视觉感知与基于感.ppt

《视觉感知与基于感.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、视觉感知与基于感知的数字水印1人类视觉系统（HVS）空间频率时间频率，就是—个信号在单位时间内幅度变化的快慢，用赫兹(Hz)表示它，1Hz=1／ls。也就是说，时间频率一般由三个方面组成：时间、幅度变化和时间单位(秒)。在空间上，我们也可以定义一组度量：空间、空间中的变化和空间单位。2空间频率在视觉上，我们提到的变化是亮度强度的变化。不同的亮度强度对我们的视觉系统构成了不向的刺激(Stimulus)。亮度的变化以“对比(Contrast)”的概念来描述。下图绘出了一组黑白间隔的条纹，其黑白间隔的条纹排列起来在水平方向不断重复变化，也就是亮度上对比的不断交化。对

2、比变化一次称为一个cycLe。3空间频率4空间频率在视觉上，有一种特殊的度量单位：视角(VisualAngle)，视角的单位也是度(Degree)。将视角作为空间的单位，就如同秒作为时间单位一样，可以很准确地描述整个空间的大小。有了空间、空间中的变化(对比变化)和空间单位(视角)，就可以定义空间频率下。空间频率是指在单位视角中对比变化的次数．记为。cycLe／degree,cpd。5人类视觉系统的一般描述6对比敏感度函数78对比敏感度函数CSF受到方向性、图像亮度、图像空间的大小和观察距离等多方面的影响，一般认为CSF是一个带通滤波器。当观察距离增大时，低频的

3、失真将进入最大响应区。所以，有时也将CSF定义为低通滤波器(lowpassfilter)。9(2)视觉时间频率特性时间频率通常是以抖动、运动等形式被我们感知的。人眼对于不同时问频率有不同的反应。研究表明．当频率高于30Hz时，HVS敏感度就会迅速衰减。10(3)视觉感知在方向上的分解研究表明，视觉感知对水平(horizontal)和垂直(vertical)方向上的刺激最敏感，对对角(diagonal)方向尤其是45。(135。)方向上的刺激最不敏感。一个HVS可以由多个并列的视觉通道(channel)组成，这些通道的空间频率带宽约为一个倍频程，方向上的选择宽度

4、在15度-60度之间。为了模拟实现HVS这种在空间频率方向上的分解特性，人们使用了大量方法，最典型的就是用一组Gahor多分辨滤波器建模或对信号使用小波变换。11(4)HVS的光谱特性HVS对于不同的颜色其敏感度也不同。眼睛对各种颜色的敏感度可以用标准相关光谱亮度功效函数来描述。对于三原色R，G，B，人眼对绿色最敏感，对蓝色最不敏感。一个像素点的亮度y有；12(5)掩蔽一个信号的存在能掩没或掩蔽另一个信号。在视觉上，有两种掩蔽经常出现：对比度(频率)掩蔽与亮度掩蔽。我们主要谈对比度掩蔽。HVS对刺激信号的响应并不取决于刺激信号的绝对亮度，而是取决于刺激相对于背

5、景(刺激信号的平均亮度)的局部变化，即刺激信号的背景对比度。人眼在不同背景对比度下可以感知的最小亮度差被称为可见度阈值(visiblethreshold))。研究表明，当背景和刺激在方向、空间频率和时间频率非常接近时掩蔽效果最大。13(5)掩蔽14定义CT0为从CSF上获得的无掩蔽条件下的可见度阈值。CT为在有掩蔽条件下的可见度阈值。CM为背景对比度，表示为背景信号与刺激信号的比例.(5)掩蔽当CM较低时，可见度值阈值CT＝CT0。事实上，当CM逐渐接近CTo时．可见度阈值开始提升，由于其处于一个短暂阶段，在图中忽略这一情况。当cM大于CT0且继续不断增大时，

6、可见度阈值在对数坐标下呈现线性增长的态势。一般情况下，可以将CT描述为：15(5)掩蔽有学者进一步研究了背景与刺激的关系，认为可见度阈值与背景对比度的关系曲线受到多方面的影响。并根据引起掩蔽的原因(如局部对比度、边缘和局部活动性)，将掩蔽分为对比度掩蔽区、边缘掩蔽区与纹理(噪声)掩蔽区等。由于纹理掩蔽中的噪声比较复杂，观察者对其缺乏更多的先验认识，所以相应的ε要大一些。16(6)误差合并前面提到的频率敏感度、方向分解和掩蔽等均是从不同的层面衡量一个视觉感知质量。事实上，我们对一个图像的直观质量评价就是HVS对多方面评估结果的一种合计。为模拟这种合并，一般采用明

7、科斯基和(LP范数)来计算。明科斯基和可以表示为：17St为观察者可以得到的各种评估质量，β是求和指数，对于图像在一般情况β取值为4比较恰当。CSF的实现方式由于观察角度不同，对于CSF的实现也不尽相同(或者说是用CSF模拟HVS的程度和方式不同)o(1)Mannos的CSF18(1)Mannos的CSF其频率响应为：19径向频率是一种视觉频率，由水平空间频率u和垂直空间频率v以及观察距离d共同计算得到。由式(3)和式(4)构成的CSF频率响应的峰值响应频率是8cpd(2)MakotoMiyahara的CSF20(2)MakotoMiyahara的CSF其CS

8、F的空间频率响应为21u,v分别是水平