面向水下图像的质量评价方法

目的 针对目前水下图像质量评价方法少和现有方法存在局限性等问题,提出一种无参考并且无需手工设计特征的水下图像质量评价方法。方法 提出的水下图像质量评价方法将深度学习网络框架与随机森林回归模型相结合,首先采用深度神经网络提取水下图像的特征;然后使用提取的特征和标定的水下图像质量分数训练回归模型;最终,利用训练好的回归模型预测水下图像的质量。结果 在本文收集的水下图像数据集和水下图像清晰化算法处理结果上评测本文方法,并与多种质量评价方法进行比较,其中包括预测结果与主观质量分数比较、水下图像清晰化结果评测比较、预测结果与主观质量分数相关性比较、鲁棒性比较等。主观实验结果表明本文的评价方法可以相对准确地给出符合人类视觉感知的水下图像质量分数,并且具有更好的鲁棒性。定量实验结果表明本文方法与其他方法相比,预测的图像质量分数与主观分数具有更高的相关性。结论 提出的水下图像质量评价方法无需参考图像,省去了手工设计的特征,充分利用了深度学习网络的学习和表征能力。本文方法的准确性较好,普适性和鲁棒性较高,预测的质量分数与人类视觉感知具有较高的一致性。本方法适用于原始的水下图像和水下图像清晰化算法的处理结果。     

刚性区域特征点的3维人脸识别

目的 针对3维人脸识别中存在表情变化的问题,提出了一种基于刚性区域特征点的3维人脸识别方法。方法 该方法首先在人脸纹理图像上提取人脸图像的特征点,并删除非刚性区域内的特征点,然后根据采样点的序号,在人脸空间几何信息上得到人脸图像特征点的3维几何信息,并建立以特征点为中心的刚性区域内的子区域,最后以子区域为局部特征进行人脸识别测试,得到不同子区域对人脸识别的贡献,并以此作为依据对人脸识别的结果进行加权统计。结果 在FRGC v2.0的3维人脸数据库上进行实验测试,该方法的识别准确率为98.5%,当错误接受率（FAR）为0.001时的验证率为99.2%,结果表明,该方法对非中性表情下的3维人脸识别具有很好的准确性。结论 该方法可以有效克服表情变化对3维人脸识别的影响,同时对3维数据中存在的空洞和尖锐噪声等因素具有较好的鲁棒性,对提高3维人脸识别性能具有重要意义。     

超分辨率重建的素描人脸识别

目的 基于学习的超分辨率重建由于引入了先验知识,可以更好地描述图像的细节部分,显著地增强图像的分辨率,改善图像的视觉效果。将超分辨率重建应用在素描人脸识别中,既可以增加人脸图像的质量也可以有效地提高识别精度。方法 首先利用特征脸算法根据素描图像合成人脸灰度图像,然后对合成的人脸图像利用稀疏表示进行超分辨率重建,最后利用主成分分析对重建前后的合成人脸分别进行识别。结果 在香港中文大学的素描人脸库(CUFS)上进行实验。经过超分辨率重建之后的人脸在眼睛等部位细节描述更好。同时,由于重建过程中引入了先验知识,重建之后的素描人脸识别率有提高。支持向量机算法得到的识别率由重建前的65%提高至66%,本文利用的主成分分析算法得到的识别率由重建前的87%提高至89%。结论 基于超分辨率重建的素描人脸识别算法可以有效地改善合成人脸图像的视觉效果并且提高素描人脸识别精度。     

面向水下图像集的一致性增强评价方法

目的 在对整个水下图像集的质量进行评价时,现有方法是采用某一质量评价准则的质量分数平均值作为指标,以平均值的高低来说明质量增强算法的优劣,但是,非一致性增强的质量分数平均值会随着图像集的变化而产生较大的波动。为了解决上述问题,本文提出了一个更加具有普适性的水下图像质量评价方法：一致性增强质量评价（CEQA）方法。方法 所提方法通过对比图像增强前后的质量分数差值,来判断增强算法性能的一致性,再通过改变选定的质量分数差值所占权重比例并统一分数制,求出一致性增强的图像集的一致性增强质量评价分数。结果 虽然当图像集较小时,非一致性增强的图像质量增强算法得到的质量分数平均值最高,但当图像集扩大时,其增强后的质量分数平均值却低于原图的质量分数平均值;而在图像集扩展前后,一致性增强的图像质量增强算法能够稳定地增强图像质量,其得到的质量分数平均值一直高于原图的质量分数平均值。结论 本文通过实验证明了所提方法的可行性,扩展应用能够通过本文方法得到有效的实验数据,以对比说明各种水下图像质量增强算法的优劣;本文的方法比平均值方法更加鲁棒有效地控制了大样本偏差。因此,本文为大规模应用中如何选取水下图像集的质量增强算法,提供了一个更好的评价标准。     

