圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的兩種方法

圖像信息相對于其它信息有著無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此對圖像信息進(jìn)行合理處理成為各領(lǐng)域中不可或缺的手段，在圖像處理的時(shí)候如何評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量就變得尤為重要。在圖像的獲取、處理、傳輸和記錄的過程中，由于成像系統(tǒng)、處理方法、傳輸介質(zhì)和記錄設(shè)備等不完善，加之物體運(yùn)動(dòng)、噪聲污染 等原因,不可避免地帶來某些圖像失真和降質(zhì)，這給人們認(rèn)識(shí)客觀世界、研究解決問題帶來很大的困難。?

比如，在圖像識(shí)別中，所采集到的圖像質(zhì)量直接影響識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；又如，遠(yuǎn)程會(huì)議和視頻點(diǎn)播等系統(tǒng)受傳輸差錯(cuò)、網(wǎng)絡(luò)延遲等不利因素影響， 都需要在線實(shí)時(shí)的圖像質(zhì)量監(jiān)控，以便于服務(wù)提供商動(dòng)態(tài)地調(diào)整信源定位策略，進(jìn)而滿足服務(wù)質(zhì)量的要求；在軍事應(yīng)用方面，戰(zhàn)場監(jiān)視和打擊評(píng)估的效果也取決于無 人機(jī)等航拍設(shè)備所采集到的圖像或視頻的質(zhì)量。因此，圖像質(zhì)量的合理評(píng)估具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

從有沒有人參與的角度區(qū)分，圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法有主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)兩個(gè)分支。主觀評(píng)價(jià)以人作為觀測者，對圖像進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，力求能夠真實(shí)地反映人的視覺感知；客觀評(píng)價(jià)方法借助于某種數(shù)學(xué)模型，反映人眼的主觀感知，給出基于數(shù)字計(jì)算的結(jié)果。

圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)
主觀評(píng)價(jià)只涉及人作出的定性評(píng)價(jià)，它以人為觀察者，對圖像的優(yōu)劣作出主觀的定性評(píng)價(jià)。對于觀察者的選擇一般考慮未受訓(xùn)練的“外行”或者訓(xùn)練有素的“內(nèi) 行”。該方法是建立在統(tǒng)計(jì)意義上的，為保證圖像主觀評(píng)價(jià)在統(tǒng)計(jì)上有意義，參加評(píng)價(jià)的觀察者應(yīng)該足夠多。主觀評(píng)價(jià)方法主要可分為兩種：絕對評(píng)價(jià)和相對評(píng)價(jià)。

絕對評(píng)價(jià)

所謂絕對評(píng)價(jià)，是由觀察者根據(jù)自己的知識(shí)和理解，按照某些特定評(píng)價(jià)性能對圖像的絕對好壞進(jìn)行評(píng)價(jià)。通常，圖像質(zhì)量的絕對評(píng)價(jià)都是觀察者參照原始圖像對待定 圖像采用雙刺激連續(xù)質(zhì)量分級(jí)法（Double Stimulus Continuous Scale,DSCQS），給出一個(gè)直接的質(zhì)量評(píng)價(jià)值。具體做法是將待評(píng)價(jià)圖像和原始圖像按一定規(guī)則交替播放持續(xù)一定時(shí)間給觀察者，然后在播放后留出一定 的時(shí)間間隔供觀察者打分，最后將所有給出的分?jǐn)?shù)取平均作為該序列的評(píng)價(jià)值，即該待評(píng)圖像的評(píng)價(jià)值。國際上也對評(píng)價(jià)尺度做出了規(guī)定，對圖像質(zhì)量進(jìn)行等級(jí)劃分 并用數(shù)字表示，也稱為圖像評(píng)價(jià)的5分制“全優(yōu)度尺度”。（見表1.1）

