一種考慮梯度方向差異的全參考圖像質量評價方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像質量評價的技術領域，特別是涉及一種考慮梯度方向差異的全參 考圖像質量評價方法。
【背景技術】
[0002] 圖像質量評價在很多圖像處理領域都有重要的應用。目前圖像質量評價方法主要 分為主觀評價與客觀評價兩類。主觀評價是由一組人類觀察者在一定的環(huán)境與設備條件 下，通過對失真圖像進行主觀評分，最后再通過統(tǒng)計的方法獲得圖像的質量指標。由于大多 數(shù)圖像處理系統(tǒng)的最終接收者是人，因此主觀評價最為準確；但是主觀評價方法流程復雜， 耗時耗力，最為重要的是無法對圖像質量進行實時的評價和監(jiān)測，很難應用于圖像處理系 統(tǒng)中指導參數(shù)調整。反之，客觀評價首先提取圖像特征并通過計算模型來得到質量指標，可 實現(xiàn)自動的質量評價，并易于應用到實時圖像處理系統(tǒng)中?？陀^質量評價方法根據(jù)參考圖 像的可用或利用情況大體上可分為三類，即全參考、減少參考及無參考質量評價。全參考質 量評價針對參考圖像全部信息可用的情況；減少參考質量評價針對參考圖像只有部分信息 或特征可用的情況；而無參考質量評價針對參考圖像完全不可用的情況，如視頻通信系統(tǒng) 中接收端的質量監(jiān)測。
[0003] 目前全參考圖像質量評價中應用最多的仍是均方誤差（MSE)或峰值信噪比 (PSNR)。MSE或PSNR通過統(tǒng)計參考圖像與失真圖像在每一像素位置上平均意義的亮度平均 誤差，計算簡單，且具有明確的物理意義，但沒有考慮人類視覺系統(tǒng)（HVS)對圖像質量的感 知特性，與人眼主觀評價不完全一致。之后有學者對HVS特性進行建模，嘗試用數(shù)學模型反 映HVS對圖像的感知特性，并對圖像進行頻域分解，通過測量視覺誤差得到整體評價質量。 這類基于HVS的質量評價方法效果較好，但由于目前對HVS完整機理研宄還不夠完全，這類 方法還存在諸多限制，而且計算復雜度通常較高，限制了其實際應用。
[0004] 為了在質量評價性能與計算復雜度之間達到較好平衡，有學者嘗試通過提取人眼 敏感的圖像低層特征，并通過比較參考圖像與失真圖像的低層特征的差異程度來評價圖像 質量。由于邊界或梯度信息是圖像重要的低層特征，也是人眼理解圖像內容的重要依據(jù)，因 此常作為圖像質量評價的特征。但目前評價算法大多僅利用了梯度的強度信息，很少考慮 梯度方向信息的差異，而失真會同時使梯度的強度和方向發(fā)生變化。而本發(fā)明能夠很好地 解決上面的問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種考慮梯度方向差異的全參考圖像質量評價方法，該方法 在進行圖像質量評價時，不僅利用了梯度強度信息的差異，而且也有效地利用了梯度方向 信息的差異，因此具有更好的質量評價性能，而且該方法計算簡單，復雜度很低，適合大批 量的自動圖像質量評價。
[0006] 方法流程：
[0007] 步驟1 :輸入?yún)⒖紙D像與待評價的失真圖像；
[0008] 步驟2 :將參考圖像與失真圖像進行灰度化處理，只保留亮度信息進行后續(xù)的圖 像質量分析，舍去彩色信息；
[0009] 步驟3 :對參考圖像與失真圖像的亮度分量進行2維平均低通濾波，2維平均低通 濾波器定義如下：
[0010]
【主權項】
1. 一種考慮梯度方向差異的全參考圖像質量評價方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1:輸入?yún)⒖紙D像與失真圖像； 步驟2 :將參考圖像與失真圖像進行灰度化處理，只保留亮度信息進行后續(xù)的圖像質 量分析，舍去彩色信息； 步驟3 :對參考圖像與失真圖像的亮度分量進行2維平均低通濾波，2維平均低通濾波 器定義如下：
對低通濾波后的圖像寬度與高度都進行1/2的空間下采樣，得到寬高均為原圖像尺寸 一半的對應參考圖像R與對應失真圖像D; 步驟4 :對上述步驟3得到的下采樣后的參考圖像R與失真圖像D使用Prewitt梯度算 子計算每一像素位置在水平、垂直、主對角線、次對角線共四個方向上的梯度強度，Prewitt 梯度算子在水平、垂直、主對角線、次對角線四個方向上的卷積核定義如下：
