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

【關(guān)鍵詞】視覺特性；圖像質(zhì)量；指標(biāo)

一、引言

（一）視覺特性概述

人類視覺系統(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它所知甚少，但隨著人們對其生理和心理過程的深人研究，已經(jīng)取得了一些有用的結(jié)論。視覺多通道特性，視覺的多通道理論認(rèn)為人的視覺系統(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?？臻g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)表明人眼視覺對信息的可見度隨圖像區(qū)域中局部空間頻率的變化而改變，該性質(zhì)稱為視覺空間頻率掩蓋效應(yīng)。人眼視覺系統(tǒng)分辨細(xì)節(jié)的能力與所觀看區(qū)域的相對對比度有關(guān)，通常用對比度靈敏度函數(shù)來表示。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)過程提供組件庫，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，用戶通過操作半導(dǎo)體制造設(shè)施來對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和改良?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）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和過程故障診斷。它們首先在汽車工業(yè)中開發(fā)，以提供靈活、堅(jiān)固耐用且易于編程的控制器來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、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)，使得信號在傳播到其他神經(jīng)元之前必須超過極限。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)模型的使用向高級人工智能的方向移動，其特征在于包含在具有一些動力系統(tǒng)的認(rèn)知模型的參數(shù)中的知識。

（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)展趨勢的相似或相異程度，來進(jìn)行歸納和評價(jià)，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。灰色關(guān)聯(lián)度分析使用特定的信息概念。它定義沒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出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)世界的問題中。事實(shí)上，這些過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渡過程。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。灰色分析試圖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)來解決現(xiàn)實(shí)世界的問題。

三、圖像質(zhì)量評價(jià)平臺的設(shè)計(jì)

（一）平臺層

圖像質(zhì)量評價(jià)分布式存儲系統(tǒng)可以對大規(guī)模的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，通過大型的存儲與管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對于數(shù)據(jù)的高效處理，這個(gè)數(shù)量級大部分時(shí)候在PB級以上，這樣才能讓科研活動更加合理地進(jìn)行開展。

（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)量評價(jià)挖掘處理技術(shù)，從圖像質(zhì)量評價(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)量評價(jià)的共享變得科學(xué)合理簡潔。服務(wù)層屬于高級別管理層次，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對輸入輸出的合理控制，使其可以實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量評價(jià)的高效交換。

四、實(shí)驗(yàn)分析

采用美國大學(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)庫進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖像庫給出了平均主觀評分差值，本文通過它與本文提出評價(jià)指標(biāo)的一致性來衡量指標(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。在圖對庫中每幅圖像的客觀評分值與主觀評分值進(jìn)行擬合，圖中每一點(diǎn)代表一幅測試圖像。為了比較遮掩效應(yīng)和視覺敏感帶通特性對質(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、客觀評價(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)一步提高評價(jià)性能，還可以在目前的基礎(chǔ)上繼續(xù)開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。我國各層次的開發(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)對其發(fā)展也有促進(jìn)作用，基于視覺的圖像質(zhì)量對于科技的發(fā)展將起著越來越重要的作用。

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