相位一致性指导的全参考全景图像质量评价

目的 全景图像的质量评价和传输、处理过程并不是在同一个空间进行的,传统的评价算法无法准确地反映用户在观察球面场景时产生的真实感受,针对观察空间与处理空间不一致的问题,本文提出一种基于相位一致性的全参考全景图像质量评价模型。方法 将平面图像进行全景加权,使得平面上的特征能准确反映球面空间质量畸变。采用相位一致性互信息的相似度获取参考图像和失真图像的结构相似度。接着,利用相位一致性局部熵的相似度反映参考图像和失真图像的纹理相似度。将两部分相似度融合可得全景图像的客观质量分数。结果 实验在全景质量评价数据集OIQA（omnidirectional image quality assessment）上进行,在原始图像中引入4种不同类型的失真,将提出的算法与6种主流算法进行性能对比,比较了基于相位信息的一致性互信息和一致性局部熵,以及评价标准依据4项指标。实验结果表明,相比于现有的6种全景图像质量评估算法,该算法在PLCC（Pearson linear correlation coefficient）和SRCC（Spearman rank order correlation coefficient）指标上比WS-SSIM（weighted-to-spherically-uniform structural similarity）算法高出0.4左右,并且在RMSE（root of mean square error）上低0.9左右,4项指标最优,能够获得更好的拟合效果。结论 本文算法解决了观察空间和映射空间不一致的问题,并且融合了基于人眼感知的多尺度互信息相似度和局部熵相似度,获得与人眼感知更为一致的客观分数,评价效果更为准确,更加符合人眼视觉特征。     

基于深度学习的视频质量评价研究综述

视频质量评价(VQA)是以人眼的主观质量评估结果为依据,使用算法模型对失真视频进行评估。传统的评估方法难以做到主观评价结果与客观评价结果相一致。基于深度学习的视频质量评价方法无需加入手工特征,通过模型自主学习即可进行评估,对视频质量的监控和评价有重要意义,已成为计算机视觉领域的研究热点之一。首先对视频质量评价的研究背景和主要研究方法进行介绍;其次从全参考型和无参考型两方面介绍基于深度学习的客观质量评价方法,并且从所用的卷积神经网络模型对无参考型评价方法进行了分类比较;接着介绍视频质量评价算法的相关数据库和评价算法性能指标,并对算法性能进行比较;最后对目前视频质量评价研究存在的问题进行总结,并展望了该领域面临的挑战和未来发展方向。     

考虑双目竞争视觉现象的非对称失真立体图像质量评价方法

目的 现有方法存在特征提取时间过长、非对称失真图像预测准确性不高的问题,同时少有工作对非对称失真与对称失真立体图像的分类进行研究,为此提出了基于双目竞争的非对称失真立体图像质量评价方法。方法 依据双目竞争的视觉现象,利用非对称失真立体图像两个视点的图像质量衰减程度的不同,生成单目图像特征的融合系数,融合从左右视点图像中提取的灰度空间特征与HSV （hue-saturation-value）彩色空间特征。同时,量化两个视点图像在结构、信息量和质量衰减程度等多方面的差异,获得双目差异特征。并且将双目融合特征与双目差异特征级联为一个描述能力更强的立体图像质量感知特征向量,训练基于支持向量回归的特征—质量映射模型。此外,还利用双目差异特征训练基于支持向量分类模型的对称失真与非对称失真立体图像分类模型。结果 本文提出的质量预测模型在4个数据库上的SROCC （Spearman rank order correlation coefficient）和PLCC （Pearson linear correlation coefficient）均达到0.95以上,在3个非对称失真数据库上的均方根误差（root of mean square error,RMSE）取值均优于对比算法。在LIVE-II（LIVE 3D image quality database phase II）、IVC-I（Waterloo-IVC 3D image qualityassessment database phase I）和IVC-II （Waterloo-IVC 3D image quality assessment database phase II）这3个非对称失真立体图像测试数据库上的失真类型分类测试中,对称失真立体图像的分类准确率分别为89.91%、94.76%和98.97%,非对称失真立体图像的分类准确率分别为95.46%,92.64%和96.22%。结论 本文方法依据双目竞争的视觉现象融合左右视点图像的质量感知特征用于立体图像质量预测,能够提升非对称失真立体图像的评价准确性和鲁棒性。所提取双目差异性特征还能够用于将对称失真与非对称失真立体图像进行有效分类,分类准确性高。     

