您的当前位置:首页正文

基于功率谱的双目立体图像质量评价

来源:华佗小知识
第28卷第3期 2018年6月 北华航天工业学院学报 Journal of North China Institute of Aerospace Engineering Vol_28 No-3 Jun.2018 基于功率谱的双目立体图像质量评价 花 (北华航天工业学院计算机与遥感信息技术学院,河北廊坊065000) 摘要:质量评价对立体显示技术的发展及应用起着非常重要的作用,目前立体图像质量评价还没有一个统一的 评价标准,本文针对立体图像的双目融合特性提出一种基于功率谱的质量评价方法,实验结果显示本方法可以评 价立体图像的质量,且相对于PSNR方法测试指标Pearson相关系数较高,均方根误差RMSE较小,证明本方法 更接近于人眼感知。 关键词:双目,立体图像,质量评价,功率谱 中图分类号:TN919.82 文献标识码:A 文章编号:1673—7938(2018)03—0012—03 0引 言 了一种基于特征统计的评价算法 ,但该模型没有 考虑双目融合对立体图像质量产生的影响,评价结 果不能完全符合人眼视觉感知。鉴于立体图像的双 目特性及图像功率谱综合反映了图像的纹理特征, 本文提出了基于图像功率谱的双目立体图像质量 评价方法。 立体电视显示涉及立体内容获取、预处理、编 码、传输、解码/视合成和显示6个部分,视频质量 评价在视频处理的各个阶段发挥着重要的作用,关 系到每个处理阶段所用算法的性能。目前对于立体 显示的评价主要集中在主观评价方法上。主观评价 虽然出台了相关的评价标准,如立体电视图像的主 观评定标准(ITU.R BT.1438)¨ 、立体三维电视系 统的主观评价方法(ITU.R BT.2021) ,但由于此 方法需要大量的主观测试者且不能马上给出结果, 1 算法流程 本文首先建立双眼亮度矢量和模型,将双目图 像进行融合,然后进行功率谱分析,最后得到图像 质量。主要算法流程如图1所示: 因此人们将研究重点转向客观评价方法上。虽然对 于立体视频的客观评价方法的研究工作一直在进 行,但目前还没有统一的评价标准。人们尝试将单 视点视频质量评价方法引入到立体视频质量评价 中,而立体视频由左右两路视频融合而成,用单视 点评价方法不能准确的评价立体图像的质量。由于 图1本文算法流程 2双眼亮度矢量和模型 视差图包含了图像的立体感知信息,可从视差角度 对立体视频的立体感进行评价 ,但由于目前视差 图的获取算法还存在一定的误差,因此这种方法很 难精确反映立体感知的质量情况。Horita等人提出 基金项目:河北省科技计划项目(15210504),河北省高等学校科学技 术研究青年基金项目(QN2015113),北华航天工业学院博士科研项目 (BKY一2014—04),廊坊市科技局课题(201601 1089) 收稿13期:2017—12—16 针对立体图像,Engel首先提出了一种矢量求 和模型,但他推测被总结的矢量既单眼输入信号应 该是正交的。这个问题与Weert&Levelt提出的质心 模型相对应。为此,Curtis&Rule提出了一个矢量 求和模型,结合两个眼睛的左右单眼亮度求取双目 亮度[5-6 3: =√ + +2( cosO) (1) 第一作者简介:张艳(1979一),女,副教授,博士,河北衡水人,从事 图像处理工作。 其中 、 为单眼的左右视点的亮度, 为 组合双眼亮度,这里的K和 由主观实验得到。由 一12— 第3期 张艳:基于功率谱的双目立体图像质革评价 于图像的亮度在失真图像的评价中起着非常重要 的作用,因此,人们在评价图像失真时,首要的是 考虑图像的亮度。本文将式(1)作为基于亮度的 衰减,此为图像功率谱的不变性。当图像质量下降 时,高频分量的丢失会使图像的纹理结构变模糊, 导致图像功率谱各分量之和有所下降。 为更直观地表示图像的功率谱变化趋势,将图 像二维功率谱曲线转化为一维功率谱曲线 。 双目立体模型的像素亮度。 3基于图像功率谱的图像质量评价 图像功率谱属于频谱分析法中的一种,综合反 映了图像的纹理特征,是描述信号功率随频率变化 的函数,它的大小反映了图像各个空间频率分量的 强度。一般来说,当图像质量下降,高频分量丢失 的同时会使图像的纹理结构变模糊,致使图像功率 谱各分量之和有所下降。 3.1 傅立叶变换及其功率谱定义 频谱分析法通过考察高频分量的增减情况来 对比分析图像质量的相对优劣,首先对原始图像进 图2一维功率谱曲线 图2是MPEG小组提供的“GT Fly”序列的一 维功率谱曲线,横坐标表示图像像素点位置,纵坐 标表示功率谱值。上面直线表示原始未失真立体图 行傅 叶变换。假设一副M 的数字图像函数为 h(x,y),其离散傅立叶变换定义为 ’: ]exp[勘 U )=∑∑ 一 一2 ] H(Iuu),v= exp[一2xiy- ̄r 0 0 ,T 1 』rJ (2)()) 像,下面星状线表示失真立体图像,这里我们采用 像素平均功率谱值来代表图像质量,从图中可以看 出,失真图像的功率谱幅度比未失真图像的功率谱 幅度低。 实际的图像质量会因为噪声的加入而有所下 式中U,1,为频率分量, 且u=-M/2...A 2, =0…M一1;V=--N/2...N/2;y=0...N一1; X,Y为空间图像变量。 罔像h(x,Y)的功率谱定义为: 降,原始罔像f(x, )经过系统日加入噪声 (3) lH(u,v)I=H(u,v)H ( ) 量之和为: n(x, )后,得到实际的图像g(x,Y)。 