王超璜

（江西財(cái)經(jīng)大學(xué)信息管理學(xué)院，江西 南昌 330013）

【摘 要】對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)有效的質(zhì)量評(píng)價(jià)是極為重要的，基于人類視覺(jué)效應(yīng)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)具有不失真、速度快的優(yōu)點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)視覺(jué)特性入手，對(duì)圖像處理的關(guān)鍵技術(shù)算法與硬件平臺(tái)進(jìn)行綜合分析，對(duì)其平臺(tái)進(jìn)行了探究，為圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了思路。

【關(guān)鍵詞】視覺(jué)特性；圖像質(zhì)量；指標(biāo)

一、引言

（一）視覺(jué)特性概述

人類視覺(jué)系統(tǒng)是一套復(fù)雜的生物學(xué)圖像處理系統(tǒng)。盡管到目前為止人類對(duì)它所知甚少，但隨著人們對(duì)其生理和心理過(guò)程的深人研究，已經(jīng)取得了一些有用的結(jié)論。視覺(jué)多通道特性，視覺(jué)的多通道理論認(rèn)為人的視覺(jué)系統(tǒng)是一個(gè)傅里葉分析器，其中存在許多頻道，而每一頻道所調(diào)制的空間頻率的區(qū)域是不同的。后來(lái)實(shí)驗(yàn)也證明了視網(wǎng)膜的每一點(diǎn)上都存在種頻率的通道，而且這種頻率通道的感受性又各不相同。空間頻率遮掩效應(yīng)`洲空間頻率是指圖像區(qū)域內(nèi)灰度空間變化率。實(shí)驗(yàn)表明人眼視覺(jué)對(duì)信息的可見(jiàn)度隨圖像區(qū)域中局部空間頻率的變化而改變，該性質(zhì)稱為視覺(jué)空間頻率掩蓋效應(yīng)。人眼視覺(jué)系統(tǒng)分辨細(xì)節(jié)的能力與所觀看區(qū)域的相對(duì)對(duì)比度有關(guān)，通常用對(duì)比度靈敏度函數(shù)來(lái)表示。是空間頻率的函數(shù)，具有帶通性質(zhì)，通常人眼在較低和較高空間頻率處敏感度較低。

（二）圖像處理的硬件技術(shù)

當(dāng)前的圖像處理算法集成設(shè)計(jì)主要集中于EDA、PLC與FPGA技術(shù)。由于數(shù)字流是極為模塊化的，前端產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)描述，編譯成調(diào)用，而不考慮內(nèi)部技術(shù)，單元使用特定的集成電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯或其他電子功能。制造商通常為其生產(chǎn)過(guò)程提供組件庫(kù)，并提供適合標(biāo)準(zhǔn)仿真工具的仿真模型。模擬圖像處理設(shè)計(jì)工具遠(yuǎn)不是模塊化的，因?yàn)樾枰嗟墓δ?，它們更?qiáng)烈地交互從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和模塊化。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷擴(kuò)展，圖像處理設(shè)計(jì)的重要性迅速增加，用戶通過(guò)操作半導(dǎo)體制造設(shè)施來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和改良。可編程邏輯控制器（PLC）是工業(yè)數(shù)字計(jì)算機(jī)，其已經(jīng)加固并且適于控制制造過(guò)程，例如裝配線或機(jī)器人裝置或者需要高可靠性控制和易于編程的任何活動(dòng)和過(guò)程故障診斷。它們首先在汽車工業(yè)中開(kāi)發(fā)，以提供靈活、堅(jiān)固耐用且易于編程的控制器來(lái)替代硬連線繼電器和計(jì)時(shí)器。從那時(shí)起，它們已被廣泛用作適合惡劣環(huán)境的高可靠性自動(dòng)控制器。PLC是實(shí)時(shí)系統(tǒng)的示例，因?yàn)楸仨氃谟邢薜臅r(shí)間內(nèi)響應(yīng)于輸入條件產(chǎn)生輸出結(jié)果，否則將導(dǎo)致非預(yù)期的操作。

二、圖像質(zhì)量處理關(guān)鍵算法

（一）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由眾多的神經(jīng)元可調(diào)的連接權(quán)值連接而成，具有大規(guī)模并行處理、分布式信息存儲(chǔ)、良好的自組織自學(xué)習(xí)能力等特點(diǎn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種計(jì)算方法，基于神經(jīng)單元的大集合，解決由軸突連接的生物神經(jīng)元的大群集的問(wèn)題。每個(gè)神經(jīng)單元與許多其他神經(jīng)單元連接，并且可以對(duì)所連接的神經(jīng)單元的激活狀態(tài)影響中實(shí)施抑制。每個(gè)單獨(dú)的神經(jīng)單元可以具有將所有其輸入的值組合在一起的求和功能。在每個(gè)連接和單元本身上可以存在閾值函數(shù)或限制函數(shù)，使得信號(hào)在傳播到其他神經(jīng)元之前必須超過(guò)極限。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已被用于解決使用普通的基于規(guī)則的編程難以解決的各種各樣的任務(wù)，如智能化學(xué)習(xí)。歷史上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的使用向高級(jí)人工智能的方向移動(dòng)，其特征在于包含在具有一些動(dòng)力系統(tǒng)的認(rèn)知模型的參數(shù)中的知識(shí)。

