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1、一种基于亮度层次的图像质量评价方法第29卷第2期2006年2月合肥工业大学学报(自然科学版)JOURNAL0FHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVo1.29No.2Feb.2006一种基于亮度层次的图像质量评价方法陆洋,明军(安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,安徽合肥230039)摘要:文章采用简单的实验验证了人眼视觉所具有的亮度掩蔽特性,得到了不同灰度级上的相对灵敏度阈值及人眼可分辨的亮度层次.使用该实验结果可避开亮度和灰度级之间关系的讨论,用亮度层次去度量人眼亮度感觉的变化,从而达到对图像质量快速准确评价的目的,并可为今后确定图像各频带信息对图像质量影响的大
2、小提供一种方法关键词:相对灵敏度;亮度层次;韦勃一费赫涅耳定律;图像质量中圈分类号:TN941.3文献标识码:A文章编号:1003—5060(2006)02017303AnimagequalitymeasurebasedonluminancelevelsLUYang,MINGJun(KeyI.abofIntelligentComputing&SignalProcessingofMinistryofEducation,AnhuiUniversity,Hefei230039,China)Abstract:Inthispaper,thecharacteristicsofthehumanvi
3、sualsystemareverifiedandthethresholdsofvisualcontrastsensitivityandtheluminancelevelsofeachgray—levelaregivenbyexperiment.Usingthemeasurecanavoiddiscussingtherelationsbetweenluminanceandgray-leve1.Itisalsoamethodwhichcanhelptogettheweightsofsub—bandimages.'Experimentalresultsshowthattheproposedmeas
4、ureschemecorrelatesbetterwithperceptualimagequality.Keywords:relativecontrastsensitivity;luminancelevel;Weber—Fechnerlaw;imagequality图像质量评价是图像信息工程领域内一项重要的研究课题,多年来随着人们对人眼视觉特性及视觉心理的广泛研究,一些视频质量评价模型被相继提出,并在一定程度上与主观评价结果有很好的相关性_lJ.大多数图像质量客观评价模型模拟了人眼视觉特性,其中亮度幅度的非线性衰减或称亮度掩蔽特性是最先应该被考虑的.在几种典型的评价模型中,对比灵敏度函数CS
5、F通常被用来描述该特性"j,CSF往往由某个解析函数拟和测量数据得到,且不同实验者得到的实验数据也不同.由于实验环境的限制,直接引用CSF是不合适的.本文给出一个简单实用的实验,得到一般情况下人眼不同灰度级上的亮度层次,结合传统测度来达到快速客观评价图像质量的目的,并通过实验验证了该方案的可行性.1韦勃一费赫涅耳定律根据相对对比灵敏度实验,人眼观察亮度变化的能力是有限的,并且对不同背景亮度L中能察觉的最小变化亮度△L也不同.在一定范围的均匀背景下^r一(1)L称为"相对灵敏度阈"_5j.收稿日期:2005—03一l1;修改日期:2005—03—24基金项目:安徽省自然科学基金资助项目(010
6、42105)作者简介:陆洋(1977一).男,安徽芜湖人,安徽大学硕士生;明军(1952),男,江西南康人,安徽大学教授,硕士生导师l74合肥工业大学学报(自然科学版)第29卷人眼的亮度感觉差别决定于相对亮度变化,因此亮度感觉增量可用相对亮度增量△L/L来衡量,经积分可以得到人眼的亮度感觉,即S一志inL+k.一klgL+k.(2)式中k=k
7、nl0,k,k.均为常数.(2)式表明亮度感觉和亮度L的对数成线性关系,这一规律称为韦伯一费赫涅尔定律川.2图像质量评价方法令图像最大亮度为L,最小亮度为L,由相对灵敏度阈,可以得到两者关系L一L(1+)N(3)式中N为可以分辨的灰度等级.递推可得△L
8、L2一L1Li(1+)L—L1一L(1+)N(1+)z—N一1(4)于是亮度感觉增量可表示为AS===k(N2一N1)lg(1+)(5)编码前后的像素亮度差小于△L,人眼不能察觉,可以不考虑其影响;反之必须定义其失真的影响,以此可以衡量亮度幅度失真.定义亮度感觉损伤因子n:==k(N2--Nl儿g茎::(6)可进一步对亮度感觉损伤因子做归一化处理,即D'I—jN-/N—x△L≥△Lmm(7)【0△L<△