设H的冲激响应为h(x,Y),图像g(x, )即 g(x,Y)=f(x,y)h(x, )+,z( ,Y) (6) 其中,H 为 的共轭复数,图像功率谱各分 Sum=∑∑IH(u, )I AuAv (4) 图像g(x, )的傅立叶变换形式如下: G(u,v)=F(u,v)H(u,v)+N(u,V) (7) 图像功率谱体现了不同频率的分量在图像中 所占的比重,当图像质量下降时,高频分量丢失的 同时会使图像的纹理结构变模糊,致使图像功率谱 则图像的功率谱为: IG(“,v) =G(u,v)G (“,v) (8) 各分量之和有所下降。 3.2图像功率谱模型 F}{公式(5)获知自然图像具有恒定不变性, 由此可知,当噪声增大时。输出功率谱会下降,可 自然图像的功率幅值p(/‘)变化遵循如下规 律 : 以看出可以用功率谱来评价图像质量。 4评价实验及结果分析 p(厂)=A/厂 (5) 为了验证本文算法的有效性,实验采用了4组 MPEG小组提供的多视点立体视频序列 “Book arrival”、“Lovebirdl”、“Ballet”、“GT Fly” 其中厂指空间频率,A为表示图像对比度的常 量, 为指数变量,根据文献[8],取 =2。随着 空间频率的增加,图像的功率谱大致以1/厂 的趋势 进行了测试… ,并作了相关的主观实验进行验证, 2018年6月 北华航天工业学院学报 第28卷 每个序列分别取其中两路视频,由于立体视频在传 输的过程中主要失真是因为离散余弦变换的量化 参数QP(Quantization Parameter)而引起的,因此 我们以4个不同的QP(22、28、34和40)进行立 体视频的失真处理。由四个序列的实验得到的结论 在建立非线性拟合之后,我们采用视频质量专 ∞0 家组(Video Quality Expeg Group,VQEG)提出的 视频质量评价测试指标Pearson相关系数(Pearson Correlation Coeficifent,PCC)分析客观评价与主观 评价一致性,用均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)评价数据的离散程度Ⅲ 。PCC绝对 是质量越差,功率谱幅值越小。为了便于客观地验 证功率谱方法的正确性和本文质量评价的有效性, 值越接近于l,表明主客观评价间的相关性越好; RMSE能够反映对模型的预测准确度,均方根误差 越小,说明对模型的预测越准确。表l为各方法的 结果,可以看到,本文所提出的方法更加接近于人 类的视觉感知。 表1 客观评价模型性能指标比较 我们采用失真图像像素平均功率谱值与未失真图 像像素平均功率谱值的比值尺来计算图像质量功率 谱数值,用常用的峰值信噪比枷(Peak Signal to  Noise Ratio)方法进行图像质量验证,主观实验参 照国际标准ITU.R BT.1438…。图3显示了删及提出的R方法客观评价结果和主观评价值MOS (Mean Opinion Score)的关联曲线图,从图3可以 看出我们提出的R方法与主观评价值的非线性拟合 度较高。图中所得曲线由Origin7.5软件提供的非线 性函数中的Logistic函数拟合而成,其表示式如下: = + 5结语 本文提出了一种基于功率谱的双目立体图 像质量评价方法,4组MPEG小组提供的多视点 其中,x、 表示客观与主观评价值,4、 、 P、X0为模型参数。 立体视频序列的失真图进行了试验。实验结果显 示本文所提出的评价方法可以较好的评价立体图 像,且PCC及RMSE相对于PSNR方法有较好的 优势。 参考文献: [1]ITU—R Recommendation BT.1438,Subjective assessment of stereoscopic television pictures[S].2000. [2]ITU—R Recommendation BT.2021,Subjective assessment of stereoscopic television pictures Is].2012. 13 J Benoit,A.,Le Callet,P.,Campisi,P.,et 1a.,Using dis— a)PSNR parity for quality assessment of stereoscopic images[c]. IEEE International Conference on Image Processing(ICIP’ 2008),San Diego,California,USA.2008(10):98—401. 1 4 J Horita,Y.,Kawai,Y.,Minami,Y.Quality evaluation model of coded.stereoscopic color image[J].Proceedings of SPIE (S0277—786X),Perth,Australia,2000(5):389—398. 1 5 J Curtis D W,Rule S J.Binocular processing of brightness in— 088 0 g0 O02 O94 0 96 09B 'o0 formation:Avector-summodel[J].JournalofExperimental Psychology:Human Perception and Performance,1978 R b)R 图3客观质量评价方法与主观MOS值的关联图 (4):132—143. (下转第17页) 第3期 张志通:燃煤排放除尘净化技术的研究与比较 2018年6月 [4]李杰,王丽萍,田立江,等.