专利名称：一种基于人眼视觉特性的图像质量客观评价方法
技术领域：
本发明涉及一种图像质量评价方法，尤其是涉及一种基于人眼视觉特性的图像质 量客观评价方法。
背景技术：
图像质量是关系到图像处理性能的一个重要指标，因此图像质量评价方法研究是 该领域的重要研究内容。由于图像的最终接受者是人，所以在评价图像质量时要充分考虑 人眼视觉特性。传统的评价方法如PSNR等指标由于其计算复杂度低、数学意义清晰，在图 像处理与编码等技术中得到了广泛应用。但传统的评价方法是基于像素误差统计的评价方 法，没有充分地考虑像素间的相关性和人眼视觉特性，不能很好地反映人对图像的主观感 受。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于人眼视觉特性的图像质量客观评价 方法，考虑失真图像梯度相位信息改变对其质量的影响，结合梯度幅值信息与人眼视觉特 性，从而提高客观质量评价结果与人眼主观感知的相关性。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种基于人眼视觉特性的图像质 量客观评价方法，其特征在于包括以下步骤①令{I。(i，j)}表示尺寸为WXH的参考图像，{Id(i，j)}表示尺寸为WXH的失真 图像，0 < i彡W，0 < j彡H ；计算参考图像中坐标位置为(i，j)的各个像素的亮度非线性
2-ΙΛΙΑ^ 若/(/，/> >128 敏感度 L(i，j)，Z(/,_/+)= τ 128；
i^dl^ 若/(/,_/+)《128
128^ 八②利用梯度算子计算参考图像的水平梯度图像{Gx。(i，j)}和垂直梯度图像{Gy 。(i，j)}，其中，Gx。(i，j)表示参考图像中坐标位置为(i，j)的像素I。(i，j)的水平梯度， Gy。(i，j)表示参考图像中坐标位置为(i，j)的像素I。(i，j)的垂直梯度；计算参考图像中
.、0.5χG0(/,j)
坐标位置为(i，j)的各个像素的视觉频率值f(i，j)，/(W) = ^(j Α r (j ,+、，其中，
cj^max (^7) "cj^mm (^7)
G0(i，j) = |GX—。(i，j) | + |Gy—。(i，j) |，G。—max(i，j) =max{G0(i, j) |0 < i ^ff,0 < j ^ H}和 Gojlin(i, j) = min{G。(i，j) |0 < i彡W，0 < j彡H}；计算参考图像中坐标位置为(i，j)的 各个像素的 CSF 频率响应值 A (i，j)，A(i,j) = 2.6 χ (0.0192 + 0.114 χ f(i,j)) χ ,.“咖))1.1 ；③根据参考图像像素(i，j)的梯度方向和幅值对参考图像进行量化编码，量化编 码的具体方式如下当 Gx。(i，j) > 0 并且 Gy。(i，j) > 0 并且 |GX。(i，j) I > |Gy。(i，j) 时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为0000，记为相位1区；当Gx。(i，j) > 0并且 Gy。(i，j) > ο并且IGx。(i，j) ι ( IGy。(i，j) ι时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为1000，记为相位2区；当Gx。(i，j) <0并且、。(1，力>0并且|、。(1，」)|彡|Gy。(i， j) I时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为1100，记为相位3区；当Gx。(i，j) <0并 且Gy。(i，j) >0并且|Gx。(i，j) I > |Gy—。(i，j) I时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编 码为1110，记为相位4区；当Gx。(i，j) <0并且、。(1，力<0并且|、。(1，」)| > |Gy。(i， j)时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为1111，记为相位5区；当Gx。(i，j) <0并 且Gy。(i，j) < ο并且|gx。(i，j) I彡|Gy。(i，j) I时，则参考图像像素(i，j)的相位量化 编码为 0111，记为相位 6 区；当 Gx。(i，j) >0 并且 Gy。(i，j) <0 并且 |Gx。(i，j)| ( |Gy 。(i，j)|时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为0011，记为相位7区；当Gx。(i，j) > ο并且Gy。(i，j) < ο并且IGx。(i，j) ι > IGy。