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閱讀：59發(fā)布時(shí)間：2025-2-17
圖像質(zhì)量評價(jià)基本知識（三）（客觀評價(jià)方法）
圖像質(zhì)量的客觀評價(jià)方法是根據(jù)人眼的主觀視覺系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，并通過具體的公式計(jì)算圖像的質(zhì)量。傳統(tǒng)的圖像質(zhì)量客觀評價(jià)方法主要包括均方誤差（MSE，mean squared error）和峰值信噪比（PSNR，peak signal to noise rate）。均方誤差法首先計(jì)算原始圖像和失真圖像像素差值的均方值，然后通過均方值的大小來確定失真圖像的失真程度。計(jì)算公式如下：
其中 M、N為圖像的長和寬，fij表示原始圖像的像素值，fij'表示降質(zhì)后圖像的像素值。PSNR作為衡量圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)，基于通信理論而提出，是信號量與噪聲強(qiáng)度的比值。由于數(shù)字圖像都是以離散的數(shù)字表示圖像的像素，因此采用圖像的像素值來代替信號量。具體公式如下：
其中 L 為圖像中像素的灰度值，一般采用 255。
上述方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、嚴(yán)格，計(jì)算簡單，而且可以直接應(yīng)用于依據(jù)“MSE 最小”原則設(shè)計(jì)的圖像系統(tǒng)。因此，這類方法成為應(yīng)用泛的圖像質(zhì)量評價(jià)手段。但它的缺點(diǎn)也是顯而易見的。有文獻(xiàn)具體分析了 MSE 性能不穩(wěn)定的原因，并指出這一缺點(diǎn)是方法本身的缺陷，無法克服。PSNR 只在評價(jià)白噪聲失真圖像時(shí)效果良好，而在其它領(lǐng)域也會(huì)出現(xiàn)如 MSE 一樣的不穩(wěn)定現(xiàn)象，也有文獻(xiàn)對此進(jìn)行了深入分析。
對圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀評價(jià)時(shí)，根據(jù)對原始無失真圖像依賴程度的不同，可將圖像質(zhì)量的客觀評價(jià)算法分成三類：全參考（Full Reference, FR）圖像質(zhì)量評價(jià)、半?yún)⒖迹≧educed Reference, RR）圖像質(zhì)量評價(jià)和無參考（No Reference, NR）圖像質(zhì)量評價(jià)。全參考圖像質(zhì)量評價(jià)主要是將失真圖像和參考圖像逐像素進(jìn)行比較，得出對失真圖像的評價(jià)；半?yún)⒖嫉膱D像質(zhì)量評價(jià)是從原始圖像和失真圖像中分別提取圖像的有效特征，如圖像的梯度和直方圖，通過對有效特征進(jìn)行比較，得出對失真圖像的評價(jià)；無參考的圖像質(zhì)量評價(jià)則無需任何參考圖像的信息，直接提取失真圖像的某些失真因素特征，如圖像的邊界強(qiáng)度、噪聲率、模糊度等，圖像質(zhì)量評價(jià)最終取決于觀察者的感覺，所以不論采用上述哪種客觀評價(jià)方法，目標(biāo)都是追求客觀評價(jià)結(jié)果與人的主觀評價(jià)盡可能的一致，即客觀評價(jià)要以主觀評價(jià)為準(zhǔn)則。
客觀評價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)是速度快、費(fèi)用低、應(yīng)用領(lǐng)域廣，評價(jià)結(jié)果具有重現(xiàn)性，不受主觀因素的影響。缺點(diǎn)是目前只能在某些方面有限度的模仿人眼的主觀視覺系統(tǒng)，常會(huì)出現(xiàn)與主觀評價(jià)結(jié)果不一致的情況，不同的模型依據(jù)具體的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行不同的條件假設(shè)，難以建立適用于任何領(lǐng)域的數(shù)學(xué)模型。
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