结合形变模型与图像修复的人脸姿态矫正

目的 人脸姿态偏转是影响人脸识别准确率的一个重要因素,本文利用3维人脸重建中常用的3维形变模型以及深度卷积神经网络,提出一种用于多姿态人脸识别的人脸姿态矫正算法,在一定程度上提高了大姿态下人脸识别的准确率。方法 对传统的3维形变模型拟合方法进行改进,利用人脸形状参数和表情参数对3维形变模型进行建模,针对面部不同区域的关键点赋予不同的权值,加权拟合3维形变模型,使得具有不同姿态和面部表情的人脸图像拟合效果更好。然后,对3维人脸模型进行姿态矫正并利用深度学习对人脸图像进行修复,修复不规则的人脸空洞区域,并使用最新的局部卷积技术同时在新的数据集上重新训练卷积神经网络,使得网络参数达到最优。结果 在LFW（labeled faces in the wild）人脸数据库和StirlingESRC（Economic Social Research Council）3维人脸数据库上,将本文算法与其他方法进行比较,实验结果表明,本文算法的人脸识别精度有一定程度的提高。在LFW数据库上,通过对具有任意姿态的人脸图像进行姿态矫正和修复后,本文方法达到了96.57%的人脸识别精确度。在StirlingESRC数据库上,本文方法在人脸姿态为±22°的情况下,人脸识别准确率分别提高5.195%和2.265%;在人脸姿态为±45°情况下,人脸识别准确率分别提高5.875%和11.095%;平均人脸识别率分别提高5.53%和7.13%。对比实验结果表明,本文提出的人脸姿态矫正算法有效提高了人脸识别的准确率。结论 本文提出的人脸姿态矫正算法,综合了3维形变模型和深度学习模型的优点,在各个人脸姿态角度下,均能使人脸识别准确率在一定程度上有所提高。     

基于频率簇模型的人脸识别

目的 针对复杂条件下人脸识别鲁棒性差的问题,提出了一种基于频率簇（FC）模型的人脸识别方法。方法 该方法首先在人脸图像内检测目标区域,在目标区域内划分特征子区域并设定采样单元,统计采样单元内前景区域和背景区域的信息熵;然后计算采样单元的熵能量和能量频率,归一化频率系数,利用能量频率的二阶偏导确定人脸子区域边界,以此得到有效采样单元,建立人脸主特征信息;最后,根据采样单元的坐标位置、熵能量和能量频率信息进行排序,得到每个采样单元的几何布局,以采样单元的熵能量、能量频率和几何布局构建人脸的频率簇模型,并以此作为人脸特征进行识别匹配。结果 在FERET、ORL、Yale组合人脸库和CMU-PIE人脸库上进行实验测试,该方法的识别准确率分别为99.11%和97.36%,单幅人脸图像的平均识别速度为0.077 s,结果表明,该方法对复杂条件下的人脸识别具有很好的实时性和准确性。结论 该方法可以有效克服光照变化、特征模糊、姿态和表情变化等因素对人脸识别的影响,具有较好的鲁棒性,对提高人脸识别性能具有重要意义。     

