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基于视觉感知的图像质量评价方法研究

作　者: 张桦
导　师: 陈耀武
学　校: 浙江大学
专　业: 电子信息技术及仪器
关键词: 图像质量评价方法客观质量视觉感知视觉注意焦点结构相似度水印块效应失真模糊和振铃效应失真
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

图像质量评价方法是指通过设计数学模型,对图像进行智能分析,并按照设计的质量尺度进行自动评分的客观评价方法。根据对原始图像的依赖程度,图像质量评价方法可分为全参考型、部分参考型和无参考型三种类型。图像质量评价方法是分析图像压缩和处理效果、反馈图像传输质量的关键技术,是多媒体系统中不可或缺的重要组成部分。同时,由于图像是视频的基本单位,视频是图像在时间域上的连续序列。因此,对图像质量评价方法的研究也是视频质量评价方法研究的重要基础。传统的依靠人工观察的主观方法对图像进行质量评价不但费时费力,而且评价的结果受到评价环境、评价人员工作背景等因素的影响,无法客观反映图像的质量。因此开发能准确反映人对图像的主观感受,并且能在多媒体系统中广泛应用的图像质量评价方法,成为当前国际性的研究热点。人类视觉系统(HVS)是人获取图像信息的唯一手段。心理物理学研究表明,HVS对图像的感知是有选择性的,不同的区域具有不同的视觉显著性。然而,已有的图像质量评价方法并未充分考虑HVS对图像感知的多样性。因此,研究基于视觉感知的图像质量评价方法,进一步提高图像质量评价的准确性,具有重要的理论意义和应用价值。本文正是在这样的背景下,展开了基于视觉感知的全参考型、部分参考型和无参考型图像质量评价方法的研究,并在此研究基础上开展了视频质量评价方法的讨论。第一章绪论部分首先阐述了选题的意义,然后综述了国内外研究现状并作了相应的总结,最后介绍了本课题的主要研究内容和论文结构。第二章对全参考型图像质量评价方法进行研究,提出了一种基于视觉感知的结构相似度图像质量评价方法。该方法首先利用空间域视觉特征生成视觉感知图,并通过计算块结构相似度生成失真感知图。然后根据视觉感知图和失真感知图分别确定视觉特征显著区域和失真严重区域,并进一步考虑了由视觉特征显著或失真严重引起的视觉注意焦点转移对视觉感知的影响,生成视觉注意焦点转移后的视觉感知图。最后利用视觉感知图和视觉注意焦点转移后的视觉感知图对块结构相似度进行加权,获得图像的客观质量。第三章对部分参考型图像质量评价方法进行研究,提出了一种基于小波域水印的部分参考型图像质量评价方法。该方法利用掩盖效应这一视觉感知特性生成水印嵌入指示图,确定合适的水印嵌入位置,并且设计量化参数自动调节系统,确定合适的水印嵌入强度。同时利用子带图像受损时敏感程度不一样的特点,选择在合适的子带内嵌入水印,并通过提取水印恢复率获得图像的客观质量。第四章对无参考型图像质量评价方法进行研究,提出了一种基于视觉感知的无参考型图像块效应评价方法和一种基于正交最小二乘法径向基函数(OLS-RBF)的无参考型图像模糊和振铃效应评价方法。该块效应评价方法利用空间域视觉特征生成视觉感知图,对块效应失真和块平坦度进行加权,获得图像的客观质量。该模糊和振铃效应评价方法利用结构纹理区域内的边缘特征和图像主观质量训练基于OLS-RBF的网络,得到无参考型图像客观质量评价模型。第五章在对图像质量评价方法的研究基础上,展开对视频质量评价方法的研究,提出了一种全参考型视频质量评价方法。该方法首先设计基于视觉感知的视觉注意模型生成视觉感知图和失真感知图。然后根据失真感知图确定失真严重区域,并进一步考虑了由失真严重引起的视觉注意焦点转移对视觉感知的影响,生成视觉注意焦点转移后的视觉感知图。再利用该视觉感知图对结构相似度进行帧内质量加权,获得单帧视频图像的客观质量。最后模拟突发性严重失真对序列质量的影响,设计帧质量贡献度曲线,对单帧视频图像进行帧间质量加权,获得视频序列的整体客观质量。第六章总结了本论文的研究成果和创新点,并提出了进一步研究的方向和任务。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-12
第一章绪论  12-38
  1.1 选题的意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-33
    1.2.1 视觉感知特性  14-17
    1.2.2 图像主观质量评价  17-24
    1.2.3 图像客观质量评价  24-33
  1.3 主要研究内容和论文结构  33-38
    1.3.1 主要研究内容  33-35
    1.3.2 论文结构  35-38
第二章基于视觉感知的全参考型图像质量评价方法  38-52
  2.1 结构相似度图像质量评价方法  39
  2.2 基于视觉感知的结构相似度图像质量评价方法  39-46
    2.2.1 视觉感知图  40-43
    2.2.2 失真感知图  43-44
    2.2.3 视觉注意焦点的转移  44-45
    2.2.4 图像客观质量评价  45-46
  2.3 实验及其结果分析  46-51
    2.3.1 视觉感知图计算结果  46-47
    2.3.2 图像客观质量评价结果比较  47-51
  2.4 本章小结  51-52
第三章基于水印的部分参考型图像质量评价方法  52-68
  3.1 基于小波域水印的图像质量评价方法  53-60
    3.1.1 基于视觉感知的水印嵌入指示图  54-55
    3.1.2 水印的嵌入与提取  55-56
    3.1.3 量化参数自动调节系统  56-60
    3.1.4 图像客观质量评价  60
  3.2 实验及其结果分析  60-66
    3.2.1 水印嵌入指示图计算结果  61
    3.2.2 水印嵌入结果  61-64
    3.2.3 图像客观质量评价结果比较  64-66
  3.3 本章小结  66-68
第四章无参考型图像质量评价方法  68-88
  4.1 基于视觉感知的图像块效应评价方法  69-77
    4.1.1 视觉感知图  70
    4.1.2 块效应失真  70-72
    4.1.3 块平坦度  72-73
    4.1.4 图像客观质量评价  73
    4.1.5 实验及其结果分析  73-77
  4.2 基于OLS-RBF的图像模糊和振铃效应评价方法  77-87
    4.2.1 基于视觉感知的特征提取  78-81
    4.2.2 OLS-RBF质量评价模型  81-82
    4.2.3 实验及其结果分析  82-87
  4.3 本章小结  87-88
第五章视频质量评价方法  88-118
  5.1 基于视觉感知的视觉注意模型  89-104
    5.1.1 视觉注意模型框架  90-91
    5.1.2 视觉感知图  91-95
    5.1.3 失真感知图  95-96
    5.1.4 视觉注意焦点的提取  96-98
    5.1.5 实验及其结果分析  98-104
  5.2 基于视觉注意模型的结构相似度视频质量评价方法  104-115
    5.2.1 视频帧内质量加权  104-106
    5.2.2 视频帧间质量加权  106-107
    5.2.3 实验及其结果分析  107-115
  5.3 本章小结  115-118
第六章结论和展望  118-122
  6.1 结论  118-119
  6.2 展望  119-122
参考文献  122-134
攻读博士学位期间的主要研究成果  134-135

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