基于四元数离散余弦变换的彩色图像质量评价方法技术

技术编号:17781073 阅读:96 留言:0更新日期:2018-04-22 10:21
本发明专利技术公开了一种基于四元数离散余弦变换的彩色图像质量评价方法,主要解决现有彩色图像质量客观评价与主观评价一致性不高的问题。其实现方案包括:1)利用四元数矩阵表示彩色图像的色彩三通道信息;2)利用四元数离散余弦变换得到图像的系数;3)根据空间频率位置将得到的四元数色彩频谱系数划分为不同的子带;4)计算原始图像和失真图像子带之间的相似性,并通过加权融合获取图像质量。本发明专利技术计算简单,实验结果表明,本发明专利技术将利用四元数对彩色图像的三通道进行整体处理,能够更有效、准确地对彩色图像进行质量评价,可用于彩色图像的压缩、存储、传输中对彩色图像的处理。

【技术实现步骤摘要】
基于四元数离散余弦变换的彩色图像质量评价方法
本专利技术属于彩色图像处理
,特别是一种彩色图像质量评价方法,可用于彩色图像压缩、存储、传输中对彩色图像的处理。
技术介绍
随着大数据时代的到来,多媒体信息正已前所未有的速度呈现爆炸式的增长。彩色图像作为多媒体信息中应用最广泛的媒介之一,可对客观世界进行了真实而生动的描述,与灰度图像相比,彩色图像承载的信息更真切、丰富。为了使彩色图像在实际中得到更好的应用,在许多与我们生活密切联系的领域,如生物医学方面、视频多媒体方面、安防监控方面等领域广泛发挥其重要作用,对彩色图像的质量做出量化评估,具有很重要的应用价值。对于彩色图像而言,最初的将灰度域的质量评价算法扩展到颜色域大多是把彩色图像的R,G,B色彩通道分离开来,然后分别对每个通道利用针对灰度域图像的某一质量评价算法进行计算,最后把R,G,B通道的结果进行线性叠加,形成评价测度。但人类的视觉对图像颜色的感知并不是简单的叠加,这样得到的评价指标也与人类主观感受极不相符。因此,学者们开始对用合理的数学模型表征不同色彩间的差异性、提取与色彩变化高度相关的全局或局部特征、模拟人眼对颜色感知的部分功能等问题展开探索,推进了彩色图像质量评价的发展。在这些彩色图像质量评价方法中,四元数是一种快速有效地进行彩色图像处理的工具。Kolaman等人借用数学中四元数空间的概念,将彩色图像中任一像素点R,G,B三个通道的值均用一个实四元数表达,再利用其矢量空间的数学计算公式,通过结构相似性,定义像素点间的相关性,从而预测图像的质量。Wang等人利用概率分布,通过分析图像R,G,B通道的局部方差变量,先构造四元数的系数,再根据四元数矩阵表征图像的结构信息,最后对矩阵进行分解,将奇异值间的相似性作为图像质量的评价测度。Zhang等人基于QTMs(QuaternionTchebichefoment)提出了一种全参的彩色图像质量评价方法,通过QTMs度量图像颜色和结构的失真,在这个过程中作者考虑到QTMs对高质量的失真是不敏感的,梯度和亮度被用来做补充特征,最终通过加权和池化获得图像质量。但是上述方法由于均没有考虑到彩色失真对彩色图像四元数频谱特性的影响,故不能对彩色失真进行有效地度量,且现有的大多数彩色图像质量评价方法在性能指标上与实际使用需求仍有较大距离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足,提出一种基于四元数离散余弦变换的彩色图像质量评价方法,以利用四元数矩阵表征彩色图像的三通道值,并结合四元数离散余弦变换,更有效、更准确地对彩色图像进行质量评价。为实现上述目的,本专利技术的技术方案包括如下:(1)利用原始图像和失真图像的色彩三通道信息分别构造大小为X*Y的和的四元数矩阵,表示原始图像的四元数矩阵,表示失真图像的四元数矩阵,X,Y分别表示图像的长和宽,x,y表示像素所在图像的位置;(2)对原始图像和失真图像进行8*8的局部四元数离散余弦变换,分别获取原始图像的四元数频谱系数和失真图像的四元数频谱系数其中,R表示原始图像,D表示失真图像,L表示局部区域,(r,s)表示像素在局部图像块中的位置,r表示像素局部图像中的行,s表示像素在局部图像中的列,μq是纯四元数,满足μq2=-1,表示在对原始图像进行局部四元数离散余弦变换时的图像局部块,表示在对失真图像进行局部四元数离散余弦变换时的图像局部块,X,Y分别表示图像的长和宽,和的定义如下:的定义如下:(3)提取四元数频谱系数相同位置的系数组成64个四元数子带;(4)利用如下公式来量化原始图像和失真图像间四元数交流子带相似性QDSSm,n(x,y)和四元数直流子带相似QDSS0,0(x,y):其中,m,n表示子带位置,和分别表示原始图像和失真图像的子带m,n的四元数局部标准差,表示原始图像和失真图像直流子带的协方差,C为大于100小于1000的常量;(5)将原始图像和失真图像不同子带的四元数相似度进行加权融合,来得到最终的质量评价值Q:其中,wm,n是每个通道对失真感知影响的权重参数,通过高斯加权函数来得到wm,n,高斯函数的标准差是本专利技术具有以下优点:1)评价结果更加准确现有的技术均没有考虑到彩色失真对彩色图像四元数频谱特性的影响,故不能对彩色失真进行有效地度量。本专利技术对原始图像和失真图像进行8*8的局部四元数离散余弦变换,分别获取到原始图像和失真图像的四元数频谱系数,利用频谱系数衡量出彩色失真对彩色图像四元数频谱特性的影响,能更加准确的评价彩色图像的质量。2)评价结果更加合理现有的图像质量评价算法多数是针对于灰度图像而设计的,由于灰度图像像素性质是标量,如果将这类算法直接应用于彩色失真图像,得到的评价结果与主观感知相差甚远。本专利技术根据图像的R,G,B三个通道,利用一个纯四元数来表示图像的彩色像素,并利用四元数的矢量特性定义原始图像和失真图像像素间的相似性,从而评价失真图像的质量更加合理。3)专利技术计算简单,与主观质量评价具有较高一致性,充分利用彩色图像的矢量特性对其进行质量评价,相对传统算法更高效、更准确。附图说明图1是本专利技术的实现流程图;图2是在TID2013数据库上6种不同类型的颜色失真图像;图3是使用本专利技术对TID2013数据库上所有彩色失真图像的客观评价结果与主观评价结果的对比图。具体实施方式本实例分为四部分:第一部分是利用四元数矩阵表示原始图像和失真图像三色通道值;第二部分是对原始图像和失真图像进行8*8局部四元数离散余弦变化,得到图像的四元数频谱系数;第三部分是提取不同块相同位置相同频率的四元数频率系数组成64个四元数子带,采取不同的相似度计算方法来获得原始图像和失真图像间交流系数和直流系数的子带相似性;第四部分是将所有子带的相似性进行加权融合,计算原始图像和失真图像的子带相似性,得到最终的质量评价值。参照图1,本专利技术的实现步骤如下:步骤1.四元数定义原始图像和失真图像中的彩色像素。四元数,是由爱尔兰数学家哈密顿在1843年专利技术的数学概念,它是简单的超复数。四元数q包含一个实数和三个虚数位,其表示如下:q=a+bi+cj+dk,其中a,b,c,d属于实数,i,j,k表示三个虚数单位,同时满足i2=j2=k2=-1。由于彩色图像由r,g,b三个通道组成,因此,可利用色彩三通道信息构造大小为X*Y的原始图像四元数矩阵和失真图像的四元数矩阵其步骤如下:(1.1)利用一个纯四元数分别表示一个原始图像的彩色像素qR(x,y)和失真图像的彩色像素qD(x,y):qR(x,y)=rR(x,y)i+gR(x,y)j+bR(x,y)kqD(x,y)=rD(x,y)i+gD(x,y)j+bD(x,y)k其中,x,y表示像素所在图像的位置,qR(x,y)表示原始图像中位于(x,y)位置的四元数,rR(x,y)表示原始图像的r通道中位于(x,y)位置的像素,gR(x,y)表示原始图像的g通道中位于(x,y)位置的像素,bR(x,y)表示原始图像的b通道中位于(x,y)位置的像素;qD(x,y)表示失真图像中位于(x,y)位置的四元数,rD(x,y)表示失真图像的r通道中位于(x,y)位置的像素,gD(x,y)表示失真图像的g通道中位于(x,y)位置的像素,bD(x,y)表示失真本文档来自技高网
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基于四元数离散余弦变换的彩色图像质量评价方法

