Full reference image quality assessment based on color appearance-based phase consistency

JIANG Benchi; BIAN Shilei; SHI Chenyang; WU Lulu

doi:10.37188/OPE.20233110.1509

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Full reference image quality assessment based on color appearance-based phase consistency

Information Sciences | 更新时间：2023-05-25

- Full reference image quality assessment based on color appearance-based phase consistency
- Optics and Precision Engineering Vol. 31, Issue 10, Pages: 1509-1521(2023)
- 作者机构：
  
  安徽工程大学人工智能学院，安徽芜湖 241000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20233110.1509
  CLC： TP394.1;TH691.9
- Received：14 May 2022，
  
  Revised：27 October 2022，
  
  Published：25 May 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
江本赤,卞仕磊,史晨阳等.基于色貌尺度相位一致性的全参考图像质量评价[J].光学精密工程,2023,31(10):1509-1521.

JIANG Benchi,BIAN Shilei,SHI Chenyang,et al.Full reference image quality assessment based on color appearance-based phase consistency[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(10):1509-1521.
江本赤,卞仕磊,史晨阳等.基于色貌尺度相位一致性的全参考图像质量评价[J].光学精密工程,2023,31(10):1509-1521. DOI： 10.37188/OPE.20233110.1509.

JIANG Benchi,BIAN Shilei,SHI Chenyang,et al.Full reference image quality assessment based on color appearance-based phase consistency[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(10):1509-1521. DOI： 10.37188/OPE.20233110.1509.

摘要

为提高图像质量评价模型的准确性，提出一种基于色貌尺度相位一致性的全参考评价模型。首先，在CIELAB色空间的色貌指标Vividness上提取图像结构信息，得到色貌尺度上的相位一致性量值；然后，利用均方根法计算对比度相似图，并在通过上述色空间的颜色通道获取色度相似图；最后，将相位一致性、对比度以及色度三种图像特征结合，采用标准差法进行求和池化，得到全参考图像质量评价计算模型。为验证本模型的可靠性，对4个常用图像数据库中的失真图像进行测试，依据4项评价标准分析其预测精度、计算复杂度及泛化性。实验结果表明，模型在上述数据库中测得的Pearson线性相关系数值最低为0.878 1（TID2013），最高达到0.961 6（LIVE）；Spearman秩相关系数值最低为0.859 2（TID2013），最高达到0.965 3（LIVE）。与多种现有方法相比，本图像质量评价模型具有更高的视觉关系预测精度。

Abstract

To improve the accuracy of image quality assessment， a full-reference image quality assessment （IQA） model is proposed based on the phase consistency of color appearance scale. First， the image structure information is extracted from vividness， which is an index of color appearance in the CIELAB color space， to obtain a color appearance-based phase consistency value. Subsequently， the contrast similarity map is calculated using the root-mean-square method to obtain the chroma similarity map through the color channel of the color space. Finally， the three image features of phase consistency， contrast， and chromaticity are combined， and the standard deviation method is used for pooling. Consequently， the full-reference IQA computing model is realized. To verify the reliability of this model， experiments were conducted on distorted images in four common image databases， whereby prediction accuracy， computational complexity， and generalization were determined based on four criteria. In the experimental results， the Pearson linear correlation coefficient of this model was the lowest for TID2013 at 0.8781 and highest for LIVE at 0.9616. The Spearman rank correlation coefficient was the lowest for TID2013 at 0.8592 and highest for LIVE at 0.9653. Compared with many existing methods， the proposed IQA model has higher prediction accuracy for visual relationships.

关键词

Keywords

references

卢鹏，刘楷贇，邹国良，等 . 基于多特征融合和卷积神经网络的无参考图像质量评价［J］. 液晶与显示， 2022 ， 37 （ 1 ）： 66 - 76 . doi: 10.37188/CJLCD.2021-0175 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2021-0175

LU P ， LIU K Y ， ZOU G L ， et al . No reference image quality assessment based on fusion of multiple features and convolutional neural network ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 66 - 76 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2021-0175 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2021-0175

高敏娟，党宏社，魏立力，等 . 全参考图像质量评价回顾与展望［J］. 电子学报， 2021 ， 49 （ 11 ）： 2261 - 2272 . doi: 10.12263/DZXB.20200780 http://dx.doi.org/10.12263/DZXB.20200780

GAO M J ， DANG H SH ， WEI L L ， et al . Review and prospect of full reference image quality assessment ［J］. Acta Electronica Sinica ， 2021 ， 49 （ 11 ）： 2261 - 2272 . （in Chinese） . doi: 10.12263/DZXB.20200780 http://dx.doi.org/10.12263/DZXB.20200780