Bayer阵列图像去马赛克算法综述

Bayer阵列图像去马赛克技术是对稀疏采样的Bayer阵列图像进行RGB信息重建,图像重建质量是成像设备评价的重要因素之一,同时也对其他计算机视觉任务(如图像分割、人脸识别)产生影响。随着深度学习方法的快速发展,图像去马赛克领域提出了多种高性能算法。为了便于研究者更全面了解图像去马赛克算法的原理和研究进展,本文对该领域的经典算法和深度学习算法进行综述。首先对Bayer采样阵列原理和图像去马赛克技术进行概述。然后将现有方法分为传统方法和基于深度学习方法两类进行总结,同时根据去马赛克任务是否具有独立性,将深度学习方法分为独立去马赛克任务和联合去马赛克任务两类,分析不同方法的原理和优缺点,重点阐述基于深度学习的去马赛克方法的网络结构和重建机理,介绍去马赛克领域常用的公共数据集和性能评价指标,并对图像去马赛克相关实验进行分析对比。最后,围绕网络深度、运算效率和实用性等方面分析了现阶段图像去马赛克技术面临的挑战及未来发展方向。目前,基于深度学习的图像去马赛克方法已成为主流发展方向,但仍然存在计算成本较高、实际应用性不强等问题。因此,如何开发出重建精度高、处理时间短以及实用性强的图像去马赛克方法,是该领域未来重要的研究方向。     

超分辨率图像重建方法综述

由于广泛的实用价值与理论价值,超分辨率图像重建(Super-resolution image reconstruction, SRIR 或 SR)技术成为计算机视觉与图像处理领域的一个研究热点, 引起了研究者的广泛关注. 本文 将超分辨率图像重建问题按照不同的输入输出情况进行系统分类, 将超分辨率问题分为基于重建的超分辨率、视频超分辨率、 单帧图像超分辨率三大类. 对于其中每一大类问题, 分别全面综述了该问题的发展历史、常用算法的分类及当前的最新研究成果等 各种相关问题, 并对不同算法的特点进行了比较分析. 本文随后讨论了各不同类别超分辨率算法的互相融合和图像视频质量评价的方法, 最后给出了对这一领域未来发展的思考与展望.     

虚拟现实图像客观质量评价研究进展

随着科学技术的发展,虚拟现实(virtual reality,VR)技术逐渐渗透到医疗、教育、军事和娱乐等众多领域,并凭借在各个领域广阔的应用前景而受到广泛关注。鉴于视觉质量是决定VR技术能否成功应用的关键,且图像是VR应用最基础和最重要的视觉信息载体,VR图像质量评价已经成为质量评价领域的重要前沿性研究方向。与传统图像质量评价类似,VR图像质量评价可以分为主观质量评价和客观质量评价。由于客观质量评价相比主观质量评价具有成本低、稳定性高和应用范围广等优点,对VR图像客观质量评价的研究受到了国内外学者的高度重视。目前,关于VR图像客观质量评价的研究已经取得了一定进展,但是文献中缺少对该方向相关研究方法的综述。基于此,本文针对VR图像客观质量评价的研究进行概述。首先,对VR图像质量评价的研究现状进行分析。然后,重点对现有的VR图像客观质量评价模型进行综述。具体地,根据模型是否需要使用原始无失真图像信息作为参考,将现有的VR图像客观质量评价模型划分为全参考型和无参考型两大类。其中,全参考型方法进一步划分为基于峰值信噪比/结构相似度的方法和基于传统机器学习的方法。根据特征表达空间的不同,无参考型VR图像质量评价模型划分为3类：基于等矩形投影表达空间的方法、基于其他投影表达空间的方法和基于实际观看空间的方法。介绍完各类模型后,分别对其相应的优缺点进行分析。此外,本文对VR图像客观质量评价模型的性能评价指标和现有VR图像质量评价数据库进行了归纳。最后对VR图像客观质量评价模型的应用进行了介绍,并指出了未来的研究可能的发展方向。     

视觉场景描述及其效果评价

作为计算机视觉、多媒体、人工智能和自然语言处理等领域的交叉性研究课题,视觉场景描述的研究内容是自动生成一个或多个语句用于描述图像或视频中呈现的视觉场景信息.视觉场景中内容的丰富性和自然语言表达的多样性使得视觉场景描述成为一项充满挑战的任务,综述了现有视觉场景描述方法及其效果评价.首先,论述了视觉场景描述的定义、研究任务及方法分类,简要分析了视觉场景描述与多模态检索、跨模态学习、场景分类、视觉关系检测等相关技术的关系;然后分类讨论视觉场景描述的主要方法、模型及研究进展,归纳日渐增多的基准数据集;接下来,梳理客观评价视觉场景描述效果的主要指标和视觉场景描述技术面临的问题与挑战,最后讨论未来的应用前景.     