（二）灰色關(guān)聯(lián)度分析

灰色關(guān)聯(lián)分析方法，是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，來(lái)進(jìn)行歸納和評(píng)價(jià)，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法?；疑P(guān)聯(lián)度分析使用特定的信息概念。它定義沒(méi)有信息為黑色的情況以及具有完美信息為白色的情況，這些理想化的情況都不會(huì)出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題中。事實(shí)上，這些過(guò)渡階段的情況被描述為灰色。因此，灰色系統(tǒng)意味著其中部分信息是已知的并且部分信息是未知的系統(tǒng)。根據(jù)這個(gè)定義，信息質(zhì)量形成從信息的缺乏到完整信息的存在過(guò)渡過(guò)程。由于不確定性總是存在，灰色分析可以得出一系列關(guān)于解決方案的清晰陳述。在一個(gè)極端情況下，這種方案無(wú)解，在另一個(gè)極端情況下，具有完美信息的系統(tǒng)具有獨(dú)特的解決方案。在中間情況中，灰色系統(tǒng)將給出各種優(yōu)化的解決方案?；疑治鲈噲D找到最好的解決方案，提供了確定一個(gè)好的解決方案的技術(shù)來(lái)解決現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題。

三、圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

（一）平臺(tái)層

圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)可以對(duì)大規(guī)模的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)大型的存儲(chǔ)與管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)的高效處理，這個(gè)數(shù)量級(jí)大部分時(shí)候在PB級(jí)以上，這樣才能讓科研活動(dòng)更加合理地進(jìn)行開(kāi)展。

（二）功能層

功能層采用擴(kuò)展算法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，采用TB級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型建立，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算與分布調(diào)度處理，利用負(fù)載的均衡技術(shù)，使得分布處理能力提升，從而實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)處理。

（三）服務(wù)層

采用基于WEB與Open API的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)挖掘處理技術(shù)，從圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的環(huán)境分析入手，加強(qiáng)端口的管理與流程的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)端口的智能配置與數(shù)據(jù)交換，讓圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的共享變得科學(xué)合理簡(jiǎn)潔。服務(wù)層屬于高級(jí)別管理層次，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)輸入輸出的合理控制，使其可以實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的高效交換。

四、實(shí)驗(yàn)分析

采用美國(guó)大學(xué)圖像和視頻工程實(shí)驗(yàn)室提供的圖像質(zhì)量估計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖像庫(kù)給出了平均主觀評(píng)分差值，本文通過(guò)它與本文提出評(píng)價(jià)指標(biāo)的一致性來(lái)衡量指標(biāo)的優(yōu)劣。首先，根據(jù)非線性映射公式建立客觀指標(biāo)與主觀評(píng)價(jià)的映射關(guān)系，并利用中的曲線擬合工具箱。進(jìn)行擬合，獲取單調(diào)的擬合曲線。在圖對(duì)庫(kù)中每幅圖像的客觀評(píng)分值與主觀評(píng)分值進(jìn)行擬合，圖中每一點(diǎn)代表一幅測(cè)試圖像。為了比較遮掩效應(yīng)和視覺(jué)敏感帶通特性對(duì)質(zhì)量指標(biāo)的影響，本文設(shè)計(jì)了四種指標(biāo)，模型平均求和、模型加權(quán)求和、修正模型平均求和、修正模型加權(quán)求和。采用同樣方式對(duì)、客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)分別與進(jìn)行擬合。最終獲得了色彩失真度、圖像偏離度、像素點(diǎn)等指標(biāo)。為了能進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)性能，還可以在目前的基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)展研究選擇何種多尺度幾何分析工具獲得稀疏表達(dá)，從而更佳地構(gòu)造圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。

五、總結(jié)

圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，因其易用性、穩(wěn)定性、快捷性受到廣大科研人員和工業(yè)控制生產(chǎn)人員的歡迎。我國(guó)各層次的開(kāi)發(fā)研究人員正不斷地改善當(dāng)前圖像處理技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，為了充分利用計(jì)算機(jī)的價(jià)值。在當(dāng)前社會(huì)生活中，各方面應(yīng)用人員應(yīng)加強(qiáng)自身的學(xué)習(xí)與探究，在合理的體系中力求計(jì)算機(jī)價(jià)值的利用最大化。大量用戶的使用同時(shí)對(duì)其發(fā)展也有促進(jìn)作用，基于視覺(jué)的圖像質(zhì)量對(duì)于科技的發(fā)展將起著越來(lái)越重要的作用。

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