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在无参考图像的质量评价中,图像的清晰度是衡量图像质量优劣的重要指标,它能够较好的与人的主观感受相对应,图像的清晰度不高表现出图像的模糊。本文针对无参考图像质量评价应用,对目前几种较为常用的、具有代表性清晰度算法进行讨论分析,为实际应用中选择清晰度算法提供依据。
A)模糊检测
模糊估计分为两个步骤:首先是边缘检测,然后是模糊确定。此处模糊估计是通过计算当前像素点与领域内像素点均值之差来确定。我们用f(x,y) 表示图片,其中 。定义水平绝对差如下:
同理,按照以上的步骤我们可以计算垂直方向的值 。两者之大者称作Inverse Blurriness,用于最终的模糊判定依据。
低于阈值ThB的Inverse Blurriness 被认为是模糊的。实验测试表明此处的阈值ThB取值0.1。最后,边缘模糊的均值和比率为:
B)噪点检测
因为沿边缘的噪点视觉上不明显,因此我们只检测边缘之外的噪点。边缘检测会被噪点影响,因此在检测边缘之前做一个噪点滤波的预处理。在本文中,我们应用均值滤波来消除噪点。均值滤波之后的图像g(x,y)为:
候选的噪点估计如下:
同理可以在垂直方向计算对应的值。然后得到候选的噪点是:
其中N_cand(x,y)表示候选噪点,它在边缘区域为0。
噪点均值和比率为:
其中Sum_Noise是N(x,y)之和,Noise_cnt是噪点总数目。
C)噪点和模糊的组合
此处我们的图像质量评价指标定义如下:
其中w1、w2、w3、w4是权值。通过线性回归分析获取这些权值。本文中这些权值为:
测试数据(阈值T = 50)
算法 |
img29 |
img42 |
img77 |
img81 |
img183 |
Brenner |
791.45 |
1050.36 |
844.41 |
898.57 |
754.88 |
Tenengrad |
10.88 |
12.72 |
11.51 |
11.92 |
10.59 |
Laplacian |
8.507 |
14.47 |
9.05 |
9.86 |
9.08 |
SMD |
18.57 |
24.71 |
20.94 |
22.57 |
14.32 |
SMD2 |
168.19 |
293.15 |
196.84 |
217.17 |
128.57 |
Variance |
2107.86 |
2134.98 |
2083.19 |
2100.05 |
2110.90 |
Energy |
677.48 |
941.98 |
713.81 |
754.95 |
668.54 |
Vollath |
1940.97 |
1897.70 |
1910.28 |
1912.10 |
1940.81 |
Entropy |
7.00 |
7.38 |
7.26 |
7.38 |
5.24 |
EAV |
75.88 |
93.71 |
83.70 |
89.16 |
60.85 |
JPEG |
2.08 |
9.25 |
3.95 |
5.16 |
-1.53 |
JPEG2 |
2.12 |
4.99 |
3.90 |
4.60 |
1.04 |
Remark:
1)肉眼可以分辨以上五幅图像的质量排名为:img42 > img81 > img77 > img29 > img183
2)与主观感知一致的算法有:Brenner、Tenengrad、SMD、SMD2、Energy、Entropy、EAV、JPEG、JPEG2
3)Variance、Vollath算法所得数据非常接近,无法分辨出图像质量。
4)Laplacian在判断img29 和 img183的时候出现失误,这两个图片的质量都非常差
第二组测试数据(阈值T = 50)
算法 |
img20 |
img23 |
img56 |
img152 |
img215 |
img228 |
Brenner |
756.67 |
500.89 |
615.53 |
553.55 |
418.77 |
725.29 |
Tenengrad |
8.00 |
6.17 |
7.08 |
6.66 |
5.56 |
7.73 |
Laplacian |
11.36 |
6.04 |
8.02 |
6.87 |
5.78 |
10.86 |
SMD |
19.41 |
13.40 |
17.16 |
15.44 |
8.67 |
19.56 |
SMD2 |
231.65 |
120.85 |
169.69 |
141.39 |
81.10 |
224.10 |
Variance |
2773.79 |
2631.73 |
2690.92 |
2650.81 |
2649.59 |
2724.18 |
Energy |
775.58 |
466.00 |
581.42 |
510.01 |
421.47 |
743.86 |
Vollath |
2601.47 |
2535.77 |
2565.37 |
2542.39 |
2564.13 |
2558.90 |
Entropy |
7.15 |
6.84 |
7.28 |
7.21 |
4.16 |
7.29 |
EAV |
73.86 |
54.71 |
67.48 |
61.76 |
37.02 |
74.89 |
JPEG |
9.59 |
3.03 |
6.38 |
4.93 |
-1.87 |
8.62 |
JPEG2 |
5.00 |
3.03 |
4.88 |
4.51 |
1.03 |
4.99 |