所有被試對(duì)不同原始圖像的色度JND值進(jìn)行均值計(jì)算及方差分析確定圖像色度的JND值。所述圖像清晰度JND值按照以下方法測(cè)定 步驟Cl、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像
步驟C101、通過(guò)伽馬校正將原始圖像轉(zhuǎn)換至線性空間；
步驟C102、然后將線性轉(zhuǎn)換后的原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間轉(zhuǎn)換到xyY空間； 步驟C103、在xyY空間中，保持其它分量不變，按照一組不同方差參數(shù)的高斯函 數(shù)僅對(duì)分量Y進(jìn)行卷積，所述一組方差參數(shù)在O. 1-0. 8之間等間隔分布；
步驟C104、將卷積后的圖像由xyY空間轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到一組具有不同模糊 程度的測(cè)試圖像；
步驟C2、利用階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法進(jìn)行視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)，找出至少一幅測(cè)試圖作為JND臨界圖像；
步驟C3、根據(jù)步驟C103的處理過(guò)程，找出對(duì)應(yīng)于JND臨界圖像的高斯卷積時(shí)的方差參數(shù)值，該值的平均值即為該被試對(duì)該原始圖像清晰度的JND值；
步驟C4、更換不同的原始圖像及被試，重復(fù)步驟C1-C3;將所有被試對(duì)不同原始圖像的清晰度JND值進(jìn)行均值計(jì)算及方差分析確定圖像清晰度的JND值。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明方法可以定量測(cè)定改進(jìn)顯示器亮度、色度、清晰度等相關(guān)參數(shù)時(shí)人眼所能感受到的顯示質(zhì)量上的實(shí)際變化、利于折中考慮改進(jìn)不同技術(shù)參數(shù)對(duì)圖像顯示質(zhì)量的影響，具有極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


圖I為生成測(cè)試圖像的過(guò)程示意 圖2為人眼最佳視角所覆蓋圖像大小的計(jì)算原理示意 圖3為具體實(shí)施方式
中所使用的實(shí)例圖片；
圖4為本發(fā)明中采用的視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
本發(fā)明的基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，具體按照以下步驟
步驟A、按照以下方法測(cè)定圖像亮度的JND值
步驟Al、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像
步驟A101、通過(guò)伽馬校正將原始圖像轉(zhuǎn)換至線性空間；本具體實(shí)施方式
中Y=2. 2 ;步驟Α102、然后將線性轉(zhuǎn)換后的原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間轉(zhuǎn)換到xyY空間；步驟A103、在xyY空間中，保持其它分量不變，僅對(duì)分量Y按照一組不同的壓縮系數(shù)分別進(jìn)行線性壓縮，所述一組壓縮系數(shù)在O. 85-0. 99之間等間隔分布；本具體實(shí)施方式
中，采用40個(gè)在O. 85-0. 99之間等間隔分布的壓縮系數(shù)；
步驟A104、將線性壓縮后的圖像由xyY空間轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到一組具有不同壓縮系數(shù)的測(cè)試圖像；
測(cè)試圖像的生成過(guò)程如圖I所示。將原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間轉(zhuǎn)換到xyY，然后再進(jìn)行亮度相關(guān)的圖像處理，好處是可以保證圖像處理過(guò)程中色度分量保持不變。步驟A2、利用階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法進(jìn)行視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)，找出至少一幅測(cè)試圖作為JND臨界圖像；
在進(jìn)行JND研究時(shí)，需要利用基于心理物理學(xué)方法的視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)確定JND臨界圖像，最常用的是階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法將測(cè)試圖與原圖同時(shí)并排顯示在屏幕上，由被試判定能否察覺(jué)測(cè)試圖與原圖亮度間的區(qū)別；每次在顯示器上同時(shí)顯示兩幅圖像，一幅為參考圖(即原圖)，另一幅為測(cè)試圖。根據(jù)二項(xiàng)迫選法的規(guī)定，被試需要在兩幅圖中選出其認(rèn)為哪幅圖較暗。起初，測(cè)試圖與參考圖間亮度差別很大，被試可以很容易將二者區(qū)分開，即正確回答哪幅圖較暗。如果被試回答正確，則下幅測(cè)試圖與參考圖間差別將被減小。被試一旦回答錯(cuò)誤，就增加測(cè)試圖與參考圖間的亮度差別。本具體實(shí)施方式
