HVS與圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

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1、HVS與圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法視覺生理眼球（光信號(hào)）視網(wǎng)膜（光信號(hào)->電信號(hào)）視交叉和外側(cè)膝體（傳輸）視覺皮層（電信號(hào)處理）視網(wǎng)膜圓柱體細(xì)胞對(duì)弱光反應(yīng)靈敏，暗視覺，細(xì)節(jié)分辨能力差，感受不到顏色，對(duì)物體活動(dòng)敏感椎體細(xì)胞對(duì)物像細(xì)節(jié)具有較高的分辨能力，能夠識(shí)別顏色，視覺靈敏度主要取決于椎體細(xì)胞視覺特性視覺亮度特性視覺空間頻率特性視覺時(shí)間頻率特性視覺亮度特性由于受人眼對(duì)比靈敏度的影響，人眼對(duì)亮度的主觀感覺與客觀亮度成對(duì)數(shù)關(guān)系。人眼的亮度視覺有個(gè)重要的特點(diǎn)，就是對(duì)被觀察事物的絕對(duì)亮度判斷力差，而對(duì)亮度的差異判斷力較強(qiáng)。通常用對(duì)比度來(lái)描述亮度差異，常使用下式來(lái)確定相對(duì)對(duì)比度Cr人眼剛能分辨的亮度差異所對(duì)應(yīng)的最

2、小相對(duì)對(duì)比度值稱為對(duì)比靈敏度因素，其大小和背景亮度L和環(huán)境亮度L0有關(guān)，如圖所示在寬闊常用的背景亮度變化范圍內(nèi)，人眼的對(duì)比靈敏度因素變化很小，當(dāng)背景亮度很強(qiáng)或很弱時(shí)，人眼分辨亮度差異的能力下降。當(dāng)畫面的背景亮度不等于周圍的環(huán)境亮度時(shí)，對(duì)比靈敏度不僅與背景亮度有關(guān)，而且與環(huán)境亮度有關(guān)視覺亮度特性人眼對(duì)亮度的適應(yīng)性分為亮適應(yīng)、暗適應(yīng)、和局部適應(yīng)。從平均亮度小的暗環(huán)境轉(zhuǎn)入平均亮度大的亮環(huán)境的人眼視覺過(guò)程稱為亮適應(yīng)，其適應(yīng)時(shí)間為幾秒到幾分鐘。從亮環(huán)境轉(zhuǎn)入暗環(huán)境的人眼視覺適應(yīng)稱為暗適應(yīng)，適應(yīng)時(shí)間從幾秒到幾十分鐘。視覺亮度特性視覺亮度特性的應(yīng)用：由于人眼對(duì)比靈敏度高，亮度感覺決定于亮度對(duì)比度，因而對(duì)重現(xiàn)

3、圖像的亮度逼真度要求的特點(diǎn)是：不需重現(xiàn)圖像與原物圖像兩者的亮度完全相同，只要他們的亮度對(duì)比度相等就行，而重現(xiàn)圖像上有微小的亮度差異，只要它小于對(duì)比靈敏度，則對(duì)重現(xiàn)圖像的質(zhì)量沒有影響。視覺的空間頻率特性視覺空間分辨率人眼辨別圖像細(xì)節(jié)的能力稱為視覺銳度或視覺空間分辨率，他用人眼能夠區(qū)分圖像上的相鄰亮點(diǎn)的最小視角的倒數(shù)表示，人眼對(duì)圖像中心的分辨能力大于邊緣部分。人眼空間探測(cè)閾值按照傅里葉光學(xué)原理，任何圖像都是由不同空間平率的亮度按正弦和余弦規(guī)律變化的各種成分組成?？臻g頻率越高代表圖像細(xì)節(jié)越小。人眼受空間分辨率的限制，探測(cè)能力也隨空間平率增高而減小。對(duì)某一特定的空間頻率成分，其亮度的最大值與最小值兩