刘国军，高丽霞，陈丽奇 . 广义平均的全参考型图像质量评价池化策略［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 3 ）： 742 - 748 . doi: 10.3788/ope.20172503.0742 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172503.0742

LIU G J ， GAO L X ， CHEN L Q . Pooling strategy for full-reference IQA via general means ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 3 ）： 742 - 748 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20172503.0742 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172503.0742

韩昊男，钱锋，吕建威，等 . 图像去雾方法质量评价［J］. 光学精密工程， 2022 ， 30 （ 6 ）： 721 - 733 . doi: 10.37188/OPE.20223006.0721 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223006.0721

HAN H N ， QIAN F ， LV J W ， et al . Image dehazing method quality assessment ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2022 ， 30 （ 6 ）： 721 - 733 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20223006.0721 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223006.0721

宋蓓蓓，马穗娜，何帆，等 . Res2-Unet深度学习网络的RGB-高光谱图像重建［J］. 光学精密工程， 2022 ， 30 （ 13 ）： 1606 - 1619 . doi: 10.37188/OPE.2021.0433 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.2021.0433

SONG B B ， MA S N ， HE F ， et al . Hyperspectral reconstruction from RGB images based on Res2-Unet deep learning network ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2022 ， 30 （ 13 ）： 1606 - 1619 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.2021.0433 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.2021.0433

丰明坤，孙丽慧，葛丁飞，等 . 深度视觉频谱残余融合的图像质量评价［J］. 光电子·激光， 2021 ， 32 （ 10 ）： 1055 - 1064 .

FENG M K ， SUN L H ， GE D F ， et al . Image quality evaluation of spectrum residual fusion in depth vision ［J］. Journal of Optoelectronics·Laser ， 2021 ， 32 （ 10 ）： 1055 - 1064 . （in Chinese）

WANG Z ， BOVIK A C ， SHEIKH H R ， et al . Image quality assessment： from error visibility to structural similarity ［J］. IEEE Transactions on Image Processing ， 2004 ， 13 （ 4 ）： 600 - 612 . doi: 10.1109/tip.2003.819861 http://dx.doi.org/10.1109/tip.2003.819861

PAUL M ， BEHR S C ， WEISS C ， et al . Spatio-temporal and-spectral feature maps in photoplethysmography imaging and infrared thermography ［J］. BioMedical Engineering OnLine ， 2021 ， 20 （ 1 ）： 1 - 54 . doi: 10.1186/s12938-020-00841-9 http://dx.doi.org/10.1186/s12938-020-00841-9

WANG Z ， SIMONCELLI E P ， BOVIK A C . Multiscale Structural Similarity for Image Quality Assessment ［C］. The Thrity-Seventh Asilomar Conference on Signals ， Systems & Computers . 9 - 12 ， 2003， Pacific Grove， CA， USA. IEEE ， 2004： 1398 - 1402 . doi: 10.1109/acssc.2003.1292216 http://dx.doi.org/10.1109/acssc.2003.1292216

LI C F ， BOVIK A C . Three-Component Weighted Structural Similarity Index ［C］. Image quality and system performance VI. SPIE ， 2009 ， 7242 ： 252 - 260 . doi: 10.1117/12.811821 http://dx.doi.org/10.1117/12.811821

JIA H Z ， ZHANG L ， WANG T H . Contrast and visual saliency similarity-induced index for assessing image quality ［J］. IEEE Access ， 2018 ， 6 ： 65885 - 65893 . doi: 10.1109/access.2018.2878739 http://dx.doi.org/10.1109/access.2018.2878739

LIU A M ， LIN W S ， NARWARIA M . Image quality assessment based on gradient similarity ［J］. IEEE Transactions on Image Processing ， 2012 ， 21 （ 4 ）： 1500 - 1512 . doi: 10.1109/tip.2011.2175935 http://dx.doi.org/10.1109/tip.2011.2175935

SHEIKH H R ， BOVIK A C ， DE VECIANA G . An information fidelity criterion for image quality assessment using natural scene statistics ［J］. IEEE Transactions on Image Processing ， 2005 ， 14 （ 12 ）： 2117 - 2128 . doi: 10.1109/tip.2005.859389 http://dx.doi.org/10.1109/tip.2005.859389

朱惠娟，宗平，丛玉华 . 基于权重池的多尺度图像质量评估方法［J］. 计算机工程与应用， 2021 ， 57 （ 3 ）： 215 - 221 . doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.2008-0365 http://dx.doi.org/10.3778/j.issn.1002-8331.2008-0365