(i，j) ι时，则参考图像像素(i，j)的相位量 化编码为0001，记为相位8区；这里符号I · j表示取绝对值；④利用梯度算子计算失真图像的水平梯度图像{Gxd(i，j)}和垂直梯度图像{Gy 力，川，其中义力，力表示失真图像中坐标位置为(i，j)的像素Id(i，j)的水平梯度，Gy d(i，j)表示失真图像中坐标位置为(i，j)的像素Id(i，j)的垂直梯度，然后根据失真图像 像素(i，j)的梯度方向和幅值对失真图像进行量化编码，量化编码的具体方式如下当Gx d(i，j) >0 并且 Gyd(i，j) >0 并且 |Gxd(i，j)| > |Gy—d(i，j)时，则失真图像像素(i，j) 的相位量化编码为0000，记为相位1区；当Gx d(i，j) >0并且Gyd(i，j) >0并且|Gxd(i， j) I彡|Gy d(i，j) I时，则失真图像像素(i，j)的相位量化编码为1000，记为相位2区；当 Gxd(i, j) <0 并且 Gyd(i，j) >0 并且 d(i，j) ( |Gy—d(i，j)时，则失真图像像素(i， j)的相位量化编码为1100，记为相位3区；当Gx d(i，j) < 0并且Gy d(i，j) > 0并且|GX d(i, j) I > |Gy d(i，j) I时，则失真图像像素(i，j)的相位量化编码为1110，记为相位4区； 当 Gx d(i，j) <0并且、(1(1，j) <0 并且 |(ix d(i，j) I > |Gy d(i，j) I 时，则失真图像像素 (i，j)的相位量化编码为1111，记为相位5区；当Gx d(i，j) <0并且6,力，j) <0并且 |Gx d(i，j) I彡|Gy d(i，j) I时，则失真图像像素(i，j)的相位量化编码为0111，记为相位6 区；当 Gxd(i，j) >0 并且 Gyd(i，j) <0 并且 |Gxd(i，j) I ( |Gyd(i，j)| 时，则失真图像像 素(i，j)的相位量化编码为0011，记为相位7区；当Gx d(i，j) >0并且Gyd(i，j) <0并 且|GX d(i，j) ι > |Gy d(i，j) ι时，则失真图像像素(i，j)的相位量化编码为0001，记为相 位8区；⑤计算参考图像和失真图像的各个像素的的汉明距离HD(i，j)， HD(iJ) = C0(iJ) Cd(iJ) C0(i, j)为参考图像坐标位置为(i，j)的像素的相位量 化编码，Cd(i, j)为失真图像坐标位置为(i，j)的像素的相位量化编码，符号Θ表示异或；⑥对失真图像进行客观质量评价，其最终评分IQA表示为
权利要求
1. 一种基于人眼视觉特性的图像质量客观评价方法，其特征在于包括以下步骤①令U。(i，j)}表示尺寸为WXH的参考图像，{Id(i，j)}表示尺寸为WXH的失真图 像，0 < i < W，0 < j < H ；计算参考图像中坐标位置为(i，j)的各个像素的亮度非线性敏I1JhA,若/。(/，/) >128 感度 L(i，j)，Za_/+)= τ 128；若/。(/,_/+)《128 128 °、，JJ②利用梯度算子计算参考图像的水平梯度图像{Gx。(i，j)}和垂直梯度图像{Gy。(i， j)}，其中，Gx。(i，j)表示参考图像中坐标位置为(i，j)的像素I。(i，j)的水平梯度，Gy。(i， j)表示参考图像中坐标位置为(i，j)的像素I。(i，j)的垂直梯度；计算参考图像中坐t示位.、0.5 χG0(ZJ)置为(i，j)的各个像素的视觉频率值f(i，}) J(^J) = T;T-TjT;^，其中，G。(i，tVmax <Λ J) - ^Jo mm Kh J)j) = |GX—。(i，j)| + |Gy—。(i，j) Gojiax(i, j) = max{G0(i, j) | 0 < i 彡 W，0 < j 彡 H}和 G0 min(i，j) =min{G0(i, j) 0 < i ^ff,0 < j彡H}；计算参考图像中坐标位置为(i，j)的各 个像素的 CSF 频率响应值 A(i，7) = 2.6 χ (0.0192+ 0.114 χ /(/,/)) χ ^°114^1 ；③根据参考图像像素(i，j)的梯度方向和幅值对参考图像进行量化编码，量化编码的 具体方式如下当 Gx。(i，j) >0并且、。(士，j) >0 并且 |GX。(i，j) > Gy—。(i，j)时， 则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为0000，记为相位1区；当Gx。(i，j) > 0并且Gy 。(i，j) > 0并且IGx。(i，j) ι彡IGy。(i，j) ι时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为 1000，记为相位 2 区；当 Gx。