一种无参考高动态范围图像客观质量评价方法技术

本发明专利技术公开了一种无参考高动态范围图像客观质量评价方法，其将图像表示成三阶张量，由于色度信息在高动态范围图像质量评价中具有重要作用，因此利用张量分解中的Tucker分解算法，对失真高动态范围图像进行张量分解，得到融合了亮度失真和色度失真的第1个通道作为第一特征图像，在第一特征图像上提取失真信息，与仅在亮度通道上提取失真信息相比，第一特征图像还包含了色度通道的失真，同时数据量又与亮度通道相同，不会增加额外的数据量；将第一特征图像中提取的张量域感知特征向量与支持向量回归训练模型结合，得到失真高动态范围图像的客观质量评价值，从而实现了无参考的高动态范围图像的客观质量评价，评价效果显著提高，且其不需要参考图像。

An objective quality evaluation method for high dynamic range images without reference

【技术实现步骤摘要】
一种无参考高动态范围图像客观质量评价方法
本专利技术涉及一种图像质量评价方法，尤其是涉及一种基于张量域感知特征的无参考高动态范围图像客观质量评价方法。
技术介绍
高动态范围(HighDynamicRange，HDR)成像技术的发展改变了传统的图像显示方式，其能够带给人们更真实的视觉体验。然而图像在采集、压缩、存储和传输过程中，不可避免地会引入降质。图像质量直接反映了用户的体验质量，降低甚至彻底杜绝降质是图像消费者的共同愿望，对高动态范围图像的质量评价进行研究能够有效帮助解决一些降质问题。图像质量评价从方法上可分为主观质量评价方法和客观质量评价方法，主观质量评价方法耗时多、费用高、难以操作，因此，需要建立合适的客观质量评价模型对图像质量进行预测。高动态范围图像的客观质量评价方法可分为基于低动态范围(LowDynamicRange，LDR)图像质量评价的高动态范围图像质量评价方法和针对高动态范围图像设计的质量评价方法。传统的低动态范围图像质量评价方法，如MSE(PSNR)、SSIM、MSSIM、VIF、VSNR等，这些方法不能直接用于高动态范围图像的质量评价，因为这些方法都是在假定图像的像素值和人眼感知的像素值满足线性关系的条件下设计的，而这在高动态范围图像中并不成立。基于低动态范围图像质量评价的高动态范围图像质量评价方法需要先对图像进行log运算或PU编码预处理，使得图像的像素值和人眼感知的像素值大致满足线性关系，再使用低动态范围图像的质量评价方法，该方法经过log运算或PU编码预处理后，虽然评价效果有了大幅提升，但是有待进一步提高，因为它们不能体现高动态范围图像在动态范围、对比度提高之后，具有的与低动态范围图像不同的视觉注意力机制。目前，针对高动态范围图像设计的质量评价方法只有几种，典型的有Mantiuk等提出的视觉差异预测方法HDR-VDP-2及其权重优化的HDR-VDP-2.2方法，以及针对高动态范围视频质量评价设计的HDR-VQM方法。这几种方法都很好的模拟了人眼对高动态范围图像的高亮度范围的感知，得到了广泛地应用。但是，这几种方法都是全参考的高动态范围图像质量评价方法，需要参考图像和失真图像，然而在实际应用中，参考图像往往是不可获取或不存在的。目前，对无参考高动态范围图像客观质量评价方法的研究还比较缺乏。因此，对无参考高动态范围图像的质量进行准确评价是一个迫切需要解决的问题。优秀的高动态范围图像客观质量评价方法应能够很好地反映人眼视觉感知特性，人眼对图像失真的感知是色度失真和亮度失真共同作用的结果，上述针对高动态范围图像设计的全参考客观质量评价方法都只考虑了亮度失真，忽略了色度失真，这与人眼视觉感知不符，尤其对色彩鲜明的高动态范围图像。张量可以完整地表示图像数据并且有效保持图像数据的内在结构，且使用自回归模型可以有效模拟人脑对图像的感知生成，因此研究一种基于张量域感知特征的无参考高动态范围图像客观质量评价方法很有必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无参考高动态范围图像客观质量评价方法，其能够有效地提高客观评价结果与主观感知之间的一致性。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无参考高动态范围图像客观质量评价方法，其特征在于包括以下步骤：①将待评价的失真高动态范围图像记为Idis；然后将Idis表示成三阶张量的形式，记为Vdis；接着利用张量的Tucker3分解算法对Vdis进行3模式积运算，得到Vdis的核张量，记为Gdis；再将Gdis的第1个通道作为Idis的第一特征图像，记为Gdis1；其中，Idis的宽度为W且高度为H，Gdis、Gdis1的宽度也均为W、高度也均为H；②将Gdis1中的所有像素点的像素值线性映射到专用于显示高动态范围图像的显示器的设定亮度范围0.03cd/m2～4250cd/m2内，将