ZHU H J ， ZONG P ， CONG Y H . Multi-scale image quality assessment method based on weight pool ［J］. Computer Engineering and Applications ， 2021 ， 57 （ 3 ）： 215 - 221 . （in Chinese） . doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.2008-0365 http://dx.doi.org/10.3778/j.issn.1002-8331.2008-0365

MOKAYED H ， SHIVAKUMARA P ， WOON H H ， et al . A new DCT-PCM method for license plate number detection in drone images ［J］. Pattern Recognition Letters ， 2021 ， 148 ： 45 - 53 . doi: 10.1016/j.patrec.2021.05.002 http://dx.doi.org/10.1016/j.patrec.2021.05.002

ZHANG L ， ZHANG L ， MOU X Q ， et al . FSIM： a feature similarity index for image quality assessment ［J］. IEEE Transactions on Image Processing ， 2011 ， 20 （ 8 ）： 2378 - 2386 . doi: 10.1109/tip.2011.2109730 http://dx.doi.org/10.1109/tip.2011.2109730

张帆，张偌雅，李珍珍 . 基于对称相位一致性的图像质量评价方法［J］. 激光与光电子学进展， 2017 ， 54 （ 10 ）： 101003 . doi: 10.3788/lop54.101003 http://dx.doi.org/10.3788/lop54.101003

ZHANG F ， ZHANG R Y ， LI ZH ZH . Image quality evaluation method based on symmetrical phase consistency ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2017 ， 54 （ 10 ）： 101003 . （in Chinese） . doi: 10.3788/lop54.101003 http://dx.doi.org/10.3788/lop54.101003

夏雨蒙，王永芳，王闯 . 相位一致性指导的全参考全景图像质量评价［J］. 中国图象图形学报， 2021 ， 26 （ 7 ）： 1625 - 1636 . doi: 10.11834/jig.200546 http://dx.doi.org/10.11834/jig.200546

XIA Y M ， WANG Y F ， WANG CH . Phase consistency guided full-reference panoramic image quality assessment algorithm ［J］. Journal of Image and Graphics ， 2021 ， 26 （ 7 ）： 1625 - 1636 . （in Chinese） . doi: 10.11834/jig.200546 http://dx.doi.org/10.11834/jig.200546

LIU L ， GAO M ， ZHANG Y ， et al . Application of machine learning in intelligent encryption for digital information of real-time image text under big data ［J］. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking ， 2022 ， 2022（ 1 ）： 1 - 16 . doi: 10.1186/s13638-022-02111-9 http://dx.doi.org/10.1186/s13638-022-02111-9

史晨阳，林燕丹 . 基于图像色貌和梯度特征的图像质量客观评价［J］. 物理学报， 2020 ， 69 （ 22 ）： 228701 . doi: 10.7498/aps.69.20200753 http://dx.doi.org/10.7498/aps.69.20200753

SHI CH Y ， LIN Y D . Objective image quality assessment based on image color appearance and gradient features ［J］. Acta Physica Sinica ， 2020 ， 69 （ 22 ）： 228701 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.69.20200753 http://dx.doi.org/10.7498/aps.69.20200753

SHI C Y ， LIN Y D . Full reference image quality assessment based on visual salience with color appearance and gradient similarity ［J］. IEEE Access ， 2020 ， 8 ： 97310 - 97320 . doi: 10.1109/access.2020.2995420 http://dx.doi.org/10.1109/access.2020.2995420

BERNS R S . Extending CIELAB： vividness， depth， and clarity ［J］. Color Research & Application ， 2014 ， 39 （ 4 ）： 322 - 330 . doi: 10.1002/col.21833 http://dx.doi.org/10.1002/col.21833

AHMED I T ， DER C S ， HAMMAD B T ， et al . Contrast-distorted image quality assessment based on curvelet domain features ［J］. International Journal of Electrical and Computer Engineering （IJECE）， 2021 ， 11 （ 3 ）： 2595 . doi: 10.11591/ijece.v11i3.pp2595-2603 http://dx.doi.org/10.11591/ijece.v11i3.pp2595-2603

CHENG J ， REN B K ， ZHAO L J ， et al . Analysis of phase response of fiber Fabry-Pérot cavity microphones ［J］. The Journal of the Acoustical Society of America ， 2021 ， 149 （ 2 ）： 1012 - 1020 . doi: 10.1121/10.0003446 http://dx.doi.org/10.1121/10.0003446

MEGAHED Y ， SHAKER A ， YAN W Y . A phase-congruency-based scene abstraction approach for 2D-3D registration of aerial optical and LiDAR images ［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing ， 2020 ， 14 ： 964 - 981 . doi: 10.1109/jstars.2020.3033770 http://dx.doi.org/10.1109/jstars.2020.3033770

YANG X ， JU B ， KERSEMANS M . Ultrasonic tomographic reconstruction of local fiber orientation in multi-layer composites using Gabor filter-based information diagram method ［J］. NDT & E International ， 2021 ， 124 ： 102545 . doi: 10.1016/j.ndteint.2021.102545 http://dx.doi.org/10.1016/j.ndteint.2021.102545

PONOMARENKO N ， LUKIN V ， ZELENSKY A ， et al . TID2008-a database for evaluation of full-reference visual quality assessment metrics ［J］. Advances of modern radioelectronics ， 2009 ， 10 （ 4 ）： 30 - 45 .

