[发明专利]一种超分辨率重建图像质量Contourlet域评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超分辨率重建图像质量Contourlet域评价方法，属于数字图像处理技术领域。

背景技术

图像数字化采集中的降采样、压缩时的变换与量化等过程引入的噪声以及在图像转换或传输中相对运动和大气扰动等多种因素的影响，会引起图像退化现象，这极大地影响了图像数据效用的发挥。超分辨率重建技术是利用图像处理手段，通过单幅或多幅模糊、有噪、频谱混叠的低分辨率降质图像估计出一幅高分辨率图像，是在不修改成像系统硬件构造的情况下解决这一问题的有效手段。重建图像质量是评价超分辨率方法性能优劣的关键性指标，对于同一组低分辨率降质图像，不同的超分辨率算法生成的重建图像质量差别很大，因此有必要建立一种有效的定量评价方法对超分辨率技术进行全面、客观的评价。

按照对参考图像的需求，图像质量客观评价方法分为三类，分别为：无参考、部分参考和完全参考图像质量评价。完全参考质量评价方法发展最为成熟，但是实际应用中很少能得到与重建后影像相对应的高分辨率图像作为参考图像，因此这种方法对超分辨率重建图像质量评价的意义并不大。部分参考评价法需提取参考图像的部分特征与待评价图像做对比，与全参考评价无本质的区别。现有的无参考评价方法大多是针对一种或多种失真类型，量化失真特征得到评价指标，如基于结构相似度的评价、模糊评价等。其中基于结构相似度的评价应用最为广泛，它是利用人类高层视觉对图像结构敏感的特性，从亮度、对比度、结构三方面的相似度来衡量失真图像与原始图像的视觉差异，但人体视觉系统对于图像结构的处理过程极为复杂，结构相似度只描述了人体视觉系统的某一方面特性，其评价指标与图像失真类型和图像本身的内容相关性较强，所以许多时候与主观评价差异很大。事实上，超分辨率重建的目的是重构图像高频信息、扩展空间分辨率，因此超分辨率重建图像质量评价的关键是评估重建后图像中有效信息量的增加程度和由重建产生的模糊、振铃效应等无效信息的影响程度，本发明就建立了一种仅依靠重建前后图像自身信息评估图像空间分辨率提高程度的超分辨率重建图像质量评价方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种科学合理，适用性强，能够准确的评价超分辨率重建图像中有效信息量的增加程度和无效信息的影响程度，评价结果与人类主观评价结果相一致的超分辨率重建图像质量Contourlet变换域评价方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种超分辨率重建图像质量Contourlet域评价方法，其特征是，它包含以下步骤：

1)对原始低分辨率图像和超分辨率重建图像分别进行非降采样Contourlet变换NSCT，得到变换域的方向子带系数图像；

2)以图像在某尺度各个方向的归一化子带能量作为概率在Contourlet域定义图像方向熵，利用方向熵计算各子带图像能量分布，以重建前后能量分布的变化度为标准，评价超分辨率重建后图像细节信息的增加程度记为重建熵因子，对于尺度l的i方向子带图像I_l,i，c_k(l,i)为该子带的第k个Contourlet系数，则根据该尺度i方向的归一化子带能量P_l,i作为概率计算该子带方向熵H_i的公式定义如下：

H_i＝-P_l,ilog₂P_l,i    (2)；

3)根据Contourlet系数的特点，将重建图像中的像素分为强边缘、弱边缘和噪声，强边缘系数在图像的各尺度间相对稳定，因此用Contourlet域尺度间的相关程度来确定，相关性大于阈值的标记为强边缘，对于小系数，根据各系数在同一尺度内的相关性来区分弱边缘与噪声并标记；

4)对于强边缘像素根据重建前后边缘像素邻域内的系数变化来评价振铃效应的严重程度，对于弱边缘像素评价其模糊程度，分别得到振铃因子和模糊因子两个质量指标；

5)融合熵因子、振铃因子和模糊因子这三个质量指标，得到统一的质量评价标准。

本发明的一种超分辨率重建图像质量Contourlet变换域评价方法，利用图像在Contourlet变换域系数的特点，能够准确的评价超分辨率重建图像中有效信息量的增加程度和无效信息的影响程度，整体性能优于PSNR和基于结构相似度的评价，尤其对高斯模糊和白噪声的评价优势较为明显，评价结果与人类主观评价结果相一致，具有方法科学合理，适用性强，应用效果好等优点。

附图说明