基于脑电信号的图像失真阈值系数估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于脑电信号的图像失真阈值系数估计方法，主要解决现有技术没有充分考虑人类视觉特性造成图像质量评价准确率低的问题，其方案为，通过设计不同失真等级的刺激图像；采集受试者观察刺激图像引起的脑电信号；对采集后的脑电信号依次进行参考转换、基线校正、滤波和分段处理；对处理后的脑电信号计算受试者观察失真图像时判断准确率为50％的脑电信号阈值，得到受试者脑电信号阈值与图像失真等级的线性关系，估计出图像失真阈值系数。本发明专利技术充分考虑人类视觉感知特性，利用图像失真阈值系数，估计受试者在观察失真图像引起的脑电信号阈值，提高了图像质量评价的客观性和准确性，可用于图像质量评价、图像压缩及图像检测。

Estimation of Image Distortion Threshold Coefficient Based on EEG Signal

【技术实现步骤摘要】
基于脑电信号的图像失真阈值系数估计方法
本专利技术属于图像处理
，更进一步涉及一种图像失真阈值系数估计方法。可用于图像质量评价、图像压缩、图像检测及心理学行为研究。
技术介绍
随着显示技术的持续发展，现代社会消费者对于显示技术的要求越来越高，不仅要求屏幕大、图像清晰、色彩丰富这些基本的东西，消费者开始更多的关心更深层次的东西，例如观看图像的时候是否属实、是否是自己最希望达到的图像质量。也正因为如此，图像质量评价方面的研究随之成为显示技术研究的一个热点。图像质量评价方法分为主观评价和客观评价。主观评价以人作为观察者，对图像进行质量评价，力求能够真实反应人的视觉感知。但是其评价结果容易受到情绪、环境、喜好、经验等主观因素的影响。客观评价则是根据人眼的主观视觉系统建立数学模型，并通过具体的公式计算出图像的质量。但是由于人眼系统的复杂性，客观评价方法并没有与主观质量评价具有很好的一致性。西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于脑电信号的失真图像质量感知评价方法”(公开号：CN10760492A，公开日：2018年01月19日，申请日：2017年08月25日)中公开了一种基于脑电信号的失真图像质量感知评价方法。该方法通过设计研究实验范式，提取受试者的脑电信号，利用支持向量机分类器进行整理分类，研究人类脑电信号随图像质量变化的变化情况，得到更加客观的图像质量评价方法。但是该方法存在的不足之处是，没有给定具体的参考系数，而且没有充分考虑人类视觉特性，评价结果不够完善。XiwenLiu等人在其发表的论文“CalibratinghumanperceptionthresholdofvideodistortionusingEEG”(IEEEInternationalConferenceonImageProcessing.2018)中提出了一种应用脑电信号来评估人类感知视频失真的方法。该方法提取了由视频失真引起的事件相关电位，通过基于线性判别分析的分类方法，得到接收器操作特性的曲线下面积来测量P300成分的可分离性。通过将脑电信号与行为数据相关联，发现了失真的可感知性与P300成分的可分离性之间的S型关系，提供了用于校准视频失真的感知阈值的潜在生理方法。但是该方法仍然存在的不足之处是，没有获得普适的失真感知阈值与脑电信号关系，导致视频质量评价的准确性不高。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于脑电信号的图像失真阈值系数估计方法，以提高图像质量评价的准确性。