孫昕

摘 要

對于圖像質量的評價一般分為客觀和主觀兩種。主觀評價法以人對圖像的主觀印象為標準，目前HVS模型在被廣泛應用在圖像質量評價領域，而該模型中的掩蓋效應更是被許多學者關注。本文則主要圍繞掩蓋效應與空間相似性來提出一種圖像質量評價方法。

【關鍵詞】掩蓋效應 圖像質量 空間相似性

現(xiàn)在人們知道在進行圖像的采集傳輸存儲等過程中不可避免的會出現(xiàn)圖像的質量下降和失真的情況，而這對人們在生活還是研究上都會帶來一定的困擾。所以對于圖像質量的評價系統(tǒng)也就應運而生。目前由于人類視覺系統(tǒng)HVS在該方面的良好特性，作為該模型重點的掩蓋效應更是知道重點研究，本文將其和空間相似性結合來做圖像質量評價。

1 視覺感知和多通道分解

1.1 視覺感知

對于視覺感知來說，人眼對視覺的感知并不與進入人眼光線的強度成正比，而是非線性的一種感知。在實踐過程中，當物體剛剛有微弱的光時，人是看不到的，而當光的強度逐漸增加時人才慢慢看到，同時可以感受到光在逐漸增加，但是當光強到一定程度時，人又無法分辨出光強的大小。

1.2 多通道分解

在實踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)對于入射到人眼中的圖像，它會按照不同的頻率而分成不同的模塊，而人眼也會因為頻率不同，對其的感知能力也會不同。一般來說，人對圖像中頻率比較高的信息和低的信息的感受都不是很敏感，而往往是中間段的信息感受的更加真切，敏銳，這也是為什么中頻段構成了視覺中的主畫面。按照這個原理我們可以構建相應的數(shù)學模型來模擬這一過程。

2 掩蓋效應的定義

對于HVS（Human Visual System）模型來說，它一般有視覺感知，多通道分解和掩蓋效應三個部分。在我們進行圖像的數(shù)字處理時，對于掩蓋效應是我們必須要重視和研究的。通常來說掩蓋效應就是指，某個信號的存在會致使人眼對另外的某些信號無法察覺或者不容易察覺，也就是該信號將其他一些信號掩蓋住了。通常我們還可以根據(jù)掩蓋發(fā)生的時間和位置，將其分為空間域掩蓋效應和時間域掩蓋效應。

3 空間相似性

對于空間的相似性來說，一般有結構相似和形態(tài)相似兩種。其中形態(tài)相似是一般是指細節(jié)等局部地方的相似，在對于形態(tài)相似這方面的分析上，我們一般可以又有參數(shù)分析和和契合度分析兩種方法。下面將就空間相似性中一些重要的參數(shù)做闡述：

3.1 空間相關性

對于空間相關性來說，顧名思義就是指圖像信息在空間上的相關度。假設存在圖像X和圖像Y，為了求其相關性，一般我們會先求出各種圖像信息的方差即DX和DY，然后再計算兩個圖像之間的協(xié)方差即cov（X，Y）。然后再以如下公式計算對其相關性進行度量：

3.2 角度相似性

假設在某個空間內存在圖像X和圖像Y，利用空間幾何的知識來計算其余弦夾角，則其計算公式為：

從上式中我們可以知道，如果要圖像在空間角度上的相似度越高，就必須S（X，Y）的值越大，而這也就要求兩個圖像X和Y之間更加相似。通過實踐經驗來說，一般圖像在空間上的相似性來說，極大程度上取決于角度相似性和空間相關性，只要這兩個的相關性越好，那么圖像的質量，失真及相關性也就越好。

4 基于掩蓋效應空間相似性的圖像質量評價方法

4.1 數(shù)學模型

本文這次需要闡述的對圖像進行質量評價的一種方法，該方法按照將采集到的圖像與標準圖像進行對比來求出之間的差別，再計算出無關分量，然后通過設定掩蓋閾值來計算可以感知到的最小亮度的變化，最后計算圖像的失真度并帶入?yún)?shù)反復計算。一般在進行計算時的步驟如下：

（1）假設已經知道圖像s0為標準的，圖像s1為采集得到的，然后通過將兩個圖像進行相減來得到其誤差圖像se=s1-s0，然后我們再利用式，（μ為圖像的背景均值），就可以知道和。

（2）對這些參數(shù)進行分解，我們就知道了，相關分量及無關分量，可以表示為

，，

且。

（3）通過下式來計算掩蓋閾值CT（i，j）：

（3）

（4）通過下式來計算當掩蓋效應出現(xiàn)后人眼可以感知到的最小亮度變化△Lmin：

（4）

（5）計算出的圖像誤差值與標準圖像的失真度sd（i，j）：

（5）

（6）最后計算圖像評價中常用的參數(shù)SPSNR和SMSE：

（6）

（7）

4.2 實驗結果

本次實驗為了能夠更好的驗證本文提出的算法的效果，除了用本文所述方法做了圖像質量評價以外，還采用了兩種傳統(tǒng)的評價算法來對圖像進行質量評價。在本次實驗中選取了一組空間夾角分別：0°，30°，60°，90°的圖片來進行實驗，以下為其實驗效果：傳統(tǒng)客觀法均方差分別為：12.23%，15.24%，17.44%，15.64%，信噪比分別為：26.33dB，26.31dB，24.37dB，27.41 dB；空間相似性法均方差分別為：1.37%，6.3%，8.34%，10.24%，信噪比分別為：122.33dB，36.51dB，27.87dB，30.41dB；本文方法均方差分別為：0.31%，3.13%，5.31%，6.24%，信噪比分別為：321.33dB，65.51dB，39.87dB，37.41dB；從上面的實驗結果中我們可以發(fā)現(xiàn)，采集到的圖像信號是會隨著夾角度的改變而發(fā)生改變的，這給我們人的主觀感受也不一樣，一般來說，其角度相差越大給人的感受就越差。通過上面的均方差和信噪比的值我們可以知道，本文提出的圖像質量評價方法與傳統(tǒng)方法比較具有非常大的優(yōu)勢，無論均方差還是信噪比都具有較大改善，極大的增強了人眼的感官能力。

5 總結

總的來說，本文在此針對圖像質量評價提出了一種新的方法，依托掩蓋效應和空間相似性來建立相關的數(shù)學模型從而得出計算結果，并且還給出了兩種傳統(tǒng)的圖像質量評價方法的實驗結果，在對這些結果進行對比后，我們發(fā)現(xiàn)本文的圖像質量評價方法要更加好點。

參考文獻

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作者單位

同濟大學 上海市 200000