(i，j) <0并且、。(士，」)>0并且|6!￡。(士，」)| 彡 |Gy。(i，j) 时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为1100，记为相位3区；当Gx。(i，j) < 0并且 Gy。(i，j) > ο并且IGx。(i，j) ι > IGy。(i，j) ι时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码 为 1110，记为相位 4 区；当 Gx。(i，j) <0并且、。(1，j) <0 并且 |GX。(i，j) I > |Gy。(i， j)时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为1111，记为相位5区；当Gx。(i，j) <0并 且Gy。(i，j) < ο并且IGx。(i，j) ι彡IGy。(i，j) ι时，则参考图像像素(i，j)的相位量化 编码为 0111，记为相位 6 区；当 Gx。(i，j) >0 并且 Gy。(i，j) <0 并且 |Gx。(i，j)| ( |Gy 。(i，j)|时，则参考图像像素(i，j)的相位量化编码为0011，记为相位7区；当Gx。(i，j) > ο并且Gy。(i，j) < ο并且IGx。(i，j) ι > IGy。(i，j) ι时，则参考图像像素(i，j)的相位量 化编码为0001，记为相位8区；这里符号I · j表示取绝对值；④利用梯度算子计算失真图像的水平梯度图像{Gxd(i，j)}和垂直梯度图像{Gyd(i， j)}，其中，Gx d(i，j)表示失真图像中坐标位置为(i，j)的像素Id(i，j)的水平梯度，Gy d(i，j)表示失真图像中坐标位置为(i，j)的像素Id(i，j)的垂直梯度，然后根据失真图像 像素(i，j)的梯度方向和幅值对失真图像进行量化编码，量化编码的具体方式如下当Gx d(i，j) >0 并且 Gyd(i，j) >0 并且 |Gxd(i，j)| > |Gy—d(i，j)时，则失真图像像素(i，j) 的相位量化编码为0000，记为相位1区；当Gx d(i，j) >0并且Gyd(i，j) >0并且|Gxd(i， j) I彡|Gy d(i，j) I时，则失真图像像素(i，j)的相位量化编码为1000，记为相位2区；当 Gxd(i, j) <0 并且 Gyd(i，j) >0 并且 d(i，j) ( |Gy—d(i，j)时，则失真图像像素(i， j)的相位量化编码为1100，记为相位3区；当Gx d(i，j) < 0并且Gy d(i，j) > 0并且|GX d(i, j) I > |Gy d(i，j) I时，则失真图像像素(i，j)的相位量化编码为1110，记为相位4区；当 Gx d(i，j) <0并且、(1(1，j) <0 并且 |(ix d(i，j) I > |Gy d(i，j) I 时，则失真图像像素 (i，j)的相位量化编码为1111，记为相位5区；当Gx d(i，j) <0并且6,力，j) <0并且 |Gx d(i，j) I彡|Gy d(i，j) I时，则失真图像像素(i，j)的相位量化编码为0111，记为相位6 区；当 Gxd(i，j) >0 并且 Gyd(i，j) <0 并且 |Gxd(i，j) I ( |Gyd(i，j)| 时，则失真图像像 素(i，j)的相位量化编码为0011，记为相位7区；当Gx d(i，j) >0并且Gyd(i，j) <0并 且|GX d(i，j) ι > |Gy d(i，j) ι时，则失真图像像素(i，j)的相位量化编码为0001，记为相 位8区；⑤计算参考图像和失真图像的各个像素的的汉明距离HD(i，j)， HD(iJ) = C0(iJ) Cd(iJ) C0(i, j)为参考图像坐标位置为(i，j)的像素的相位量 化编码，Cd(i, j)为失真图像坐标位置为(i，j)的像素的相位量化编码，符号Θ表示异或；⑥对失真图像进行客观质量评价，其最终评分IQA表示为
全文摘要
本发明公开了一种基于人眼视觉特性的图像客观质量评价方法，利用图像梯度的幅值信息，结合人眼视觉系统的对比敏感度函数的带通特性和亮度敏感度特性，对失真图像的梯度相位信息失真程度进行视觉加权，以加权失真程度反映图像的质量变化，优点在于考虑了失真图像梯度相位信息改变对其质量的影响，并结合梯度幅值信息与人眼视觉特性，从而使得评价结果与人的主观感受较为一致，较好地反映了人眼的主观感知结果。
文档编号G06T7/00GK102142145SQ20111007025
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者周武杰, 彭宗举, 蒋刚毅, 邵枫, 郁梅 申请人:宁波大学