得到的线性映射图像记为Gdis1#；然后计算Gdis1#中亮度值超过2400cd/m2的像素点的总个数占Gdis1#中的所有像素点的总个数的比例，记为Rglobal；并计算Gdis1#的动态范围，记为DRglobal，再将Rglobal和DRglobal联合，得到Idis的全局亮度感知特征向量，记为fglobal，fglobal＝[Rglobal,DRglobal]；其中，Lmax表示Gdis1#中的所有像素点的亮度值按从大到小的顺序排列再去除前μ％和后μ％的亮度值后剩下的所有亮度值中的最大亮度值，Lmin表示Gdis1#中的所有像素点的亮度值按从大到小的顺序排列再去除前μ％和后μ％的亮度值后剩下的所有亮度值中的最小亮度值，5≤μ≤15；③将Gdis1划分成m×n个互不重叠的尺寸大小为的图像块，将Gdis1中的第i个图像块记为其中，m表示Gdis1在横向上包含的图像块的数目，n表示Gdis1在纵向上包含的图像块的数目，符号为向下取整运算符号，1≤i≤N，N表示Gdis1中包含的图像块的总数目，N＝m×n；④将Gdis1中的每个图像块中的所有像素点的像素值线性映射到专用于显示高动态范围图像的显示器的设定亮度范围0.03cd/m2～4250cd/m2内，得到Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像，将对应的线性映射图像记为然后计算Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像中亮度值超过2400cd/m2的像素点的总个数占Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像中的所有像素点的总个数的比例，将中亮度值超过2400cd/m2的像素点的总个数占中的所有像素点的总个数的比例记为并计算Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像的动态范围，将的动态范围记为再将Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像中亮度值超过2400cd/m2的像素点的总个数占Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像中的所有像素点的总个数的比例和Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像的动态范围联合，得到Idis中与Gdis1中的每个图像块位置对应且尺寸大小相同的区域的第一局部亮度感知特征向量，将Idis中与位置对应且尺寸大小相同的区域的第一局部亮度感知特征向量记为由和联合得到，其中，表示中的所有像素点的亮度值按从大到小的顺序排列再去除前μ％和后μ％的亮度值后剩下的所有亮度值中的最大亮度值，表示中的所有像素点的亮度值按从大到小的顺序排列再去除前μ％和后μ％的亮度值后剩下的所有亮度值中的最小亮度值，5≤μ≤15；⑤对Gdis1中的每个图像块的四周向上、向下各填充h行0像素，向左、向右各填充h列0像素，得到Gdis1中的每个图像块对应的扩充图像，扩充图像的宽度为且高度为将对应的扩充图像记为然后以块步长为1，将每幅扩充图像划分成个相互重叠的尺寸大小为(2h+1)×(2h+1)的方块，将中的第j个方块记为接着将每幅扩充图像中的所有方块的中心像素点的像素值按序排列构成一个列向量，将中的所有方块的中心像素点的像素值按序排列构成的列向量记为并将每幅扩充图像中的每个方块中除中心像素点外的其余所有像素点的像素值按序排列构成一个行向量，将中除中心像素点外的其余所有像素点的像素值按序排列构成的行向量记为再将每幅扩充图像中的所有方块对应的行向量排列构成一个矩阵，将中的所有方块对应的行向量排列构成的矩阵记为其中，min(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无参考高动态范围图像客观质量评价方法，其特征在于包括以下步骤：①将待评价的失真高动态范围图像记为Idis；然后将Idis表示成三阶张量的形式，记为Vdis；接着利用张量的Tucker3分解算法对Vdis进行3模式积运算，得到Vdis的核张量，记为Gdis；再将Gdis的第1个通道作为Idis的第一特征图像，记为Gdis1；其中，Idis的宽度为W且高度为H，Gdis、Gdis1的宽度也均为W、高度也均为H；②将Gdis1中的所有像素点的像素值线性映射到专用于显示高动态范围图像的显示器的设定亮度范围0.03cd/m

【技术特征摘要】