【技术保护点】
一种基于四元数离散余弦变换的彩色图像质量评价方法,包括:(1)利用原始图像和失真图像的色彩三通道信息分别构造大小为X*Y的

【技术特征摘要】
1.一种基于四元数离散余弦变换的彩色图像质量评价方法,包括:(1)利用原始图像和失真图像的色彩三通道信息分别构造大小为X*Y的和的四元数矩阵,表示原始图像的四元数矩阵,表示失真图像的四元数矩阵,X,Y分别表示图像的长和宽,x,y表示像素所在图像的位置;(2)对原始图像和失真图像进行8*8的局部四元数离散余弦变换,分别获取原始图像的四元数频谱系数和失真图像的四元数频谱系数其中,R表示原始图像,D表示失真图像,L表示局部区域,(r,s)表示像素在局部图像块中的位置,r表示像素局部图像中的行,s表示像素在局部图像中的列,μq是纯四元数,满足μq2=-1,表示在对原始图像进行局部四元数离散余弦变换时的图像局部块,表示在对失真图像进行局部四元数离散余弦变换时的图像局部块,X,Y分别表示图像的长和宽,和的定义如下:的定义如下:(3)提取四元数频谱系数相同位置的系数组成64个四元数子带;(4)利用如下公式来量化原始图像和失真图像间四元数交流子带相似性QDSSm,n(x,y)和四元数直流子带相似QDSS0,0(x,y):其中,m,n表示子带位置,和分别表示原始图像和失真图像的子带m,n的四元数局部标准差,表示原始图像和失真图像直流子带的协方差,C为大于100小于1000的常量;(5)将原始图像和...

【专利技术属性】
技术研发人员:路文吝冰杰沙丰周自衡汪锐贺然姚晶晶
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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