設參考圖像與失真圖像經(jīng)Prewitt梯度算子卷積后得到的四個方向的梯度強度圖分 別表示為Rh、Rv、Rd、Rs以及Dh、Dv、Dd、Ds，即有如下定義；
其中?表示二維卷積操作； 步驟5:計算參考圖像與失真圖像每一像素位置分別在四個方向上的梯度差異，計算 公式如下：
其中巧人/te!/?,e彳/;，^/，4 '分別表示參考圖像R與失真圖像D在某個方 向上像素位置為（i，j)的梯度強度，則表示參考圖像R與失真圖像D在某 個特定方向上像素位置為（i，j)的梯度強度差異； 步驟6 :統(tǒng)計參考圖像R與失真圖像D每一像素位置在四個方向上梯度強度差異的最 大值，公式如下：
步驟7 :通過計算參考圖像R與失真圖像D所有像素位置梯度強度差異最大值的算術 平均來評價整體圖像質量，計算公式如下：
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2. 根據(jù)權利要求1所述的一種考慮梯度方向差異的全參考圖像質量評價方法，其特征 在于，所述方法的步驟4使用Prewitt梯度算子分別計算參考圖像與失真圖像在水平、垂 直、主對角線、次對角線四個方向的梯度強度圖，相比之前圖像質量評價時的梯度信息提取 的主要改進是：考慮到真實圖像內容或邊界的復雜性，提取了四個方向的梯度強度信息，而 之前大多數(shù)質量評價方法只計算水平與垂直兩個方向的梯度。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種考慮梯度方向差異的全參考圖像質量評價方法，其特征 在于，所述方法的步驟5計算參考圖像與失真圖像每一像素位置分別在水平、垂直、主對角 線、次對角線四個方向上的梯度強度差異，相比大多數(shù)已有模型的改進在于：對參考圖像與 失真圖像每一位置像素分別比較了四個方向上的梯度強度差異，更多地利用了梯度方向信 息。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種考慮梯度方向差異的全參考圖像質量評價方法，其特征 在于，所述方法的步驟6統(tǒng)計參考圖像R與失真圖像D每一像素位置在四個方向上梯度強 度差異的最大值。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種考慮梯度方向差異的全參考圖像質量評價方法，其特征 在于，所述方法的步驟7通過計算所有像素位置梯度強度差異最大值的算術平均來評價整 體圖像質量；相比大多數(shù)已有模型的改進在于：不僅利用了梯度強度信息，也有效利用了 梯度方向信息進行全參考的圖像質量評價，評價效果更好。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種考慮梯度方向差異的全參考圖像質量評價方法，其特征 在于，所述方法應用于圖像質量評價。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮梯度方向差異的全參考圖像質量評價方法，該方法首先對參考圖像與失真圖像進行灰度化處理得到亮度分量，舍去彩色信息；對亮度分量進行2維平均低通濾波，寬高都進行1/2的空間下采樣，得到寬高均為原圖像尺寸一半的對應圖像；使用Prewitt梯度算子計算下采樣后的參考圖像與失真圖像每一像素位置在水平、垂直、主對角線、次對角線共四個方向上的梯度強度；計算每一像素位置上參考圖像與失真圖像在四個方向上的梯度強度差異，并統(tǒng)計得到每一像素位置四個方向上梯度強度差異的最大值；最后利用所有像素位置梯度強度差異最大值的統(tǒng)計平均來評價整體圖像質量。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104574363
【申請?zhí)枴緾N201410766714
【發(fā)明人】崔子冠, 干宗良, 唐貴進, 劉峰, 朱秀昌
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月12日