張翔松，高煒欣

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

目前，常用的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法分為：全參考方法、半?yún)⒖挤椒ê蜔o(wú)參考方法。前兩種評(píng)價(jià)方法與人眼視覺效果有一定差距。文獻(xiàn)[1-2]把圖像信息熵和結(jié)構(gòu)相似度等評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合，得出一種綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，彌補(bǔ)了單一指標(biāo)的不足；文獻(xiàn)[3]從圖像信息的表達(dá)方式入手，提出一種與人眼視覺一致的評(píng)價(jià)方法，取得較好效果。在對(duì)環(huán)焊縫圖像檢測(cè)時(shí)，檢驗(yàn)人員主要直接觀察射線圖像來(lái)判斷圖像的質(zhì)量，人眼視覺因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響很大。由此，本文提出一種基于人眼視覺特性(HVS)的無(wú)參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，本文中把增強(qiáng)前后的環(huán)焊縫圖像評(píng)價(jià)值與其他客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)值做對(duì)比，來(lái)說(shuō)明所提方法的優(yōu)勢(shì)。

1 基于HVS 的無(wú)參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

1）人眼灰度敏感性建模

人眼對(duì)不同灰度具有不同的敏感性，一般情況下，對(duì)中等灰度敏感最佳，而對(duì)低灰度和高灰度敏感下降。根據(jù)各像素灰度的非線性特性，將人眼對(duì)灰度的敏感性v(i,j)近似定義為：

2）圖像模糊建模

X 射線環(huán)焊縫圖像具有噪聲大，對(duì)比度低的特點(diǎn)，由于噪聲的存在，使圖像的邊緣變的模糊。一條理想X 射線焊縫圖像的邊緣呈階躍狀，階躍邊緣上的每個(gè)像素都發(fā)生了垂直越變。在實(shí)際焊縫圖像中，由于噪聲的存在，模糊圖像邊緣并非垂直越變，而是呈現(xiàn)一定的坡度。如圖1 所示，圖1 中H 為模糊邊緣初始灰度級(jí)的越變差值，N 代表模糊邊緣的斜坡中所包含的像素?cái)?shù),邊緣的模糊程度與斜坡的斜率成比例。

圖1 斜坡邊緣斜率計(jì)算圖

基于此，本文提出利用模糊邊緣的斜坡斜率來(lái)衡量環(huán)焊縫圖像的模糊程度，在圖像邊緣某一方向上的模糊度量公式為：

計(jì)算每個(gè)邊緣像素所有方向的梯度，并且用梯度最大方向上的斜坡斜率來(lái)評(píng)價(jià)圖像。

2 方法步驟

1）用Sobel 邊緣檢測(cè)算法提取圖像的邊緣。

2）選取每個(gè)像素點(diǎn)梯度最大方向上的梯度值，并重復(fù)執(zhí)行3）到9）步驟。本文中分別計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的0 度方向、鉛垂方向、45°方向和135°方向的梯度。四個(gè)方向的梯度計(jì)算模板如圖2 所示。

圖2 四個(gè)方向的梯度計(jì)算模板

3）邊緣點(diǎn)的邊緣擴(kuò)展寬度即為沿著梯度最大的正反方向上灰度值的極大值和極小值之差，即模糊邊緣的斜坡中所包含的像素?cái)?shù)。

4）按照式2）計(jì)算該邊緣點(diǎn)所處邊緣的模糊程度tgr。

5）求出傾斜角度r。

6）計(jì)算r′，r′=r/1.57，r′的值在[0,1]內(nèi)。

7）按照式1）計(jì)算該邊緣點(diǎn)的灰度敏感度v(i,j）。

8）計(jì)算v′(i,j），v′(i,j）=v(i,j）x2-1,v′(i,j）的值在[0,1]內(nèi)。

9）計(jì)算該邊緣點(diǎn)所處邊緣的基于HVS 的模糊程度AM(i,j）=r′×v′(i,j）。

10）按照步驟3）至步驟9）計(jì)算每一個(gè)邊緣點(diǎn)的AM(i,j），取其中的最大值作為整幅圖像的模糊程度AM（I），其值越大，圖像質(zhì)量越差。

3 無(wú)參考評(píng)價(jià)方法驗(yàn)證

從圖庫(kù)中隨機(jī)抽取50 張?jiān)瓐D和150 張經(jīng)Arctan 函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、伽馬函數(shù)增強(qiáng)后的圖片作為待評(píng)價(jià)圖片，然后設(shè)定評(píng)價(jià)規(guī)則，把主觀評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)等級(jí)分為好、較好、一般、較差和差五個(gè)等級(jí)，評(píng)價(jià)分值對(duì)應(yīng)為5 分到1 分，本文評(píng)價(jià)值即為圖像模糊度AM(I）。為了說(shuō)明本文評(píng)價(jià)指標(biāo)可行性，比較結(jié)構(gòu)相似度值與AM(I）值，并與人眼效果值曲線擬合，經(jīng)對(duì)比，本文評(píng)價(jià)指標(biāo)與主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)呈線性擬合關(guān)系，結(jié)構(gòu)相似度與主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)不具有線性擬合關(guān)系。

4 結(jié)論

本文通過(guò)理論上的分析和計(jì)算，本文評(píng)價(jià)值和結(jié)構(gòu)相似度評(píng)價(jià)值都和主觀評(píng)價(jià)值進(jìn)行曲線擬合，經(jīng)驗(yàn)證，本文評(píng)價(jià)指標(biāo)與主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)呈線性擬合關(guān)系，而結(jié)構(gòu)相似度評(píng)價(jià)值與主觀評(píng)價(jià)值無(wú)線性關(guān)系，本文評(píng)價(jià)指標(biāo)效果與人眼視覺效果逼近，驗(yàn)證了本文評(píng)價(jià)指標(biāo)的可行性。