1.一种无参考高动态范围图像客观质量评价方法，其特征在于包括以下步骤：①将待评价的失真高动态范围图像记为Idis；然后将Idis表示成三阶张量的形式，记为Vdis；接着利用张量的Tucker3分解算法对Vdis进行3模式积运算，得到Vdis的核张量，记为Gdis；再将Gdis的第1个通道作为Idis的第一特征图像，记为Gdis1；其中，Idis的宽度为W且高度为H，Gdis、Gdis1的宽度也均为W、高度也均为H；②将Gdis1中的所有像素点的像素值线性映射到专用于显示高动态范围图像的显示器的设定亮度范围0.03cd/m2～4250cd/m2内，将得到的线性映射图像记为Gdis1#；然后计算Gdis1#中亮度值超过2400cd/m2的像素点的总个数占Gdis1#中的所有像素点的总个数的比例，记为Rglobal；并计算Gdis1#的动态范围，记为DRglobal，再将Rglobal和DRglobal联合，得到Idis的全局亮度感知特征向量，记为fglobal，fglobal＝[Rglobal,DRglobal]；其中，Lmax表示Gdis1#中的所有像素点的亮度值按从大到小的顺序排列再去除前μ％和后μ％的亮度值后剩下的所有亮度值中的最大亮度值，Lmin表示Gdis1#中的所有像素点的亮度值按从大到小的顺序排列再去除前μ％和后μ％的亮度值后剩下的所有亮度值中的最小亮度值，5≤μ≤15；③将Gdis1划分成m×n个互不重叠的尺寸大小为的图像块，将Gdis1中的第i个图像块记为其中，m表示Gdis1在横向上包含的图像块的数目，n表示Gdis1在纵向上包含的图像块的数目，符号为向下取整运算符号，1≤i≤N，N表示Gdis1中包含的图像块的总数目，N＝m×n；④将Gdis1中的每个图像块中的所有像素点的像素值线性映射到专用于显示高动态范围图像的显示器的设定亮度范围0.03cd/m2～4250cd/m2内，得到Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像，将对应的线性映射图像记为然后计算Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像中亮度值超过2400cd/m2的像素点的总个数占Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像中的所有像素点的总个数的比例，将中亮度值超过2400cd/m2的像素点的总个数占中的所有像素点的总个数的比例记为并计算Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像的动态范围，将的动态范围记为再将Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像中亮度值超过2400cd/m2的像素点的总个数占Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像中的所有像素点的总个数的比例和Gdis1中的每个图像块对应的线性映射图像的动态范围联合，得到Idis中与Gdis1中的每个图像块位置对应且尺寸大小相同的区域的第一局部亮度感知特征向量，将Idis中与位置对应且尺寸大小相同的区域的第一局部亮度感知特征向量记为由和联合得到，其中，表示中的所有像素点的亮度值按从大到小的顺序排列再去除前μ％和后μ％的亮度值后剩下的所有亮度值中的最大亮度值，表示中的所有像素点的亮度值按从大到小的顺序排列再去除前μ％和后μ％的亮度值后剩下的所有亮度值中的最小亮度值，5≤μ≤15；⑤对Gdis1中的每个图像块的四周向上、向下各填充h行0像素，向左、向右各填充h列0像素，得到Gdis1中的每个图像块对应的扩充图像，扩充图像的宽度为且高度为将对应的扩充图像记为然后以块步长为1，将每幅扩充图像划分成个相互重叠的尺寸大小为(2h+1)×(2h+1)的方块，将中的第j个方块记为接着将每幅扩充图像中的所有方块的中心像素点的像素值按序排列构成一个列向量，将中的所有方块的中心像素点的像素值按序排列构成的列向量记为并将每幅扩充图像中的每个方块中除中心像素点外的其余所有像素点的像素值按序排列构成一个行向量，将中除中心像素点外的其余所有像素点的像素值按序排列构成的行向量记为再将每幅扩充图像中的所有方块对应的行向量排列构成一个矩阵，将中的所有方块对应的行向量排列构成的矩阵记为其中，min()为取最小值函数，的维数为表示中的第1个方块的中心像素点的像素值，表示的中心像素点的像素值，表示中的第个方块的中心像素点的像素值，也为中的所有像素点的像素值按序排列构成的列向量，的维数为1×(L-1)，L表示每幅扩充图像中的每个方块中包含的像素点的总数目，L＝(2h+1)×(2h+1)，的维数为表示中的第1个方块中除中心像素点外的其余所有像素点的像素值按序排列构成的行向量，表示中的第个方块中除中心像素点外的其余所有像素点的像素值按...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁梅，邹良涛，蒋刚毅，陈芬，彭宗举，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33