针对质量评价的环境星遥感真实图像库构建

目的 随着遥感信息爆炸时代的来临,海量的遥感图像信息不断地从太空中传来。如何有效地利用这些遥感数据成为学者们新的研究热点。遥感图像质量评价不仅能筛选出有价值的图像以供后续的图像处理,如地物分类、目标识别等,还能对卫星设备的运转情况进行检测,而目前还没有公开的针对质量评价的遥感图像库。为此,构建了一个针对质量评价的环境星HJ-1A/1B真实遥感图像专家评分库。方法 遥感图像专家评分库包含70组,每组包含同一地点的5个不同时间点的图像,共350幅真实遥感图像以及每幅图像对应的主观评价质量分数。并通过基于卷积神经网络的图像质量评价算法来验证该遥感图像专家库的可用性。结果 将本文算法和4种效果较好的无参考图像质量评价算法在本文数据库上进行性能检测,并对各算法性能与训练测试集规模的关系进行对比实验。实验结果表明,目前针对仿真图像的无参考图像质量评价算法并不适用于该遥感图像库,验证了遥感真实图像与自然仿真图像的巨大差异,而基于卷积神经网络的算法结果则表明该数据库具有质量评价研究价值。结论 本文构建的基于环境星遥感真实图像库能够为遥感图像质量评价提供验证平台,并且数据规模可以为深度学习在遥感图像处理领域的应用提供支持。     

面向彩色增强图像的客观质量评价算法

目的 现有的全参考图像质量评价方法使用“完美”的源信号作为参考,但是增强图像的参考图像通常不是“完美”的.因此,现有的全参考质量评价方法不能用于增强图像的评价,提出了一种新的面向彩色增强图像的质量评价算法.方法 利用图像的梯度、颜色和亮度特征,提出了增强图像的梯度增强图、颜色增强图和亮度增强因子的计算方法,计算增强图像相对于参考图像在梯度、颜色和亮度方面的增强程度;并建立了亮度增强因子和梯度增强图、颜色增强图之间的关系模型;另外,原图像的梯度和颜色特征也被提取用于增强图像的质量评价.结果 使用公开数据库进行的实验结果表明,该算法和现有最优算法相比,皮尔逊线性相关系数(PLCC)和斯皮尔曼相关系数(SROCC)分别提高了2.9%和2.5%,而均方根误差(RMSE)则降低了12.3%,获得了比现有算法更优越的性能.结论 本文算法解决了目前已有的评价算法需要参考图像为“完美”图像,而且增强图像质量无法采用相似性程度进行计算的问题,适用于为了获得更好视觉质量的不含噪增强图像的质量评价.     

基于人脸认知模式的相似脸搜索

目的 人类对人脸认知模式的探索由来已久,并且已经成功应用于美容整形等研究领域。然而,目前在计算机视觉和模式识别领域,计算人脸相似度的方法没有考虑人对人脸的认知模式,使得现有方法的计算结果从人的认知习惯角度来讲并非最佳。为克服以上缺陷,提出一种基于人脸认知模式的相似脸搜索算法。方法 依据人脸认知模式,选取特征点,并计算特征量,构造各面部器官（眼睛、鼻子、嘴巴、脸型）分类模型,即面部器官形状相似性度量模型,并采用圆形LBP算子,计算两幅人脸对应器官的纹理相似度,二者综合作为相似脸搜索的依据。结果 分别用本文方法和代表相似脸搜索最高水平的Face++的方法对80幅正面、中性表情、平视角度拍摄的人脸图像进行测试。本文方法的整体准确率高于Face++方法,其中,TOP1、TOP2最相似搜索结果准确率优势明显,均高出Face++方法12%以上。结论 实验结果表明,本文方法的搜索结果更加符合人脸认知模式,可应用于正面、中性表情、平视角度拍摄的人脸图像的相似脸搜索。此外,还可以将此类基于认知模式的图像搜索思路推广应用于商业领域,如基于图像的相似网购商品搜索等。     

结合门循环单元和生成对抗网络的图像文字去除

目的 图像文本信息在日常生活中无处不在,其在传递信息的同时,也带来了信息泄露问题,而图像文字去除算法很好地解决了这个问题,但存在文字去除不干净以及文字去除后的区域填充结果视觉感受不佳等问题。为此,本文提出了一种基于门循环单元(gate recurrent unit,GRU)的图像文字去除模型,可以高质量和高效地去除图像中的文字。方法 通过由门循环单元组成的笔画级二值掩膜检测模块精确地获得输入图像的笔画级二值掩膜;将得到的笔画级二值掩膜作为辅助信息,输入到基于生成对抗网络的文字去除模块中进行文字的去除和背景颜色的回填,并使用本文提出的文字损失函数和亮度损失函数提升文字去除的效果,以实现对文字高质量去除,同时使用逆残差块代替普通卷积,以实现高效率的文字去除。结果 在1 080组通过人工处理得到的真实数据集和使用文字合成方法合成的1 000组合成数据集上,与其他3种文字去除方法进行了对比实验,实验结果表明,在峰值信噪比和结构相似性等图像质量指标以及视觉效果上,本文方法均取得了更好的性能。结论 本文提出的基于门循环单元的图像文字去除模型,与对比方法相比,不仅能够有效解决图像文字去除不干净以及文字去除后的区域与背景不一致问题,并能有效地减少模型的参数量和计算量,最终整体计算量降低了72.0%。     