中采用以下實(shí)驗(yàn)方法每次在顯示器上同時(shí)顯示兩幅圖像，一幅為原始圖像，另一幅為測(cè)試圖，由被試在兩幅圖中選出其認(rèn)為哪幅圖較暗；如果被試選擇正確，則更換壓縮系數(shù)較小的測(cè)試圖；被試一旦選擇錯(cuò)誤，則更換壓縮系數(shù)較大的測(cè)試圖；重復(fù)上述過(guò)程；其中，實(shí)驗(yàn)起始變化步長(zhǎng)是8，經(jīng)過(guò)2個(gè)拐點(diǎn)后步長(zhǎng)減半為4,再經(jīng)過(guò)4個(gè)拐點(diǎn),步長(zhǎng)變?yōu)?,再經(jīng)過(guò)6個(gè)拐點(diǎn)后,變化步長(zhǎng)減為I ;當(dāng)步長(zhǎng)為I時(shí)的拐點(diǎn)總數(shù)達(dá)到6時(shí)停止；最后6個(gè)拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的測(cè)試圖即為JND臨界圖像。步驟A3、將原始圖像和JND臨界圖像分別劃分為大小為K*K個(gè)像素的圖像塊，然后分別選出原始圖像和JND臨界圖像中平均灰度最大的圖像塊；
由于被試僅需要觀察出原始圖像與測(cè)試圖像間有差別即可，在圖像處理過(guò)程中僅對(duì)Y分量進(jìn)行線性壓縮，也就是說(shuō)平均灰度最大的圖像塊其實(shí)際的亮度變化也最大，即被試較容易觀察出其差異。面對(duì)一個(gè)復(fù)雜的場(chǎng)景，人眼視覺(jué)系統(tǒng)依靠視網(wǎng)膜將場(chǎng)景的信息從光波轉(zhuǎn)換成大腦可以處理的神經(jīng)信號(hào)。視覺(jué)注意使得人眼視覺(jué)系統(tǒng)可以通過(guò)移動(dòng)在圖像上的關(guān)注點(diǎn)，多關(guān)注顯著位置、少關(guān)注不重要的區(qū)域來(lái)處理視覺(jué)輸入的優(yōu)先級(jí)。在視網(wǎng)膜中心的中央凹擁有高密度的對(duì)色彩敏感的錐狀細(xì)胞，因而有更好的空間和色飽和度分辨力。在人眼的外圍視覺(jué)中，也就是中央凹視角范圍外，看到的圖像是不清晰的。然而中央凹所能覆蓋的視角僅有大約2度。因此圖像塊的大小應(yīng)以人眼2度視角所覆蓋的面積為宜?？紤]到通用性，以圖像分辨率為620*700，屏幕分辨率為1280*1024來(lái)進(jìn)行計(jì)算。假定屏幕高度為H,寬度為W。觀測(cè)距離為L(zhǎng)=4*H。求2度視角所覆蓋的圖像的像素?cái)?shù)方法如下
如圖2所示，當(dāng)視角在屏幕上的寬度為D，觀測(cè)距離為L(zhǎng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的視角為
Cf = 2arctaji (^, , Γ)
￡! = 2*I*tan(^)
= D *1024///
=EH*1024 i H
=3·*1024*13η(ρ /180)
=143
因而，對(duì)應(yīng)于2度視角的像素?cái)?shù)大約為直徑為143個(gè)像素的圓形區(qū)域。為簡(jiǎn)便起見，本具體實(shí)施方式
中將圖像劃分為143*143個(gè)像素的圖像塊。步驟A4、根據(jù)顯示器的伽馬曲線，計(jì)算原始圖像和JND臨界圖像中平均灰度最大的圖像塊的平均灰度值所對(duì)應(yīng)的實(shí)際顯示亮度的差值，該差值的平均值即為該被試對(duì)該原始圖像亮度的JND值；
通過(guò)測(cè)試所使用顯示器的伽馬曲線，可以得到每一灰度值所對(duì)應(yīng)的在該顯示器上的實(shí)際顯示亮度。假設(shè)原始圖像中平均灰度最大的圖像塊的平均灰度(即圖像塊中所有像素灰度值的平均值)為Stl，對(duì)應(yīng)于顯示器上的實(shí)際顯示亮度為&，第i個(gè)JND臨界圖像(假設(shè)其個(gè)數(shù)為#)中平均灰度最大的圖像塊的平均灰度為，對(duì)應(yīng)于顯示器上的實(shí)際顯示亮度為4，則該被試對(duì)該原始圖像亮度的JND值Z可用下式表示
步驟A5、更換不同的原始圖像及被試，重復(fù)步驟A1-A4 ;將所有被試對(duì)不同原始圖像的亮度JND值進(jìn)行均值計(jì)算及方差分析確定圖像亮度的JND值。步驟B、按照以下方法測(cè)定圖像色度的JND值
步驟BI、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像
步驟B101、通過(guò)伽馬校正將原始圖像轉(zhuǎn)換至線性空間；
步驟B102、然后將線性轉(zhuǎn)換后的原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間和Lab空間轉(zhuǎn)換 到LCH空間；
步驟B103、在LCH空間中，保持其它分量不變，僅將分量C按照一組不同的改變量減小，所述分量C的一組不同的改變量在O. 2-1. 5范圍內(nèi)等間隔分布；
