基于清晰度和亮度的航拍图像质量评价方法.pdf

基于清晰度和亮度的航拍图像质量评价方法 隋传宾， 穆海坤， 段 宁 山东明嘉勘察测绘有限公司， 山东 淄博 摘 要： 针对图像质量评价在航拍图像中的重要性， 提出了一种新的适用于航拍 图像的无参考质量评价方法。算法综合考虑了图像的清晰度和亮度， 用 平均边缘宽度衡量图像的模糊度， 用指数直方图修正的方法衡量图像亮 度， 并将二者的综合值作为航拍图像质量评价指标 （ ） 。通过与 和 等算法比较得出， 本文 提出的航拍图像质量评价方法的评价结果更符合人眼视觉特性， 对航拍 图像的质量评价准确性达到 。 关键词： 图像质量评价 航拍图像 边缘宽度 直方图修正 在各种与航拍图像相关系统中， 往往需要通过对图像的质量状况 进行评价， 以调整系统的相关参数， 从而达到更好的航拍图像处理效 果。所以， 航拍图像的质量评价方法成为衡量各种航拍图像处理过程 的重要指标。 图像质量评价方法主要分为主观评价方法和客观评价方法。主观 评价方法考虑了观察者对图像的理解效果。客观质量评价方法分为全 参考方法、 部分参考方法及无参考方法三大类。 近年来， 对无参考图像质量评价方法引起了广泛的关注。谢小甫 等 分别利用人类视觉系统特性、 刚可见模糊（ ） 及相位等结合 结构相似度（ ） 对图像评价。该类方法对模糊图像的估计偏差较 大， 使评价结果和主观评价之间存在差异。 因此， 本文提出一种基于清晰度和亮度的航拍图像质量评价方法。 该方法首先通过计算平均边缘宽度度量图像的清晰度； 其次， 对待测图 像进行指数直方图修正， 通过计算修正前后的图像亮度差衡量图像亮 度， 最后将清晰度和亮度的综合结果作为航拍图像质量评价的标准。 该评价方法解决现有图像质量评价方法不适用于航拍图像的问题， 提 高了对航拍图像评价的准确性， 使评价结果符合人眼视觉感知。 基于清晰度和亮度的评价方法 目前大多数算法仅对图像清晰度进行评价， 没有考虑图像亮度的 影响。本文针对航拍图像的特点综合考虑图像清晰度和图像亮度。 清晰度评价 航拍图像在航行中进行拍摄， 往往因飞机自身的晃动或相对运动 等因素造成图像模糊。模糊图像的显著特点是图像边缘模糊， 边缘宽 度明显变宽。因此， 本文用边缘平均宽度评价图像的清晰度。清晰度 评价步骤如下： ： 用 算子对评价图像进行初步边缘检测； ： 根据边缘像素点的特点， 对第一步中的结果进行处理， 去除伪 边缘点； ： 对确认的边缘像素点进行模糊度估计并计算边缘点的模糊距 离 ； ： 重复以上步骤， 分别对待测图像进行水平和垂直两方向检测； ： 对水平和垂直方向的模糊估值计算进行加权， 得到图像总体模 糊估计值 ， 如式（ ） 所示。 （ ） 亮度衡量 对航拍图像来说， 只有正确曝光下得到的图像， 其亮度才适合人眼 辨认， 计算机的进一步处理。因此， 针对亮度传统方法评价不够严谨、 误判率较高的问题， 提出一种基于指数直方图修正的图像亮度评价算 法。通过指数直方图修正， 将原始图像修正到适合人眼视觉感知的最 佳范围， 通过比对修正前后灰度值的改变量衡量亮度。 以直方图修正前后的平均灰度差值， 作为亮度的衡量标准。假设 航拍图像的亮度分量平均灰度为 ， 直方图修正后的平均灰度为 。 对亮度合适且清晰的航拍图像， 其平均灰度与直方图修正后的平均灰 度非常接近； 对平均灰度较高的图像， 直方图修正可降低图像亮度； 而 平均灰度低的图像， 通过直方图修正， 可提高图像亮度。因此， 与 两者有以下的三种关系： 当 时， 图像亮度不够； 当 时， 图像亮度过强； 当 时， 图像亮度为标准亮度 而在实际应用中， 不可能得到完全相等的 和 ， 只能认为具有 最接近的 和 值的图像， 即具有最小 值的图像其亮度 是最合适的。由此得到亮度评价指标 ， 如式（ ） 所示。 （ ） 基于指数直方图修正的图像亮度评价算法的具体步骤如下所示。 ： 根据 到 彩色空间的转换方法， 提取亮度分量， 得到图 像灰度图 ； ： 计算图像 的平均灰度为 ； ： 对灰度图 做指数分布的直方图修正， 得到灰度图 ； ： 计算图像 的平均灰度为 ； ： 计算亮度评价指标 。 在步骤 中， 为了使直方图修正后的输出图像满足人眼的主观亮 度感觉， 使用指数分布作为输出图像灰度概率密度模型， 如式（ ） 所示。 （ ） （ ） （ ） 式中为率参数， 根据概率密度模型， 得到指数直方图修正转换函数， 如式（ ） 所示。 （ ） （ ） 从式（ ） 可以看出， 由概率模型得到的指数直方图修正转换函数使 主观亮度感觉与客观亮度的对数呈线性相关， 有利于保证亮度评价的 准确性。