基于均匀计色制的彩色图像质量评价

摘要

人类社会已步入信息时代，获取信息的途径主要是通过视觉、听觉、触角、味觉及嗅觉。据有关学者统计，视觉信息约占全部信息的70％，而视觉信息的获取主要表现为图像。现代社会中，图像信息在许多领域得到了广泛的应用，如数字电视、会议电视和可视电话等数字图像处理系统，已经进入千家万户的日常生活。随着电视技术、通信技术和计算机技术的迅速发展，数字图像系统标准的相继完善，图像质量的评价方法的“瓶颈”效应正在逐步显露。图像质量的评价标准包含两类：主观评价标准和客观评价标准。图像质量的主观评价方法是指通过召集一批人给指定图像打分，按数理统计的方法处理，来衡量图像的视觉效果；客观评价方法通过一系列仪器测量参数确定图像的物理损伤量。主观评价法无法做到实时处理，客观评价法无法对图像的视觉感觉直观评价。由于图像最终是取决于观看者的满意程度，国际公认的是主观评价标准(MOS：Mean OpinionScore)，因而限制了图像处理相关技术的发展及其工程应用。 目前，将图像质量主观评价方法与客观评价方法有机地结合起来研究图像质量，已成为图像质量研究领域新的发展方向，国内外学者做了大量的研究工作。总体来说，与视觉相关的图像质量评价已经成为一个新的活跃的研究方向，从发表论文和视频质量专家组 (VQEG：Video Quality Experts Group)公布的模型及其测试结果来看，图像质量评价方法大致可以分为三种类型：基于视觉感知的、基于视觉兴趣度的和基于结构化的图像评价方法。在分析三类图像质量评价方法的过程中，我们注意到：文献资料表明，与视觉相关的彩色图像质量评价方法甚少，仅限于将色差信号类比亮度信号的方法处理，并没有直接从对应色调和饱和度的角度进行研究，不利于彩色测试图像的获取，以及与视觉特性匹配方法的探讨。为此，我们在本论文中设计了一种基于均匀计色制的彩色图像质量评价方法，它主要包含了如下几个方面的研究： 1．传统的图像质量评价方法 主要分为图像的主观评价法和图像的客观评价法两大类。而近代的图像质量评价方法，则可细分为基于视觉感知的评价方法，基于视觉兴趣的评价方法，基于视觉结构化的评价方法和基于视觉信息的评价方法。本文分析了每种方法的优缺点，并将其进行了分类和总结。 2．基于均匀计色制的彩色图像质量评价 在介绍了光特性及彩色视觉原理，常见色彩模型以及三种计色制原理与色度图的基础上，本文重点研究了CIE1976L<'*>a<'*>b<'*>均匀颜色空间和CIE1976 L<'*>a<'*>b<'*>色差公式并将其推广至常用的CIEDE2000色差公式。 3．为确切表示一幅彩色图像，必须采用三个参量：亮度、色调和饱和度。然而由于描述彩色最直接的色度(色调和饱和度)参数计算涉及的处理方法繁杂，国际上目前一般采用两个色差信号来表示色度参数。但是色差信号物理含义终归不如色度参数中的色调和饱和度直观。为此，本文建立了一个通用的亮度、色调和饱和度计算程序。该方法使得一幅彩色图像可以用亮度、色调和饱和度三个参数来确切表示，这样有利于新的数字视频信号设计、编码和图像质量评价的进一步研究。 4．目前国际上彩色测试图像信号的设计 主要是依据模长和相角类比色调和饱和度定义来进行设计的，然而由于模长和相角的概念并不能直接反映测试信号的色度物理含义，限制了与色度图的接轨，以及与视觉相关测试图像方法的进一步研究。为此，本文在解决了色度参数计算问题的基础上，依据电视学色度图的定义，给出了一种基于三要素的测试图像信号设计方法。该方法可以满足不同类型和编码方式的电视测试信号的要求。 5．通过利用CIE2000色差标准，充分考察色差视觉感受，结合色差修正参数及其视觉感受效果，本文抓住彩色光三要素与XYZ计色制参数关系，通过XYZ色度图与均匀色度图的转换，建立了一种基于三要素的CIE2000图像测试信号设计方法。 6．本文讨论了CIE DE2000色差公式中色差修正参数的选择条件，并用大量的色差视觉感受实验总结出了CIE DE2000 色差公式与主观视觉的关系。这对于建立接近主观评价标准的客观评价方法标准提供了新的依据。 7．结合图像的主观评价标准和色差单位与主观感觉的关系，本文建立了一种新的色差单位与主观感觉的对照标准级，并给出实验的详细步骤，最后用大量的实例验证了给出的新的评价标准。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2图像质量

1.3传统的图像质量评价方法

1.3.1图像的主观评价

1.3.2图像的客观评价

1.4近代的图像质量评价方法

1.4.1基于视觉感知方法

1.4.2基于视觉兴趣的方法

1.4.3基于视觉结构化的方法

1.4.4基于视觉信息的方法

1.5本文的主要工作

1.6本章小结

第二章色度学基础

2.1光特性及彩色视觉

2.2常见色彩模型

2.3三基色原理与色度图

2.3.1 XYZ计色制

2.3.2显像三基色与亮度方程

2.4 CIE均匀颜色空间与色差公式

2.4.1均匀色标制

2.4.2色差公式

2.5本章小结

第三章彩色光三要素的计算

3.1色系数的插值

3.2色度区域的划分

3.3色调和饱和度

3.4监视器三要素应用示例

3.4.1色调与最大饱和度关系图

3.4.2色调与最大亮度关系图

3.5本章小结

第四章基于三要素的彩色测试图像设计

4.1显像三基色的计算

4.2显示器的限制条件

4.2.1最大饱和度

4.2.2最大亮度

4.3计算示例

4.3.1无关信号设计

4.3.2相关信号设计

4.4本章小结

第五章基于CIE DE2000的测试信号设计

5.1已知信号的三要素，计算三基色

5.2当饱和度差△C'和色调差△H′为0，计算亮度差△L′

5.2.1计算亮度差△L′

5.2.2实验结果

5.3当色调差△H′和亮度差△L为′0，计算饱和度差△C′

5.3.1计算饱和度差△C′

5.3.2实验结果

5.4当饱和度差△C′和亮度差△L′为0，计算色调差△H′

5.4.1计算色调差△H′

5.4.2实验结果

5.5本章小结

第六章CIE DE2000色差视觉感受实验

6.1 CIE DE2000色差公式的KL，Kc，KH的确定

6.2 CIE DE2000色差视觉感受实验

6.3本章小结

第七章彩色图像质量评价结果

7.1建立彩色图像质量评价标准

7.2彩色图像质量评价系统

7.3彩色图像质量评价实验结果

7.4本章小结

结束语

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文