高斯混合模型、求解算法及视觉应用综述

高斯混合模型(GMMs)是统计学习理论的基本模型,在可视媒体领域应用广泛。近些年来,随着可视媒体信息的增长和分析技术的深入,GMMs在(纹理)图像分割、视频分析、图像配准、聚类等领域有了进一步的发展。从GMMs的基本模型出发,从理论和应用的角度讨论和分析了GMMs的求解算法,包括EM算法、变化形式等,论述了GMMs的模型选择问题:在线学习和模型约简。在视觉应用领域,介绍了GMMs在图像分段、视频分析、图像配准、图像降噪等领域的扩展模型与方法,详细地阐述了一些最新的典型模型的原理与过程,如用于图像分段的空间约束GMMs、图像配准中的关联点漂移算法。最后,讨论了一些潜在的发展方向与存在的困难问题。     

基于卷积神经网络的图像分割应用

近年来,计算机视觉领域随着深度学习的发展取得了长足进步,而该领域中卷积神经网络发挥了重要作用。计算机视觉领域的发展与物品识别检测、视频监控分析等息息相关,在日常生活和生产中具有重要作用。作为其最基本的算法之一,图像语义分割更是关键所在,只有保证图像语义分割,才能使后续算法正常执行分类或者识别命令。基于此,探讨了卷积神经网络在计算机视觉领域尤其是图像分割方面的应用,以提升图像分割算法的效率及效果。     

视频图像理解在客流统计中的应用

视频图像理解侧重于对时间序列进行分析,既涉及到图像的空间特性,也涉及到视频序列的时间特性,是目前计算机视觉领域的一个研究热点,而客流统计是视频图像理解的一个重要应用.提出了视频图像理解的层次结构,即视频图像分割、目标识别、场景和行为理解,同时对每个层次的操作对象、任务和技术领域进行描述,然后总结了客流统计方法的一些研究成果,将客流统计分成行人计数和人群密度估计两种问题,并利用该层次结构解决这个实际应用.     

基于多元特征的立体图像质量评价方法

立体图像质量评价（SIQA）是评估立体成像系统性能的一种有效方法。考虑到深度信息是立体图像的重要特征,提出一种结合卷积神经网络（CNN）与立体图像深度显著性特征的无参考SIQA方法。分别利用改进显著特征检测模型和高斯差分滤波器提取立体图像的显著特征和深度特征,并通过小波变换融合两者得到深度显著性特征。在此基础上,将深度显著性特征、对比度特征和亮度系数归一化特征作为输入特征对CNN进行模型训练,从而预测图像的质量分数。该方法在LIVE 3D IQA Phase Ⅰ、Phase Ⅱ、NBU 3D IQA图像库上的皮尔森线性相关系数分别为0.948、0.962、0.943,斯皮尔曼秩相关系数分别为0.937、0.961、0.902,在Phase II、NBU 3D IQA跨数据库上的斯皮尔曼秩相关系数分别为0.832、0.673。实验结果表明,该方法预测的质量分数符合人类主观感知,且具有较好的适用性和鲁棒性。     

无参考图像质量评价研究进展

图像质量评价一直是图像处理和计算机视觉领域的一个基础问题,图像质量评价模型也广泛应用于图像/视频编码、超分辨率重建和图像/视频视觉质量增强等相关领域。图像质量评价主要包括全参考图像质量评价、半参考图像质量评价和无参考图像质量评价。全参考图像质量评价和半参考图像质量评价分别指预测图像质量时参考信息完全可用和部分可用,而无参考图像质量评价是指预测图像质量时参考信息不可用。虽然全参考和半参考图像质量评价模型较为可靠,但在计算过程中必须依赖参考信息,使得应用场景极为受限。无参考图像质量评价模型因不需要依赖参考信息而有较强的适用性,一直都是图像质量评价领域研究的热点。本文主要概述2012—2020年国内外公开发表的无参考图像质量评价模型,根据模型训练过程中是否需要用到主观分数,将无参考图像质量评价模型分为有监督学习和无监督学习的无参考图像质量评价模型。同时,每类模型分成基于传统机器学习算法的模型和基于深度学习算法的模型。对基于传统机器学习算法的模型,重点介绍相应的特征提取策略及思想;对基于深度学习算法的模型,重点介绍设计思路。此外,本文介绍了图像质量评价在新媒体数据中的研究工作及图像质量评价的应用。最后对介绍的无参考图像质量评价模型进行总结,并指出未来可能的发展方向。     

