基于感知和統(tǒng)計模型的圖像質(zhì)量評價技術(shù)及應用研究.pdf

1、伴隨微博、微信、人臉書、QQ等社交網(wǎng)絡(luò)工具的飛速普及，圖像已經(jīng)深入人類生活的每個細節(jié)。自2011年以來，世界每年產(chǎn)生數(shù)百億張數(shù)字照片。對海量圖像數(shù)據(jù)進行分析、篩選、識別、評價、監(jiān)控、修復和增強，越發(fā)迫切地成為當下的研究熱點，并引起了多媒體、圖像處理、計算機視覺和模型識別等領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。本論文通過研究人類視覺系統(tǒng)感知的特性，重點對圖像質(zhì)量評價及其應用進行了探索和建模。此問題涵蓋了視覺心理學、統(tǒng)計信息學和圖像處理學三大范疇，是當下

2、研究的熱點和難點。對圖像質(zhì)量評價及其應用的研究，有助于深入揭示視覺心理學奧秘，完善自然場景統(tǒng)計模型，提高圖像處理算法性能。本論文的研究工作主要包括以下三個方面：
　　（1）研究全/半?yún)⒖紙D像質(zhì)量評價機理，對由于多種類型失真和觀看距離引起的圖像降質(zhì)進行建模。全/半?yún)⒖荚u價是指存在完整/部分原始無失真圖像信息情況下評估失真圖像的質(zhì)量。針對人類視覺系統(tǒng)高度善于提取圖像的結(jié)構(gòu)信息，本論文分析人眼底層視覺特性，計算失真圖像和原始圖像的梯度相

3、似性，綜合全局和局部兩種池化策略，提出了基于全局和局部梯度相似性的全參考評價算法。
　　在不同距離下觀看同一幅失真圖像，主觀評分會存在顯著差異。此研究更接近實際觀看圖像的場景，具有更大挑戰(zhàn)性。針對增加觀看距離會降低人眼分辨能力，本論文根據(jù)觀看距離去除部分小波子帶中的高頻信息，建立理想視角、觀看距離和圖像尺寸之間的三角函數(shù)關(guān)系，結(jié)合圖像寬高比計算最優(yōu)變換尺度對圖像進行縮放，提出了基于最優(yōu)尺度選擇的預處理模型。
　　在只允許傳輸

4、部分原始無失真圖像或者其特征時，半?yún)⒖紙D像質(zhì)量評價算法成為了首選工具。針對人類視覺系統(tǒng)對圖像結(jié)構(gòu)變化非常敏感，本論文依據(jù)被不同類型和強度失真污染的圖像會產(chǎn)生不同程度的空間頻率退化的規(guī)律，使用不同卷積核分別提取原始圖像和失真圖像特征，采用非線性方法度量特征距離，提出了基于結(jié)構(gòu)退化模型的半?yún)⒖荚u價算法。
　?。?）研究自然場景統(tǒng)計特性和多重失真的聯(lián)合效應，對無參考質(zhì)量評價進行建模。無參考評價是指不存在原始無失真圖像情況下評估失真圖像質(zhì)

5、量。根據(jù)新發(fā)現(xiàn)的無失真圖像統(tǒng)計特性，本論文建立原始圖像的自由能感知特征和結(jié)構(gòu)退化特征之間的線性關(guān)系，提取基于人類視覺特性和自然場景統(tǒng)計特征，使用機器學習訓練上述特征，提出了基于自由能理論的魯棒無參考評價算法。
　　與單一失真相比，多重失真的降質(zhì)問題還包括由于不同類型失真之間相互作用引起的聯(lián)合降質(zhì)效應。綜合經(jīng)典圖像處理算法和人腦自由能理論，本論文使用經(jīng)典的噪聲估計、JPEG壓縮評價和高斯模糊評價算法，分別計算每種潛在失真的降質(zhì)程度，

6、基于人腦自由能理論近似不同失真類型相互作用產(chǎn)生的聯(lián)合效應，線性綜合上述評分，提出了基于六步處理的盲評價算法。
　　與常規(guī)失真度量不同，對從高動態(tài)范圍圖像通過色階映射得到的低動態(tài)范圍圖像的質(zhì)量評價是另一類新難題。從信息總量、自然統(tǒng)計特性和結(jié)構(gòu)保護能力三方面考慮，本論文衡量低動態(tài)范圍圖像經(jīng)過亮化和暗化后含有的信息總量，計算其是否符合自然統(tǒng)計特性，考量其對主要結(jié)構(gòu)的保護能力，使用機器學習綜合訓練上述三方面特征，提出了盲色階映射圖像質(zhì)量評

7、價算法。
　?。?）研究基于質(zhì)量評價模型的圖像處理技術(shù)。現(xiàn)有的對比度增強算法通常需要人工輔助地進行參數(shù)調(diào)整和結(jié)果選擇。完善的直方圖修正化框架和自動的對比度增強算法具有更高的實用價值。結(jié)合主觀客觀質(zhì)量評價，本論文新增添有效的對比度變換曲線完善現(xiàn)有的直方圖修正化框架，綜合信息熵增益和顯著性保護，設(shè)計半?yún)⒖假|(zhì)量評價算法，優(yōu)化直方圖修正化框架，提出了基于顯著性保護的自動對比度增強算法。
　　遠程控制和云計算獲得了越來越多的應用，相應