步驟B104、將C分量減小后的圖像由LCH空間轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到一組具有不 同色度分量的測(cè)試圖像；
測(cè)試圖像的生成過(guò)程如圖I所示。將原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間和Lab空間轉(zhuǎn)換到LCH空間，然后再進(jìn)行色度相關(guān)的圖像處理，好處是可以保證圖像處理過(guò)程中色度分量保持不變。本具體實(shí)施方式
中，對(duì)分量C的改變量為O. 2-1. 5，等間隔分布，間隔AC 為 O. I。步驟B2、利用階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法進(jìn)行視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)，找出至少一幅測(cè)試圖作為JND臨界圖像；詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方法與步驟A2中的方法類似，此處不再贅述；
步驟B3、計(jì)算原始圖像和JND臨界圖像中平均色度值的差值，該差值的平均值即為該被試對(duì)該原始圖像色度的JND值；
步驟B4、更換不同的原始圖像及被試，重復(fù)步驟B1-B3 ;將所有被試對(duì)不同原始圖像的色度JND值進(jìn)行均值計(jì)算及方差分析確定圖像色度的JND值。步驟C、按照以下方法測(cè)定圖像清晰度的JND值
步驟Cl、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像
步驟C101、通過(guò)伽馬校正將原始圖像轉(zhuǎn)換至線性空間；
步驟C102、然后將線性轉(zhuǎn)換后的原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間轉(zhuǎn)換到xyY空間； 步驟C103、在xyY空間中，保持其它分量不變，按照一組不同方差參數(shù)的高斯函 數(shù)僅對(duì)分量Y進(jìn)行卷積，所述一組方差參數(shù)在O. 1-0. 8之間等間隔分布；步驟C104、將卷積后的圖像由xyY空間轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到一組具有不同模糊 程度的測(cè)試圖像；
測(cè)試圖像的生成過(guò)程如圖I所示。步驟C2、利用階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法進(jìn)行視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)，找出至少一幅測(cè)試圖作為JND臨界圖像；
步驟C3、根據(jù)步驟C103的處理過(guò)程，找出對(duì)應(yīng)于JND臨界圖像的高斯卷積時(shí)的方差參數(shù)值，該值的平均值即為該被試對(duì)該原始圖像清晰度的JND值；
步驟C4、更換不同的原始圖像及被試，重復(fù)步驟C1-C3 ;將所有被試對(duì)不同原始圖像的清晰度JND值進(jìn)行均值計(jì)算及方差分析確定圖像清晰度的JND值。步驟D、根據(jù)如下關(guān)系模型評(píng)價(jià)失真圖像的主觀質(zhì)量
IQ = 4. 80—O. 26Xce—O. 06XBE —O. ISXbr5^Xcs-O. ISXcr5^Xcs-O. OBXbe5^Xce ，
式中，IQ為失真圖像的質(zhì)量得分，其值越大，表示圖像質(zhì)量越好；Xbk為失真圖像與原始圖像亮度差的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的圖像亮度JND值；Xcs為失真圖像與原始圖像色度差的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的圖像色度JND值A(chǔ)ai為Xck為對(duì)原始圖像高斯卷積以獲得失真圖像時(shí)選取的方差參數(shù)值所對(duì)應(yīng)圖像清晰度的JND值。上述關(guān)系模型可根據(jù)以下方法得到
步驟一、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像
方法I、按照步驟A的方法，將原始圖像的亮度改變2個(gè)JND的量；
方法2、按照步驟B的方法，將原始圖像的色度改變2個(gè)JND的量；
方法3、按照步驟C的方法，將原始圖像的清晰度改變2個(gè)JND的量；
方法4、按照步驟A的方法，將原始圖像的亮度改變I個(gè)JND的量，然后再按照步驟B的方法，將圖像的色度改變I個(gè)JND的量； 方法5、按照步驟B的方法，將原始圖像的色度改變I個(gè)JND的量，然后再按照步驟C的方法，將圖像的清晰度改變I個(gè)JND的量；
方法6、按照步驟C的方法，將原始圖像的清晰度改變I個(gè)JND的量，然后再按照步驟A的方法，將圖像的亮度改變I個(gè)JND的量；
步驟二、以原始圖像為參照，給每幅測(cè)試圖像打分；
步驟三、更換不同的圖像內(nèi)容和被試，重復(fù)步驟一、步驟二。步驟四、采用回歸分析及方差分析，研究圖像內(nèi)容、圖像屬性等因素的影響，可建立如下的主觀圖像質(zhì)量與圖像屬性的關(guān)系模型
IQ = 4. 80—O. 26Xce—O. 06XBE —O. ISXbr5^Xcs-O. ISXcr5^Xcs-O. OBXbe5^Xce ，