解决了常规直方图均衡方法没有考虑人眼视觉与亮度的关 系， 对亮度衡量不准确的现象。 综合评价指标 将清晰度评价值和亮度衡量值加权得到航拍图像的质量评价指标 （ ） ， 如式（ ） 所示。 （ ） 综合了影响航拍图像质量最重要的两个因素， 即图像清晰 度和图像亮度。采用该评价指标克服了传统方法对航拍图像片面性的 评价。当 的值及 越小时， 图像质量评价指标 的值越小， 航拍图像质量越好。 有效性分析 为了更好的评价本文提出的图像质量评价指标 的正确性， 将该评价方法运用到实际航拍图像解析定位系统中， 这里随机抽取如 图 所示的 副实际项目中的航拍图像。 根据人眼主观感知对图 中的各图像按质量由好到差排序依次 为： ， ， ， ， ， 。分别用 、 文献 、 文献 的方法及本文方法对 图 中的图像进行评价， 上述各评价方式的评价结果见表 。 （ ） （ ） （ 下转第 页） 年第 期（ 总第 期） 江西建材 勘察与测绘 结束语 电气自动化工程控制系统在生产中能够发挥出中重大作用， 其发 展现状尚可， 能够满足基本工作需求； 其未来趋势也很明显， 主要是 系统、 标准化系统和智能化系统； 因此， 需要加强升级创新、 企业合 作以及风险防控方面的工作， 推动其稳步发展。 参考文献 石磊 电气自动化工程控制系统的现状及其发展趋势 自动控 制， （ ） 马德全 电气自动化控制系统及其设计探究 华章， （ ） 符立超 电气自动化工程控制系统的现状及其发展趋势 科技 向导， （ ） 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （ 上接第 页） 参考文献 顾继明 关于现代建筑电气设计中电源谐波问题的探讨 建筑 建材装饰， （ ） ： ， 陈燕文 民用建筑电气系统设计中谐波的危害和治理措施 建 筑工程技术与设计， （ ） ： ， 马洪珍 浅谈谐波治理措施在建筑电气设计中的应用 黑龙江 科技信息， （ ） ： 赵康 谐波治理措施在建筑电气设计中的应用探究 黑龙江科 技信息， （ ） ： 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （ 上接第 页） 参考文献 杜涛， 张军， 杨明 变频节能技术在中央空调中的应用 化学工 程与装备， ， 吴济田 变频软起动器在中央空调水泵电机上的节能应用 自 动化应用， ， 谢智英 现代中央空调节能系统中传感器应用的研究 贵州大 学， 谷丽静 大型公共建筑空调系统的节能设计与优化管理 西华 大学， 温志英， 黄冠明， 毕南楠， 方昌始 变频技术在中央空调节能控制中 的应用 自动化技术与应用， ， 王宇天 基于模糊 控制的中央空调水系统节能方法研究 青岛理工大学， 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （ 上接第 页） 姚子航， 窦景磊， 何冬梅 浅谈电气自动化控制中的人工智能技术应 用 中小企业管理与科技信息， （ ） ： 姚崇武， 王丹暨， 耿邱慧 智能化技术在电气工程自动化控制中的应 用 科技信息致富导向， （ ） ： 茂建东， 张一凡， 刘依林， 王兰宁 建筑电气与智能化专业本科实践 教学改革探讨 中小企业管理与科技， （ ） ： 贾义政， 冯菲菲， 兰超 浅谈电气自动化控制中的人工智能技术 中小企业管理与科技， （ ） ： 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （ 上接第 页） （ ） （ ） （ ） （ ） 图 航拍图像 表 不同方法的质量评价值 上述几种方法都是无参考型的图像质量评价方法。及文献 的方法是值越大对应图像越好， 文献 及本文方法则是值越小， 图像质量越好。根据表 中的数据显示及分析发现， 文献 中对 ， 的评价比 ， 都要好， 即该方法缺乏对模糊图像的评价， 文献 的方 法不再适用。文献 的方法没有考虑亮度对图像的视觉影响， 对图像 ， 的评价结果基本一致， 不符合主观评价结果。的评价更是无法 与人眼视觉系统评价一致， 其受图像内容的影响， 不适用于航拍图像。 而本文方法的评价结果则能很好的符合主观评价， 验证了 的正 确性。 结论 根据航拍图像的特点， 提出一种基于清晰度和亮度的航拍图像质 量评价方法， 解决了一般的图像质量算法不适用于航拍图像的问题。 经实验及项目实证表明， 该方法能很好的适用于航拍图像， 评价效果与 观察一致。但航拍图像除了图像模糊和曝光不足等情况外， 还存 在压缩失真等现象。因此， 研究能同时评价更多影响航拍图像质量因 素的质量评价算法是未来研究的重