一种新的图像质量评价方法

一种新的图像质量评价方法
秦树海;佟惠军;饶敏
【摘要】文中提出了一种基于邮戳的图像质量评价方法,该方法通过对邮戳的设置,在原始图像未知的情况下,仍然可以对制导图像的质量进行较为准确的评价,提高了图像质量评价的准确性和实用性.仿真实验表明该方法能较好的反映人的主观感受,解决了传统图像质量评价方法对原始图像的苛刻要求问题,这使得在无法获知敌方区域准确图像的情况下,也可以在一定程度上提高攻击的有效性.
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2013(033)002
【总页数】3页(P164-166)
【关键词】邮戳;制导图像;原始图像;质量评价
【作者】秦树海;佟惠军;饶敏
【作者单位】空军航空大学航空军械工程系,长春130022
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.72
0 引言
图像质量评价方法总体上可以分为主观评价和客观评价两类[1]。

图像在传输过程中易发生由于所用传输信道的干扰而受到噪声污染，使用者必然会对受扰图像进行一定处理，使其符合使用要求[2]。

图像处理的好坏就需要运用各种质量评价方法
来对其进行判断，而运用最为广泛和准确的是图像客观评价方法中的全参考图像质量评价[3]。

由于原始图像已被噪声污染，而全参考型对原始图像的苛刻要求，使得该方法的运用存在极大不便，文中就是解决在原始图像未知的情况下，仍然可以使用全参考型对图像的质量进行较为准确的评价。

1 全参考图像质量评价方法的评价指标
全参考型指的是原始图像是完全己知的，并且认为没有任何失真，可用来作为评价失真图像质量的参照。

目前大多数图像质量评价算法都属于全参考型。

图像逼真度的测量通常是计算出被评价图像与原始图像之间的统计误差，若误差越小，则从统计意义上来说，被评价图像与原始图像的差异越小，图像的逼真度就越高，图像质量也就越高。

常用的评价指标有平均绝对误差、均方误差、归一化均方误差、信噪比与峰值信噪比[4]。

1)均方误差(MSE)
均方误差的值越小表示图像质量越好。

其计算表达式为:
2)归一化均方误差(NMSE)
归一化均方误差也是值越小表示图像质量越好。

其计算表达式为:
3)信噪比(SNR)与峰值信噪比(PSNR)
信噪比与峰值信噪比是值越大代表图像质量越好。

表达式分别如下:
以上各式中，M和N分别是图像长度和宽度上的像素个数，f(i，j)、f^(i，j)分别是原始图像和被评价图像在点(i，j)处的灰度值。

2 使用邮戳的全参考型图像质量评价
在原始图像传输前，将邮戳放置于图像中，邮戳就是在图像中选定相对次要的位置，按事先约定放置通信收发双方都已知的局部图像，文中邮戳选取77*77点白电平
已知图像，四角分布，画面选取300*400点，单个邮戳占画面5%，如图1。

图1 全图像和加邮戳后图像
原则上，邮戳可以设计成任意图案。

为更好保持图像的可理解度和方便后期使用，图案设计应根据如下二条原则:
1)邮戳图案生成数学模型应简单，计算机容易生成，以便于编程处理。

2)邮戳在图像中的分布设计应尽量放在图像的次要部分，以减少对图像主要信息的破坏。

建议采用四角邮戳，但所选邮戳总面积应小于图像的20%。

3 仿真实验及结论
使用MATLAB仿真软件[5]，用噪声对使用邮戳的图像和全图像(图1)同时进行干扰，得到干扰图像(图2)，再对受扰图像进行去噪处理，得到图3和图4，由于邮
戳图像的邮戳部分是已知的，因此，邮戳图像的邮戳部分可运用全参考图像质量评价方法对其进行质量评价;对于全图像的质量评价，也运用全参考型。

仿真图如图2～图4，表1各评价指标为实时处理结果，表 2各评价指标均计算20次，然后
取平均值。

图2 受噪声干扰后图像
图3 滤波后图像(滤波窗口7×7)
图4 滤波后图像(滤波窗口3×3)
通过仿真实验，图2为受噪声干扰后的图像，已经无法辨认图中信息，因此，其
图像质量应为最差;图3由于所选滤波窗口过大，图像经过去噪处理后变得模糊，
导致一些细节信息无法辨认，图像质量可判为中等;图4的去噪处理比较成功，图
像细节都显现出来了，图像质量应为最好。

表1 实时图像质量评价指标结果加噪后图像滤波后图像滤波后图像评价指标的各
评价指的各评价指的各评价指标(图2)标(图3)标(图4)均方误差(a)155.2369 51.4781 12.2333(MSE)(b)2185.3270 468.2574 102.0029归一化均(a)0.0483 0.0157 0.0046方误差(NMSE)(b)0.0755 0.0207 0.0063信噪比(a)12.8348 18.7325 22.8995(SNR)(b)12.5430 19.6599 32.0107峰值信噪(a)19.0234 25.3054 29.9112比(PSNR)(b)6.9926 16.8523 24.5386主观评价差中好
从表1和表2的数据来看，邮戳图像和全图像的各评价指标，图像的均方误差和归一化均方误差值呈现不断减小的趋势，而信噪比和峰值信噪比呈不断增加的趋势;不论是实时处理还是多次统计取平均值，其结果都与主观评价相吻合，都说明图像的质量越来越好，这也与人眼的观察相一致，因此，基于邮戳的图像质量评价方法可以对图像质量进行很好的评价，具体结论如下:
1)该方法可以以局部图像的质量评价结果估计整幅图像的质量，并且与人的视觉效果相一致。

表2 统计平均后的图像质量评价指标结果加噪后图像滤波后图像滤波后图像评价指标的各评价指的各评价指的各评价指标(图2)标(图3)标(图4)均方误差
(a)161.1735 47.9826 16.4463(MSE)(b)2228.6121 477.8537 98.0696归一化均(a)0.0490 0.0146 0.0050方误差(NMSE)(b)0.0773 0.0191 0.0067信噪比(a)13.1017 18.3638 23.0140(SNR)(b)12.2493 19.8322 31.7680峰值信噪(a)19.0373 25.2994 29.9495比(PSNR)(b)7.2160 16.7988 25.7346主观评价差中好
2)在考虑图像的实际运用时，邮戳的理想分布是四角和四周分布，从而尽可能降低对图像主要信息的破坏。

3)邮戳的整体大小应占整幅图的16% ～22%，以20%为宜，过大或过小的邮戳影响评价效果。

4)由于邮戳的存在，在一定程度上破坏了图像的整体效果，因此该方法也存在局限
性，适用于对图像边缘信息要求不高的领域。

参考文献:
[1]王菲.运动模糊图像的恢复及恢复质量评价[D].西安电子科技大学，2010.
[2]杨琬，吴乐华，范晔.数字图像客观质量评价方法研究[J].通信技术，2008，41(7):244 －246.
[3]倪晓明.基于小波变换图像质量评价新算法[D].厦门:厦门大学，2009.
[4]谢凤英，赵丹培.Visual C++数字图像处理[M].北京:电子工业出版社，2008.
[5]飞思科技产品研发中心.MATLAB 7辅助信号处理技术与应用[M].北京:电子工业出版社，2005.。