本专利技术的技术方案是，针对现有图像质量评价方法中存在的局限性与不确定性，造成对人类视觉特性考虑不充分的问题，通过设计脑电实验研究范式，提取受试者的脑电信号，关联脑电信号与行为数据，估计不同失真程度图像的脑电信号可觉察阈值，得到图像失真程度与可觉察阈值之间的关系，从而获得图像失真阈值系数，其实现步骤包括如下：(1)设置刺激图像：(1a)采用嵌入水波纹的棋盘格图片作为刺激图像，以避免图像内容对图像质量感知的影响；(1b)设置刺激图像失真类型为高斯模糊；(1c)对刺激图像设置五个高斯模糊失真等级δ，获得五张基准刺激图像；(1d)对每张基准刺激图像再设置图像失真阈值附近的十个高斯模糊失真等级，获得总共五十张失真图像；(2)采集脑电信号：(2a)在实验环境状态下，对n个受试者分别施加基准刺激图像与失真图像两种刺激，n≥7，每一个受试者接受五组实验；(2b)使用脑电信号采集系统，分别记录每一组实验刺激图像引起的受试者脑电信号W；(3)提取单次脑电信号：(3a)对记录的受试者脑电信号W进行参考转换，得到转换后的脑电信号WZ；(3b)对转换参考后的脑电信号WZ进行基线校正，得到基线校正后的脑电信号WJ；(3c)使用巴特沃兹三阶滤波器，对基线校正后的脑电信号WJ进行滤波，得到滤波后的脑电信号WL；(3d)对滤波后的脑电信号WL进行分段，获得与基准刺激图像对应的单次脑电信号WB和与失真图像对应的单次脑电信号WD；(4)将脑电信号与行为数据进行关联：(4a)对于每一失真等级δ下受试者判断准确率为50％的单次脑电信号WD，找到波峰P以及潜伏期t，同时找到t时刻单次脑电信号WB的幅值Pt，得到受试者在相应失真程度下的脑电阈值：ΔP＝P-Pt；(4b)根据脑电阈值ΔP与五组实验中基准刺激图像的失真等级δ，得到图像失真阈值系数K：当K＝1.5时，一一对应的脑电阈值ΔP能与图像失真等级δ很好的拟合。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：第一，由于本专利技术提供了具体的图像失真阈值系数，克服了现有技术中基于脑电信号的质量感知中缺少具体参考系数的问题，使得本专利技术具有在结合脑电信号研究图像质量时得到的结果更加客观的优点。第二，由于本专利技术采集与感知质量阈值相对应的脑电信号，充分考虑了人类的视觉感知特性，克服了现有技术图像质量评价研究方法中没有充分考虑人类视觉特性，使得本专利技术具有在研究图像质量时更加符合人类主观评估的优点。第三，由于本专利技术在提取脑电信号时，采用嵌入水波纹的棋盘格图片作为实验刺激，避免了现有技术中图像内容对图像质量感知的影响，使得本专利技术具有在图像质量评价结果更为准确的优点。附图说明图1为本专利技术的实现总流程图；图2为本专利技术中对受试者进行实验的子流程图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的实施例做进一步的详细描述。参照图1，本专利技术的具体步骤如下。步骤1，设置刺激图像。下载XiwenLiu等人在其发表的论文“CalibratinghumanperceptionthresholdofvideodistortionusingEEG”(IEEEInternationalConferenceonImageProcessing.2018)中公布的嵌入水波纹的棋盘格图片，作为刺激图像，以避免图像内容对图像质量感知的影响；设置刺激图像失真类型为高斯模糊；对刺激图像设置五个高斯模糊失真等级δ,分别为0.5,1.5,2.5,3.5,4.5，获得五张基准刺激图像；对每张基准刺激图像再设置图像失真阈值附近的十个高斯模糊失真等级，分别为0，0.2,0.25,0.3,0.35,0.4,0.45,0.5,0.55,0.6，获得总共五十张失真图像。步骤2，采集脑电信号。