基于人脸识别的人脸图像质量评估

无约束场景下,低质量的人脸图像不仅浪费计算资源而且降低系统识别率.针对此问题,提出一种基于人脸识别的人脸质量评估方法对人脸图像进行预评估.以人脸识别系统特征提取网络为基础网络在COX数据集上进行微调,并使用微调后网络对COX数据集进行质量分数标定.最后,结合基础网络及质量预测网络并以相应损失函数在标定数据上进行回归学习以获取质量评估模型.实验结果表明,该方法能够有效区分不同质量的人脸图像并提升人脸识别系统性能.     

基于卷积神经网络的人脸图像质量评价

针对人脸识别过程中人脸图像质量较低造成的低识别率问题,提出了一种基于卷积神经网络的人脸图像质量评价模型。首先建立一个8层的卷积神经网络模型,提取人脸图像质量的深层语义信息;然后在无约束环境下收集人脸图像,并通过传统的图像处理方法以及人工筛选进行过滤,得到的数据集用以进行模型参数的训练;其次通过在图形处理器（GPU）上加速训练,得到用于拟合人脸图像到类别的映射关系;最后将输入在高质量图像类别的概率作为图像的质量得分,建立人脸图像的质量打分机制。实验结果表明,与VGG-16网络相比,所提模型准确率降低了0.21个百分点,但是参数规模减小了98%,极大地提高了模型运算效率;同时所提模型在人脸模糊、光照、姿态和遮挡方面都具有较强的判别能力。因此,可将该模型应用在实时人脸识别系统中,在不影响系统运行效率的前提下提高系统的准确性。     

基于CNN的监控视频中人脸图像质量评估

在公共安全领域,监控视频中的人脸识别技术是不可或缺的技术,成为研究热点.而监控视频中低质量的人脸图像会大大降低整个人脸识别系统的识别准确率,系统难以更广泛地被投入实际使用.本文提出了一种基于CNN的人脸图像质量评估方法.通过对Alexnet模型进行改进,将网络中的多个卷积层与全连接层连接,从而提取不同尺度的图像特征.通过端到端的训练过程,预测人脸图像质量分数.另外,采用人脸识别算法来标定人脸图像的质量分数,使质量分数能更有效地筛选出适合识别算法的图像.在Color FERET数据集上实验表明,本文方法能够准确地对人脸图像进行质量评估.而在实际采集的监控视频数据集上实验表明,本文方法能筛选出高质量的人脸图像用作后续人脸识别,提高人脸识别准确率.     

监控视频下的人脸图像质量分析技术

监控场景下人脸图像质量分析技术的研究具有重要意义.由于监控视频采集到人脸模糊、头部角度不正、被其他物体遮挡等的低质量图像进入识别系统会造成识别准确率下降.为了解决上述问题,通过实验,研究了监控场景下影响图像质量的两个重要因素:人脸角度、图像清晰度.设计了基于聚类的人脸图像质量分析算法,提出了人脸图像质量分数的计算公式,实验表明该技术能够有效过滤监控视频下采集到的低质量图像,进而提高人脸识别系统的准确率.     