电袋复合除尘技术在燃 煤电厂中的应用[J].环境工程,2011(4). [5]朱法华.袋式除尘技术的发展及其在燃煤电厂烟气 处理中的应用[J].中国电力,2002(8). Comparative Study of Purification Technology for Coal Dust Removal Zhang Zhitong (School ofElectronic and Control Engineering,North China Institute ofAerospace Engineering,Langfang065000,China) Abstract:With the increasing development of economy and natural resources consumption,pollution is becoming more and more serious.This study analyzes the coal dust emission which is the main cause for smog weather.It also compares three common coal—fired flue gas dust removal technologies mainly concentrated in the electric,filtering,precipitation and composite,finally it is concluded that he highest tdust removal eficiency fwith reasonable cost is the optimal compound dust removal technology. Keywords:coa1 dust,remover,environment (上接第14页) and the response properties of cortical cells[J].Optical Society of America,1987,4(12):2379-2394. [6]张艳,安平,张秋闻,等.双目立体视频最小可辨失 真模型及其在质量评价中的应用[J].电子与信息学 报,2012,34(3):698—703. [9]周利.多视点视频虚拟视点图像质量评价[D].上海: 上海大学,2008. [7]王昕,王海霞,徐抒岩,等.基于功率谱的遥感相机 自动调焦算法研究与实现[J].电子器件,2007(3): 980-985. [10]Video Quality Experts Group(VQEG).Final report from het video quality expetrs group on hte validmion ofobjecitve models of video quality assessment,Phase II[R].http: #www.vqeg.or#,USA,2003(8):25. [8]D.J.Fie1.Relations between the statistics of natural images Binocular Stereoscopic Image Quality Assessment Based on Power Spectrum Zhang ran (School ofComputer nd aRemote Sensing Information Technology, North China Institute ofAerospace Engineering,Langfang 065000,China) Abstract:Quality assessment plays a very important role for the development and application of stereoscopic display technology.So far the stereo image quality assessment has no uniied assessmentf standard.This paper presents a method based on power spectrum characteristics for the binocular stereo image qualiy.Expertimental results show that this method can evaluate the stereo image. Compared wih the PSNR metthod,the Pearson Correlation Coeficifent(PCC)is higher and the Root Mean Square Error(RMSE) is lower for the testing sequences.So his tproposed method is closer to human perception. Keywords:binocular,stereo image,quality assessment,power spectrum —l7一 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容