相對評(píng)價(jià)
相對評(píng)價(jià)中沒有原始圖像作為參考，是由觀察者對一批待評(píng)價(jià)圖像進(jìn)行相互比較，從而判斷出每個(gè)圖像的優(yōu)劣順序，并給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)值。通常，相對評(píng)價(jià)采用單刺 激連續(xù)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法（Single Stimulus Continuous Quality Evaluation,SSCQE）。具體做法是，將一批待評(píng)價(jià)圖像按照一定的序列播放，此時(shí)觀察者在觀看圖像的同時(shí)給出待評(píng)圖像相應(yīng)的評(píng)價(jià)分值。相對于 主觀絕對評(píng)價(jià)，主觀相對評(píng)價(jià)也規(guī)定了相應(yīng)的評(píng)分制度，稱為“群優(yōu)度尺度”（見表1.2）。

圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)
圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)的基本目標(biāo)是設(shè)計(jì)能精確和自動(dòng)感知圖像質(zhì)量的計(jì)算模型。其終極目標(biāo)是希望用計(jì)算機(jī)來代替人類視覺系統(tǒng)去觀看和認(rèn)知圖像。在國際上， 圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)通常是通過測試多個(gè)影響影像質(zhì)量的因素的表現(xiàn)，并通過計(jì)算模型獲得圖像質(zhì)量量化值與人類主觀觀測值一致性的好壞來評(píng)估的。美國的 Imatest和法國的DxO analyzer就是其中比較出名的圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

Imatest和DxO analyzer有異曲同工之處，都是將影像質(zhì)量評(píng)測拆分成多個(gè)測試項(xiàng)目，分別對每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行測試、打分。兩者相比，DxO analyzer的測試項(xiàng)目會(huì)稍微全面一些。

無論是Imatest還是DxO analyzer，兩個(gè)測試系統(tǒng)都是通過“測試卡+光源環(huán)境+測試軟件=測試結(jié)果”的模式。通過各種各樣的測試卡和光源，在實(shí)驗(yàn)室中模擬各種環(huán)境，再把成像結(jié)果輸入軟件系統(tǒng)，由系統(tǒng)自動(dòng)分析，最后得出結(jié)果。

我們都知道，我們之所以能看到東西，那是因?yàn)槲锲钒l(fā)出光或者是反射光線，所以，影像質(zhì)量評(píng)測實(shí)驗(yàn)室往往會(huì)有兩種光源：透射性和反射型。3nh的標(biāo)準(zhǔn)透射燈箱HC5100就是最為被廣泛運(yùn)用的光源之一，它能模仿非常多的環(huán)境亮度。

標(biāo)準(zhǔn)透射燈箱HC5100

除了光源，測試卡也是非常重要的測試用具。針對不同的測試項(xiàng)目，測試卡也是各有不同，有的可以測試分辨率，有的可以測試MTF，有的可以測試色差……ISO 12233測試卡是測試鏡頭分辨率最權(quán)威測定方法，也是國際MTF成像曲線圖和鏡頭評(píng)估的主要依據(jù)。

ISO 12233分辨率測試卡

有人非常好奇，為什么影像質(zhì)量評(píng)測需要準(zhǔn)備這么多的測試用具，準(zhǔn)備少一些測試卡、光源不行嗎？

我們要知道，我們準(zhǔn)備各種測試卡和光源是為了模擬各種光照環(huán)境，以及測試產(chǎn)品在這些光照環(huán)境下的表現(xiàn)。我們永遠(yuǎn)也無法猜到用戶會(huì)在什么環(huán)境下使用我 們的產(chǎn)品，就如之前特斯拉發(fā)生了第一起無人駕駛車禍，就是因?yàn)闆]有考慮到用戶會(huì)在陽光燦爛的時(shí)候遇到一輛白色卡車，攝像頭在這種情況下會(huì)失靈。所以，我們能做到的是盡可能測試產(chǎn)品在各種環(huán)境下的表現(xiàn)，爭取讓產(chǎn)品在各種環(huán)境下都表現(xiàn)正常。

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