4、者之差與兩者之和的比值為亮度調(diào)制度M。人眼空間可探測(cè)閾值曲線表示人眼對(duì)各種空間頻率成分剛可探測(cè)的最低亮度調(diào)制度。如圖所示。視覺的空間頻率特性圖像中空間頻率越高的成分代表圖像的細(xì)節(jié)越小，人眼探測(cè)能力越低，為達(dá)到可以分辨，必須相應(yīng)增大其調(diào)制量。光柵的平均強(qiáng)度、環(huán)境光和單色光波長(zhǎng)對(duì)人眼探測(cè)光柵的能力都有影響，當(dāng)這些條件變化時(shí)，曲線要上下浮動(dòng)。調(diào)制傳遞函數(shù)與極限分辨率調(diào)制傳遞函數(shù)表示傳像系統(tǒng)的輸出調(diào)制度與輸入調(diào)制度的比度，他代表傳像系統(tǒng)對(duì)所傳送圖像的分辨率像質(zhì)的影響。如果輸入圖像的調(diào)制度是已知的固定值，則調(diào)制傳遞函數(shù)就表示輸出圖像的分辨率像質(zhì)。實(shí)際上任何圖像傳送系統(tǒng)，傳送圖像的作用相當(dāng)于低通空間頻率

5、濾波器，在空間頻率域上的傳像能力隨圖像的頻率成分的升高而減弱。如圖所示。視覺的空間頻率特性如果將輸出圖像分辨率相知的MTF曲線與表示人眼視覺空間分辨率與之特性的TOD曲線畫在同一坐標(biāo)上，則兩曲線的交點(diǎn)代表人眼觀察改圖像所能達(dá)到的空間分辨率的極限情況。該點(diǎn)橫坐標(biāo)為圖像可分辨的最高空間頻率，稱為圖像的極限分辨率，該點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示圖像的的最高空間頻率成分的調(diào)制度。馬赫帶當(dāng)人們觀察亮度沿坐標(biāo)軸變化的亮帶時(shí)，人眼對(duì)亮帶的感覺是，在亮度變化去兩端附近的暗區(qū)出現(xiàn)黑條，而在亮區(qū)出現(xiàn)白條。如圖所示。視覺的空間頻率特性馬赫帶是人眼觀察亮度劇變區(qū)域的主觀視覺所出現(xiàn)的虛幻的亮或暗的條紋。產(chǎn)生馬赫帶的原因是人眼視覺空

6、間頻率響應(yīng)。在較低的空間頻率區(qū)域，人眼的視覺靈敏度并非隨空間頻率上升而下降，而是存在極大值，如圖所示。在某一較低空間頻率處，視覺靈敏度最高，因而該空間頻率成分被視覺強(qiáng)調(diào)所突出。馬赫帶效應(yīng)是圖像亮度變化邊界處的主觀銳化效應(yīng)，由于它具有自動(dòng)增強(qiáng)圖像輪廓的作用，所以在圖像處理時(shí)可適當(dāng)放松對(duì)輪廓銳度的要求，而換取其他圖像質(zhì)量指標(biāo)的改善。視覺的時(shí)間頻率特性HVS模型HVS通用模型HVS模型的主要特性包括視覺非線性、多通道、對(duì)比敏感度帶通、掩蓋效應(yīng)、多通道不同激勵(lì)的相互作用以及視覺生理心理特征。其中非線性、多通道、對(duì)比敏感度帶通和掩蓋效應(yīng)的特性研究較多，有相應(yīng)的計(jì)算模型，而多通道不同激勵(lì)的相互作用和視覺

7、生理心理特性還沒有精確的計(jì)算模型。HVS模型異常復(fù)雜，它涉及到生物學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域，因此對(duì)其的研究還在不斷的深入?；谝曈X感知的評(píng)價(jià)方法-WMSE模型PQS算法的實(shí)現(xiàn)思想是:首先對(duì)經(jīng)二維離散傅里葉變化的原圖像和目標(biāo)圖像頻譜，依據(jù)HVS分別予以子帶分割，并對(duì)獲取的系列子帶頻譜進(jìn)行二維傅里葉反變換，建立相應(yīng)的原圖像和目標(biāo)圖像的子帶圖像系列；然后分別計(jì)算出各個(gè)子帶圖像對(duì)應(yīng)的NMSE值，并根據(jù)子