式中，IQ為失真圖像的質(zhì)量得分，其值越大，表示圖像質(zhì)量越好；Xbk為失真圖像與原始圖像亮度差的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的圖像亮度JND值；Xcs為失真圖像與原始圖像色度差的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的圖像色度JND值A(chǔ)ai為失真圖像對(duì)原始圖像高斯函數(shù)的方差參數(shù)值所對(duì)應(yīng)的圖像清晰度JND值。為了驗(yàn)證本發(fā)明方法，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)
采用Philips 19英寸的IXD監(jiān)視器，顯示器的白場(chǎng)被調(diào)整至D65，顯示屏峰值亮度為264 (^/^，暗場(chǎng)亮度為。^〗cd/m2。過(guò)程中觀測(cè)距離為4倍的屏幕高度，大約1.2m。測(cè)試房間環(huán)境光設(shè)置為屏前垂直方向20 lx，顯示屏后方照度大約為10-201X，接近家用電視的實(shí)際環(huán)境光設(shè)置。圖3為實(shí)驗(yàn)所使用的原始圖像，考慮到圖像內(nèi)容對(duì)圖像亮度的JND可能存在影響，所用圖像具有一定的代表性，既包括亮度分布不同的圖像，也包括膚色、植物、動(dòng)物等內(nèi)容。采用本發(fā)明方法進(jìn)行圖像亮度、色度和清晰度JND值的測(cè)定。圖4顯示了視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)的過(guò)程(圖中僅示出了變化步長(zhǎng)變?yōu)?之后的步長(zhǎng)變化情況)。參與實(shí)驗(yàn)的被試人數(shù)均為20，年齡介于2(Γ70歲之間，其中男性和女性各10人。分別測(cè)定每位被試的圖像亮度、色度和清晰度的JND值，結(jié)果如表I所示。
權(quán)利要求
1.一種基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，根據(jù)下式對(duì)失真圖像質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)價(jià) IQ = 4. 80—O. 26Xce—O. 06XBE —O. ISXbr5^Xcs-O. ISXcr5^Xcs-O. OBXbe5^Xce ， 式中，IQ為失真圖像的質(zhì)量得分，其值越大，表示圖像質(zhì)量越好；Xbk為失真圖像與原始圖像亮度差的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的圖像亮度JND值；Xcs為失真圖像與原始圖像色度差的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的圖像色度JND值A(chǔ)ai為對(duì)原始圖像高斯卷積以獲得失真圖像時(shí)選取的方差參數(shù)值所對(duì)應(yīng)的圖像清晰度JND值。
2.如權(quán)利要求I所述基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述圖像亮度JND值按照以下方法測(cè)定 步驟Al、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像 步驟A101、通過(guò)伽馬校正將原始圖像轉(zhuǎn)換至線性空間； 步驟A102、然后將線性轉(zhuǎn)換后的原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間轉(zhuǎn)換到xyY空間；步驟A103、在xyY空間中，保持其它分量不變，僅對(duì)分量Y按照一組不同的壓縮系數(shù)分別進(jìn)行線性壓縮，所述一組壓縮系數(shù)在O. 85-0. 99之間等間隔分布； 步驟A104、將線性壓縮后的圖像由xyY空間轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到一組具有不同壓縮系數(shù)的測(cè)試圖像； 步驟A2、利用階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法進(jìn)行視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)，找出至少一幅測(cè)試圖作為JND臨界圖像； 步驟A3、將原始圖像和JND臨界圖像分別劃分為大小為K*K個(gè)像素的圖像塊，然后分別選出原始圖像和JND臨界圖像中平均灰度最大的圖像塊； 步驟Α4、根據(jù)顯示器的伽馬曲線，計(jì)算原始圖像和JND臨界圖像中平均灰度最大的圖像塊的平均灰度值所對(duì)應(yīng)的實(shí)際顯示亮度的差值，該差值的平均值即為該被試對(duì)該原始圖像亮度的JND值； 步驟Α5、更換不同的原始圖像及被試，重復(fù)步驟A-D ;將所有被試對(duì)不同原始圖像的亮度JND值進(jìn)行均值計(jì)算及方差分析確定圖像亮度的JND值。
3.如權(quán)利要求2所述基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述K的取值為143。