无参考屏幕内容图像质量评价

随着多客户端交互多媒体应用的快速发展,屏幕内容图像（Screen content image,SCI）的分发和处理与日俱增.图像质量评价课题的研究是其它许多应用的基础,至今图像质量评价课题研究的重点是传统自然图像,因此针对屏幕图像质量评价的研究就变的非常迫切和必要.客观图像质量评价算法的提出的基础建立在标准图像质量评价数据库上.本文首先构建了一个大规模的屏幕内容图像质量评价数据库（Immersive Media Laboratory screen content image quality database,IML-SCIQD）.IML-SCIQD数据库包含参考图像25张以及经过10种失真处理的1250张失真图像.以建立的IML-SCIQD数据库为基础,考虑到屏幕内容图像图像区域和文本区域的视觉感知差异,在基于自然场景统计的无参考方法的启发下,本文提出了针对屏幕内容图像的无参考评价算法（Natural Scene Statistics based No Reference Screen Content Image Quality Assessment metric,NSNRS）.NSNRS算法首先分别计算图像区域和文本区域的质量分数,再将这两个区域的质量分数结合起来得到整幅失真图像的质量分数.该算法与其它12种经典的客观评价算法,包括全参考算法,部分参考算法与无参考算法,在IML-SCIQD数据库和SIQAD数据库上进行了性能测试和对比,结果表明本文提出的算法优于经典的的无参考评价算法;就整个数据库而言,本文提出的算法可以达到与全参考方法相当的性能.     

基于纹理特征的无参考图像模糊度评价方法

图像的纹理信息是人眼观察和识别物体的重要特征,根据清晰图像低通滤波前后纹理特征变化较大的特点,提出了基于纹理特征的无参考图像模糊度评价方法,对输入图像进行不同尺度的低通滤波,得到输入图像的两个副本,利用灰度共生矩阵求取两个副本图像的纹理特征变化量,以此作为图像的模糊评价依据。实验表明,该算法计算的模糊度相对于图像的模糊程度是单调的,具有良好的抗噪性,并且符合人眼视觉系统特性。     

支持协同CAD的拓扑实体永久命名机制

在特征参数化定义域直接引用B-Rep域中的拓扑实体是以往永久命名方法固有的缺陷。提出了基于特征的解决方案：为特征面建立统一的命名方法,并规定在建模过程中特征面的名字不变;建立拓扑实体与特征面之间的表达关系,在特征参数化定义过程中引用由特征面表达的拓扑面,解决基于特征的协同CAD中拓扑实体永久命名问题;给出提出参考面的概念,用于解决拓扑面、拓扑边分裂和多重交线等问题引起的引用模糊问题。在此基础上,详细讨论了拓扑面、拓扑边匹配的方法。     

基于空域特征的无参考图像质量评价算法

针对现有无参考图像质量评价算法通用性差,且存在高计算复杂度的问题,提出一种基于图像空域统计特征的无参考图像质量评价算法。该算法引入图像对数统计特性,通过度量失真图像与自然图像统计特征之间的偏差,实现无参考图像质量评价。仿真测试结果表明,与现有无参考技术相比,提出算法简单有效,适用于多种失真类型,且与人类主观感知具有较好一致性。     

一种结合边缘检测的模糊估计新方法

传统的图像质量评价方法MSE和PSNR都是基于全参考(FR)的质量评价方法,这就要求在对图像进行质量评价时给出参考图像,因此这种方法在实际应用中并不实用,而无参考(NR)图像质量评价正好解决了这一问题,因此具有重要意义.针对数字图像的客观质量评价,从模糊距离检测角度,提出了一种结合边缘检测的图像模糊估计的无参考图像质量评价方法,对比现有模糊检测方法,此方法比单独的边缘检测方法和模糊估计方法更为有效.经过对结果的分析与比较,本文方法的检测结果与主观感知质量有很好的相关性,而且算法具有复杂性低、无需参考源、检测准确性高、可移植性强等特点,因此实用性比较强.     

通用型无参考图像质量评价算法综述

图像质量评价可有效评估图像采集和传输过程引起的失真或退化,在数字多媒体领域具有广阔的应用前景,无参考图像质量评价算法由于不需要参考图像先验知识,近年来成为图像质量评价领域研究的热点。在对国内外文献进行广泛调研的基础上,从评价算法原理和性能比较两个方面,系统综述了BIQI、DIIVINE、BLIINDS、BLIINDS-II、BRISQUE、NIQE和GRNN等当前性能较优的几种无参考图像质量评价算法。介绍了各种算法的特征提取和质量评价原理,在LIVE数据库上对上述评价方法进行仿真评估,并分析和比较了各种算法的评价性能和执行速度,提出了无参考评价方法的进一步研究方向。综述的几种无参考图像质量评价算法虽然已具有很好的效果,但在评价时严重依赖数据库中的主观评价数据,并且在评价精度和算法复杂度方面还存在一些不足,需要进行深入研究。