[發(fā)明專(zhuān)利]一種超分辨率重建圖像質(zhì)量Contourlet域評(píng)價(jià)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410353248.6
• 申請(qǐng)日: 2014-07-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104123705A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張威;曹宏宇;范忠誠(chéng);李紅果;劉玉欣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T5/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T5/00
• 代理公司: 吉林市達(dá)利專(zhuān)利事務(wù)所 22102
• 代理人: 陳傳林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超分辨率重建圖像質(zhì)量Contourlet域評(píng)價(jià)方法，屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

圖像數(shù)字化采集中的降采樣、壓縮時(shí)的變換與量化等過(guò)程引入的噪聲以及在圖像轉(zhuǎn)換或傳輸中相對(duì)運(yùn)動(dòng)和大氣擾動(dòng)等多種因素的影響，會(huì)引起圖像退化現(xiàn)象，這極大地影響了圖像數(shù)據(jù)效用的發(fā)揮。超分辨率重建技術(shù)是利用圖像處理手段，通過(guò)單幅或多幅模糊、有噪、頻譜混疊的低分辨率降質(zhì)圖像估計(jì)出一幅高分辨率圖像，是在不修改成像系統(tǒng)硬件構(gòu)造的情況下解決這一問(wèn)題的有效手段。重建圖像質(zhì)量是評(píng)價(jià)超分辨率方法性能優(yōu)劣的關(guān)鍵性指標(biāo)，對(duì)于同一組低分辨率降質(zhì)圖像，不同的超分辨率算法生成的重建圖像質(zhì)量差別很大，因此有必要建立一種有效的定量評(píng)價(jià)方法對(duì)超分辨率技術(shù)進(jìn)行全面、客觀的評(píng)價(jià)。

按照對(duì)參考圖像的需求，圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法分為三類(lèi)，分別為：無(wú)參考、部分參考和完全參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)。完全參考質(zhì)量評(píng)價(jià)方法發(fā)展最為成熟，但是實(shí)際應(yīng)用中很少能得到與重建后影像相對(duì)應(yīng)的高分辨率圖像作為參考圖像，因此這種方法對(duì)超分辨率重建圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的意義并不大。部分參考評(píng)價(jià)法需提取參考圖像的部分特征與待評(píng)價(jià)圖像做對(duì)比，與全參考評(píng)價(jià)無(wú)本質(zhì)的區(qū)別?，F(xiàn)有的無(wú)參考評(píng)價(jià)方法大多是針對(duì)一種或多種失真類(lèi)型，量化失真特征得到評(píng)價(jià)指標(biāo)，如基于結(jié)構(gòu)相似度的評(píng)價(jià)、模糊評(píng)價(jià)等。其中基于結(jié)構(gòu)相似度的評(píng)價(jià)應(yīng)用最為廣泛，它是利用人類(lèi)高層視覺(jué)對(duì)圖像結(jié)構(gòu)敏感的特性，從亮度、對(duì)比度、結(jié)構(gòu)三方面的相似度來(lái)衡量失真圖像與原始圖像的視覺(jué)差異，但人體視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于圖像結(jié)構(gòu)的處理過(guò)程極為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)相似度只描述了人體視覺(jué)系統(tǒng)的某一方面特性，其評(píng)價(jià)指標(biāo)與圖像失真類(lèi)型和圖像本身的內(nèi)容相關(guān)性較強(qiáng)，所以許多時(shí)候與主觀評(píng)價(jià)差異很大。事實(shí)上，超分辨率重建的目的是重構(gòu)圖像高頻信息、擴(kuò)展空間分辨率，因此超分辨率重建圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是評(píng)估重建后圖像中有效信息量的增加程度和由重建產(chǎn)生的模糊、振鈴效應(yīng)等無(wú)效信息的影響程度，本發(fā)明就建立了一種僅依靠重建前后圖像自身信息評(píng)估圖像空間分辨率提高程度的超分辨率重建圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種科學(xué)合理，適用性強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)超分辨率重建圖像中有效信息量的增加程度和無(wú)效信息的影響程度，評(píng)價(jià)結(jié)果與人類(lèi)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果相一致的超分辨率重建圖像質(zhì)量Contourlet變換域評(píng)價(jià)方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種超分辨率重建圖像質(zhì)量Contourlet域評(píng)價(jià)方法，其特征是，它包含以下步驟：

1)對(duì)原始低分辨率圖像和超分辨率重建圖像分別進(jìn)行非降采樣Contourlet變換NSCT，得到變換域的方向子帶系數(shù)圖像；

2)以圖像在某尺度各個(gè)方向的歸一化子帶能量作為概率在Contourlet域定義圖像方向熵，利用方向熵計(jì)算各子帶圖像能量分布，以重建前后能量分布的變化度為標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)超分辨率重建后圖像細(xì)節(jié)信息的增加程度記為重建熵因子，對(duì)于尺度l的i方向子帶圖像I_l,i，c_k(l,i)為該子帶的第k個(gè)Contourlet系數(shù)，則根據(jù)該尺度i方向的歸一化子帶能量P_l,i作為概率計(jì)算該子帶方向熵H_i的公式定義如下：

H_i＝-P_l,ilog₂P_l,i????(2)；

3)根據(jù)Contourlet系數(shù)的特點(diǎn)，將重建圖像中的像素分為強(qiáng)邊緣、弱邊緣和噪聲，強(qiáng)邊緣系數(shù)在圖像的各尺度間相對(duì)穩(wěn)定，因此用Contourlet域尺度間的相關(guān)程度來(lái)確定，相關(guān)性大于閾值的標(biāo)記為強(qiáng)邊緣，對(duì)于小系數(shù)，根據(jù)各系數(shù)在同一尺度內(nèi)的相關(guān)性來(lái)區(qū)分弱邊緣與噪聲并標(biāo)記；

4)對(duì)于強(qiáng)邊緣像素根據(jù)重建前后邊緣像素鄰域內(nèi)的系數(shù)變化來(lái)評(píng)價(jià)振鈴效應(yīng)的嚴(yán)重程度，對(duì)于弱邊緣像素評(píng)價(jià)其模糊程度，分別得到振鈴因子和模糊因子兩個(gè)質(zhì)量指標(biāo)；

5)融合熵因子、振鈴因子和模糊因子這三個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，得到統(tǒng)一的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

本發(fā)明的一種超分辨率重建圖像質(zhì)量Contourlet變換域評(píng)價(jià)方法，利用圖像在Contourlet變換域系數(shù)的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)超分辨率重建圖像中有效信息量的增加程度和無(wú)效信息的影響程度，整體性能優(yōu)于PSNR和基于結(jié)構(gòu)相似度的評(píng)價(jià)，尤其對(duì)高斯模糊和白噪聲的評(píng)價(jià)優(yōu)勢(shì)較為明顯，評(píng)價(jià)結(jié)果與人類(lèi)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果相一致，具有方法科學(xué)合理，適用性強(qiáng)，應(yīng)用效果好等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明