4.如權(quán)利要求I所述基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述圖像色度JND值按照以下方法測(cè)定 步驟BI、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像 步驟Β101、通過(guò)伽馬校正將原始圖像轉(zhuǎn)換至線性空間； 步驟Β102、然后將線性轉(zhuǎn)換后的原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間和Lab空間轉(zhuǎn)換到LCH空間； 步驟Β103、在LCH空間中，保持其它分量不變，僅將分量C按照一組不同的改變量減小，所述分量C的一組不同的改變量在O. 2-1. 5范圍內(nèi)等間隔分布； 步驟Β104、將C分量減小后的圖像由LCH空間轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到一組具有不同色度分量的測(cè)試圖像； 步驟Β2、利用階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法進(jìn)行視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)，找出至少一幅測(cè)試圖作為JND臨界圖像；步驟B3、計(jì)算原始圖像和JND臨界圖像中平均色度值的差值，該差值的平均值即為該被試對(duì)該原始圖像色度的JND值； 步驟B4、更換不同的原始圖像及被試，重復(fù)步驟B1-B3 ;將所有被試對(duì)不同原始圖像的色度JND值進(jìn)行均值計(jì)算及方差分析確定圖像色度的JND值。
5.如權(quán)利要求4所述基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟B103中所述間隔為O. I。
6.如權(quán)利要求I所述基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述圖像清晰度JND值按照以下方法測(cè)定 步驟Cl、按照以下方法對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到測(cè)試圖像 步驟C101、通過(guò)伽馬校正將原始圖像轉(zhuǎn)換至線性空間； 步驟C102、然后將線性轉(zhuǎn)換后的原始圖像由RGB空間經(jīng)XYZ空間轉(zhuǎn)換到xyY空間； 步驟C103、在xyY空間中，保持其它分量不變，按照一組不同方差參數(shù)的高斯函數(shù)僅對(duì)分量Y進(jìn)行卷積，所述一組方差參數(shù)在O. 1-0. 8之間等間隔分布； 步驟C104、將卷積后的圖像由xyY空間轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到一組具有不同模糊程度的測(cè)試圖像； 步驟C2、利用階梯法結(jié)合二項(xiàng)迫選法進(jìn)行視覺(jué)感知實(shí)驗(yàn)，找出至少一幅測(cè)試圖作為JND臨界圖像； 步驟C3、根據(jù)步驟C103的處理過(guò)程，找出對(duì)應(yīng)于JND臨界圖像的高斯卷積時(shí)的方差參數(shù)值，該值的平均值即為該被試對(duì)該原始圖像清晰度的JND值； 步驟C4、更換不同的原始圖像及被試，重復(fù)步驟C1-C3;將所有被試對(duì)不同原始圖像的清晰度JND值進(jìn)行均值計(jì)算及方差分析確定圖像清晰度的JND值。
7.如權(quán)利要求6所述基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟C103中所述間隔為O. I。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于視覺(jué)特性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明首先將原始圖像分別轉(zhuǎn)換到xyY空間或者LCH空間，對(duì)分量Y或者分量C進(jìn)行處理，得到一組測(cè)試圖像；然后找出至少一幅JND臨界圖像；接著計(jì)算原始圖像和JND臨界圖像中亮度、色度、高斯函數(shù)方差參數(shù)的差值，該差值的平均值即分別為該被試對(duì)該原始圖像亮度、色度、清晰度的JND值；然后對(duì)不同被試對(duì)不同原始圖像的JND值進(jìn)行均值計(jì)算確定最終的JND值。分別以JND為單位不同程度地改變圖像的不同屬性，采用視覺(jué)感知試驗(yàn)測(cè)定主觀圖像質(zhì)量，再采用回歸分析建立圖像質(zhì)量與圖像屬性的關(guān)系模型，并根據(jù)方差分析研究圖像不同屬性的影響。本發(fā)明可定量評(píng)價(jià)改進(jìn)顯示器參數(shù)時(shí)人眼所能察覺(jué)的對(duì)圖像質(zhì)量的影響。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102629379SQ20121005240
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者曹寧, 秦少玲 申請(qǐng)人:河海大學(xué)