BAKSHI A ， ROY S ， MALLICK A ， et al . A discrete magno-parvo additive model in early vision for explaining brightness perception in varying contrastive contexts ［J］. Biological Cybernetics ， 2022 ， 116 （ 1 ）： 5 - 21 . doi: 10.1007/s00422-021-00896-4 http://dx.doi.org/10.1007/s00422-021-00896-4

LARSON E ， CHANDLER D . Categorical image quality （CSIQ） database ［DB/OL］. ［ 2012-12-10 ］. http：//vision.okstate.edu/csiq http://vision.okstate.edu/csiq .

SHEIKH ， WANG ZH. R. ， CORMACK L ， et al . LIVE image quality assessment database release 2 ［DB/OL］. ［ 2006-10-16 ］. http：//live.ece.utexas.edu/research/quality http://live.ece.utexas.edu/research/quality

PONOMARENKO N ， JIN L N ， IEREMEIEV O ， et al . Image database TID2013： Peculiarities， results and perspectives ［J］. Signal Processing： Image Communication ， 2015 ， 30 ： 57 - 77 . doi: 10.1016/j.image.2014.10.009 http://dx.doi.org/10.1016/j.image.2014.10.009

XIANG Z F ， HU D F ， XIONG H C ， et al . Benefit of chemotherapy in stage III nasopharyngeal carcinoma： analysis of the surveillance， epidemiology， and end results database ［J］. Oral Oncology ， 2021 ， 117 ： 105284 . doi: 10.1016/j.oraloncology.2021.105284 http://dx.doi.org/10.1016/j.oraloncology.2021.105284

LARSON E C ， CHANDLER D M . Most apparent distortion： full-reference image quality assessment and the role of strategy ［J］. Journal of Electronic Imaging ， 2010 ， 19 （ 1 ）： 011006 . doi: 10.1117/1.3267105 http://dx.doi.org/10.1117/1.3267105

XUE W F ， ZHANG L ， MOU X Q ， et al . Gradient magnitude similarity deviation： a highly efficient perceptual image quality index ［J］. IEEE Transactions on Image Processing： a Publication of the IEEE Signal Processing Society ， 2014 ， 23 （ 2 ）： 684 - 695 . doi: 10.1109/tip.2013.2293423 http://dx.doi.org/10.1109/tip.2013.2293423

ZHANG L ， SHEN Y ， LI H Y . VSI： a visual saliency-induced index for perceptual image quality assessment ［J］. IEEE Transactions on Image Processing ， 2014 ， 23 （ 10 ）： 4270 - 4281 . doi: 10.1109/tip.2014.2346028 http://dx.doi.org/10.1109/tip.2014.2346028

YANG G Y ， LI D S ， LU F ， et al . RVSIM： a feature similarity method for full-reference image quality assessment ［J］. EURASIP Journal on Image and Video Processing ， 2018 ， 2018（ 1 ）： 1 - 15 . doi: 10.1186/s13640-018-0246-1 http://dx.doi.org/10.1186/s13640-018-0246-1

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Adaptive focusing evaluation algorithm for optical imaging of wafer positioning marks

Full-reference image quality assessment based on texture singular value decomposition

De-scattering method of underwater image based on imaging of specific polarization state

Pooling strategy for quality evaluation of full-reference model low illumination image

Pooling strategy for full-reference IQA via general means

Related Author

LOU Peihuang

MENG Kai

ZHANG Hangying

YANG Jin

NIU Guangyue

FU Xiao

DUAN Fajie

LI Jiaxin

Related Institution

Key Laboratory of Aerospace Integrated Circuits and Microsystem， Ministry of Industry and Information Technology

National Key Laboratory of Microwave Photonics

College of Mechanical and Electrical Engineering， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

State Key Laboratory of Precision Measuring Technology & Instruments， Tianjin University

Key Laboratory for Micro/Nano Technology and System of Liaoning Province， Key Laboratory for Precision ＆ Non-traditional Machining Technology，Ministry of Education， Dalian University of Technology

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