参照图2，本步骤的具体实现如下：受试者端正坐在光线温和且温度适宜的房间中，佩戴64通道脑电信号采集系统，面对显示器，与显示器距离为48厘米；实验范式包括5个部分：注视点，基准刺激图像，失真图像，判断屏幕，黑屏；注视点使受试者将目光集中在屏幕中央，注视点呈现时间为0.8s；注视点消失之后，首先呈现基准刺激图像，然后在1s和1.5s之间通过随机时间切换图像，将基准刺激图像变为失真图像，并保证基准刺激图像和失真图像的显示总持续时间为2.5s，该随机时间切换图像可以使受试者集中注意力，避免产生习惯性判断；失真图像消失之后呈现判断屏幕，提示受试者按下键盘反映是否观察到失真；当受试者按下键盘之后呈现黑屏，表示即将呈现新的注视点，黑屏呈现时间为0.5s；使用脑电信号采集系统，分别记录每一组实验刺激图像引起的受试者脑电信号W。步骤3，提取单次脑电信号。3.1)对记录的受试者脑电信号W进行参考转换，从脑电信号采集系统中选取双侧乳突电极，并将所选取双侧乳突电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脑电信号的图像失真阈值系数估计方法，其特征在于，包括如下：(1)设置刺激图像：(1a)采用嵌入水波纹的棋盘格图片作为刺激图像，以避免图像内容对图像质量感知的影响；(1b)设置刺激图像失真类型为高斯模糊；(1c)对刺激图像设置五个高斯模糊失真等级δ，获得五张基准刺激图像；(1d)对每张基准刺激图像再设置图像失真阈值附近的十个高斯模糊失真等级，获得总共五十张失真图像；(2)采集脑电信号：(2a)在实验环境状态下，对n个受试者分别施加基准刺激图像与失真图像两种刺激，n≥7，每一个受试者接受五组实验；(2b)使用脑电信号采集系统，分别记录每一组实验刺激图像引起的受试者脑电信号W；(3)提取单次脑电信号：(3a)对记录的受试者脑电信号W进行参考转换，得到转换后的脑电信号WZ；(3b)对转换参考后的脑电信号WZ进行基线校正，得到基线校正后的脑电信号WJ；(3c)使用巴特沃兹三阶滤波器，对基线校正后的脑电信号WJ进行滤波，得到滤波后的脑电信号WL；(3d)对滤波后的脑电信号WL进行分段，获得与基准刺激图像对应的单次脑电信号WB和与失真图像对应的单次脑电信号WD；(4)将脑电信号与行为数据进行关联：(4a)对于每一失真等级δ下受试者判断准确率为50％的单次脑电信号WD，找到波峰P以及潜伏期t，同时找到t时刻单次脑电信号WB的幅值Pt，得到受试者在相应失真程度下的脑电阈值：ΔP＝P‑Pt；(4b)根据脑电阈值ΔP与五组实验中基准刺激图像的失真等级δ，得到图像失真阈值系数K：...

【技术特征摘要】
1.一种基于脑电信号的图像失真阈值系数估计方法，其特征在于，包括如下：(1)设置刺激图像：(1a)采用嵌入水波纹的棋盘格图片作为刺激图像，以避免图像内容对图像质量感知的影响；(1b)设置刺激图像失真类型为高斯模糊；(1c)对刺激图像设置五个高斯模糊失真等级δ，获得五张基准刺激图像；(1d)对每张基准刺激图像再设置图像失真阈值附近的十个高斯模糊失真等级，获得总共五十张失真图像；(2)采集脑电信号：(2a)在实验环境状态下，对n个受试者分别施加基准刺激图像与失真图像两种刺激，n≥7，每一个受试者接受五组实验；(2b)使用脑电信号采集系统，分别记录每一组实验刺激图像引起的受试者脑电信号W；(3)提取单次脑电信号：(3a)对记录的受试者脑电信号W进行参考转换，得到转换后的脑电信号WZ；(3b)对转换参考后的脑电信号WZ进行基线校正，得到基线校正后的脑电信号WJ；(3c)使用巴特沃兹三阶滤波器，对基线校正后的脑电信号WJ进行滤波，得到滤波后的脑电信号WL；(3d)对滤波后的脑电信号WL进行分段，获得与基准刺激图像对应的单次脑电信号WB和与失真图像对应的单次脑电信号WD；(4)将脑电信号与行为数据进行关联：(4a)对于每一失真等级δ下受试者判断准确率为50％的单次脑电信号WD，找到波峰P以及潜伏期t，同时找到t时刻单次脑电信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：何立火，武天妍，钟炎喆，高新波，路文，蔡虹霞，高帆，王颖，
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