基于生成感知差异的无参考图像质量评价模型

人眼视觉系统中的视觉感知差异是图像质量评价过程中的重要组成部分,通过感知失真图像与原始图像之间的视觉差异,可对图像的失真程度进行判断,然而在无参考图像质量评价中无法获取原始未失真的图像,且缺乏对失真图像的视觉感知差异。通过对深度学习中的生成对抗网络进行分析,提出一种基于生成视觉感知差异的无参考图像质量评价模型。利用生成对抗网络产生与失真图像相对应的视觉感知差异图像,并将其与失真图像输入质量评价网络以进一步学习图像的失真信息,从而达到评估图像质量的目的。在TID2008和TID2013数据库上的实验结果表明,与CNN、SOM、CORNIA等模型相比,该模型能够使失真图像质量预测准确度提升1个百分点以上,且对不同种类失真也表现出良好的预测性能。     

Scalable image quality assessment with 2D mel-cepstrum and machine learning approach

Measurement of image quality is of fundamental importance to numerous image and video processing applications. Objective image quality assessment (IQA) is a two-stage process comprising of the following: (a) extraction of important information and discarding the redundant one, (b) pooling the detected features using appropriate weights. These two stages are not easy to tackle due to the complex nature of the human visual system (HVS). In this paper, we first investigate image features based on two-dimensional (2D) mel-cepstrum for the purpose of IQA. It is shown that these features are effective since they can represent the structural information, which is crucial for IQA. Moreover, they are also beneficial in a reduced-reference scenario where only partial reference image information is used for quality assessment. We address the second issue by exploiting machine learning. In our opinion, the well established methodology of machine learning/pattern recognition has not been adequately used for IQA so far; we believe that it will be an effective tool for feature pooling since the required weights/parameters can be determined in a more convincing way via training with the ground truth obtained according to subjective scores. This helps to overcome the limitations of the existing pooling methods, which tend to be over simplistic and lack theoretical justification. Therefore, we propose a new metric by formulating IQA as a pattern recognition problem. Extensive experiments conducted using six publicly available image databases (totally 3211 images with diverse distortions) and one video database (with 78 video sequences) demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed metric, in comparison with seven relevant existing metrics.     

Perceptual quality assessment of SAR image compression

Image quality assessment (IQA) is of fundamental importance for image compression applications. Traditional IQA measures for synthetic aperture radar (SAR) image compression do not consider the properties of the human visual system (HVS). Since human beings are still the final users in most SAR image applications, the objective evaluation coordinate to human perception is the most acceptable and practical IQA method. In this article, we carried out an extensive subjective quality assessment experiment in which four different SAR image compression techniques and a total of 300 test images were estimated by 100 human observers. The test result provides a straightforward comparison of these four compression methods. Then the performances of seven classical objective IQA algorithms were validated based on obtained subjective evaluations. Moreover, we propose a novel objective approach by taking into account the HVS and SAR image characteristics. Experimental results demonstrate that the proposed metric correlates well with human perception for SAR image compression.     

图像质量评价研究综述——从失真的角度

随着多媒体技术的快速发展及广泛应用,图像质量评价因其在多媒体处理中的重要作用得到越来越多的关注,其作用包括图像数据筛选、算法参数选择与优化等。根据图像质量评价应用时是否需要参考信息,它可分为全参考图像质量评价、半参考图像质量评价和无参考图像质量评价,前两类分别需要全部参考信息和部分参考信息,而第3类不需要参考信息。无论是全参考、半参考还是无参考图像质量评价,图像失真对图像质量评价的影响均较大,主要体现在图像质量评价数据库构建和图像质量评价模型设计两方面。本文从图像失真的角度,主要概述2011—2021年国内外公开发表的图像质量评价模型,涵盖全参考、半参考和无参考模型。根据图像的失真类型,将图像质量评价模型分为针对合成失真的图像质量评价模型、针对真实失真的图像质量评价模型和针对算法相关失真的图像质量评价模型。其中,合成失真是指人工添加噪声,如高斯噪声和模糊失真,通常呈现均匀分布;真实失真是指在图像的获取中,由于环境、拍摄设备或拍摄操作不当等因素所引入的失真类型。相对合成失真,真实失真更为复杂,可能包括一种或多种失真,数据收集难度更大;算法相关失真是指图像处理算法或计算机视觉算法在处理图像时,由于算法本身的缺陷或性能不足等原因而出现在结果图像中的降质,相对合成失真和真实失真,算法相关失真的显著特点是该类型失真呈现非均匀分布。本文介绍现有的图像质量评价数据库,包括图像数据来源和数据库构建细节等;然后重点介绍图像质量评价模型的设计思想。最后总结了介绍的图像质量评价模型,并指出未来可能的发展方向。     

融合梯度信息与HVS滤波器的无参考清晰度评价

目的 目前无参考图像质量评价算法的性能存在较大的提升空间,为了提高清晰度评价技术,提出了一种基于梯度信息与HVS滤波器的无参考清晰度评价算法(GI-F)。方法 该算法首先利用梯度算子计算各像素点的梯度信息,再通过HVS滤波器得到加权和作为图像的清晰度指标。结果 在公开数据库LIVE、TID2008和CSIQ上进行的实验,GI-F与S3(Spectral and Spatial Sharpness)、CPBD(Cumulative Probability of Blur Detection)和LPC-SI(Local Phase Coherence-based Sharpness Index)相比,性能指标RMSE(Root Mean Squared Error)、PLCC(Pearson Linear Correlation Coefficient)和SROCC(Spearman Rank-Order Correlation Coefficient)分别提升了20.66%、4.61%和3.33%;同时GI-F还具有更低的计算复杂度,即使与目前最好的BRISQUE(Blind/Referenceless Image Spatial QUality Evaluator)算法相比,耗时也降低了79.72%。结论 该算法只需耗费更少的时间即可计算出与人眼感知更加接近的客观清晰度指标,可广泛用于无参考图像情况下的清晰度指标计算场合,同时还可以通过并行计算进一步降低其计算时间。     

多层感知分解的全参考图像质量评估

目的 图像质量评估是计算机视觉、图像处理等领域的基础研究课题之一,传统评估方法常基于图像低层视觉特征而忽略了高层语义信息,这也在一定程度上影响了客观指标和主观视觉质量的一致性。近年来,感知损失被广泛应用于图像风格化、图像复原等研究中,通过使用预训练的深度网络对图像进行多层语义分解,在相关问题上取得了较好的效果。受感知损失启发,提出一种多层感知分解的全参考图像质量评估方法。方法 首先使用预训练的深度网络对图像进行多层语义分解,获取多层特征图,再计算失真图像与参考图像之间的相似度,以及它们的不同层级特征图之间的相似度,最终得出兼顾了高层语义信息的图像质量分数。结果 针对传统方法PSNR（peak signal-to-noise ratio）、SSIM（structure similarity）、MS-SSIM（multi-scale structure similarity）及FSIM（feature similarity）进行实验,结果表明,本文方法能够有效提升传统图像质量评估方法的性能,在SRCC（Spearman rank order correlation coefficient）、KRCC（Kendall rank order correlation coefficient）、PLCC（Pearson linear correlation coefficient）和RMSE（root mean squared error）客观指标上均有相应提升。通过使用本文框架,PSNR、SSIM、MS-SSIM、FSIM方法在TID2013数据库上SRCC指标分别获得0.02、0.07、0.06和0.04的提升。结论 本文提出的一种多层感知分解的全参考图像质量评估方法,结合传统方法与深度学习方法,兼顾了图像低层视觉特征和高层语义信息,从而有效地提升了传统方法的评估性能,使客观评估结果更加符合主观视觉感受,同时,本文提出的评估框架能够适用于多种传统方法的性能提升。     

A brain-inspired computational model for extremely few reference image quality assessment

In the study of brain science, the free energy principle and attention perception mechanism have been the two of the most critical findings during the past few decades, arousing a wide range of attention and valuable applications from the research fields of image and video processing, computer vision, etc. Motivated by the aforementioned two important findings, we in this paper develop a brain-inspired computational model for extremely few reference image quality assessment (IQA), dubbed as BCM. The proposed BCM implements with the two main steps. First, we combine free energy principle and sparse perception mechanism to achieve the goal of only using extremely few reference for assessing the image quality. Second, we further introduce the attention perception mechanism to boost the assessment performance by improving the sparse perception mechanism mentioned above. Based on the most commonly used image quality database, it was found that our proposed model has derived higher performance than the peer extremely few reference IQA models and competitive performance as compared with the benchmark full reference IQA models.