四元数谱余量彩色图像质量评价

岳靖; 刘国军; 付浩

doi:doi:10.3788/LOP56.031009

激光与光电子学进展, 2019, 56 (3): 031009, 网络出版: 2019-07-31

四元数谱余量彩色图像质量评价下载： 985次

Color Image Quality Assessment Based on Quaternion Spectral Residual

岳靖 ^**刘国军 ^*付浩

作者单位

宁夏大学数学统计学院, 宁夏银川 750021

图 & 表

图 1. RGB图像转换为纯四元数矩阵示意图

Fig. 1. Schematic of color imageconvert to a pure quaternion matrix

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图 2. 彩色图像的四元数梯度图。(a)彩色图像;(b)与(a)相对应的四元数梯度图; (c)彩色图像; (d)与(c)相对应的四元数梯度图

Fig. 2. Quaternion gradient maps of color images. (a) Color images; (b) corresponding quaternion gradient maps of (a); (c) color images; (d) corresponding quaternion gradient maps of (c)

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图 3. QSR-SIM质量评价算法的流程图

Fig. 3. Flowchart of QSR-SIM algorithm

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图 4. TID2013数据库上不同图像质量评价算法的回归曲线。 (a) SSIM;(b) FISM;(c) MS-GMSDc;(d) QSSIM;(e) SR-SIM;(f) QSR-SIM

Fig. 4. Regression curves of different image quality evaluation algorithms in TID2013. (a) SSIM; (b) FISM; (c) MS-GMSDc; (d) QSSIM; (e) SR-SIM; (f) QSR-SIM

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图 5. 参考图像及其不同类型的失真图像。(a)参考图像I07;(b) I07_11_5;(c) I07_12_4;(d) I07_15_3;(e) I07_17_4;(f) I07_24_5

Fig. 5. Reference image and its distortion images of different types. (a) Reference image I07; (b) I07_11_5; (c) I07_12_4; (d) I07_15_3; (e) I07_17_4; (f) I07_24_5

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表 1参考图像I07的5种失真图像在不同评价算法实验中的结果

Table1. Results of five kinds of distorted pictures of reference image I07 in different evaluation algorithm experiments

Algorithm	I07_11_5	I07_12_4	I07_15_3	I07_17_4	I07_24_5
Subjective score	0.9773	2.8636	3.0455	6.7273	0.4762
QSR-SIM	0.9701	0.9919	0.9968	0.9976	0.9691
VSI^[4]	0.8964	0.9610	0.9614	0.9868	0.8875
SR-SIM^[3]	0.8283	0.9317	0.9636	0.9803	0.8056
FSIM^[5]	0.7203	0.9150	0.9610	0.9621	0.7137
SSIM^[21]	0.5922	0.7208	0.9683	0.9516	0.6019
VSNR^[23]	8.7561	15.0237	12.223	11.3239	8.6929
PSNR^[24]	23.0007	26.1743	27.2014	25.0836	23.0449
GMSD^[25]	0.2418	0.1215	0.1291	0.0259	0.2622

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表 2不同评价算法的排名

Table2. Ranking of different evaluation algorithms

Algorithm	I07_11_5	I07_12_4	I07_15_3	I07_17_4	I07_24_5
Subjective score	4	3	2	1	5
QSR-SIM	4	3	2	1	5
VSI	4	3	2	1	5
SR-SIM	4	3	2	1	5
FSIM	4	3	2	1	5
SSIM	5	3	1	2	4
VSNR	4	1	2	3	5
PSNR	5	2	1	3	4
GMSD	4	2	3	1	5

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表 3算法的时间复杂度比较

Table3. Comparison of time complexity of algorithms

Database	Time /s
Database	QSSIM	QSR-SIM
I17_11_2	1.1124	0.7474
TID2013	520	485

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表 4各彩色图像质量评价方法的性能比较

Table4. Comparison of various color image quality assessment methods' performance

Database	Parameter	PSNR	SSIM	FSIM	GMSD	MS-GMSD	SR-SIM	QSR-SIM
TID2013	SROCC	0.6869	0.7417	0.8015	0.8030	0.8139	0.8073	0.8169
	KROCC	0.4958	0.5588	0.6289	0.6352	0.6467	0.6404	0.6268
	PLCC	0.6748	0.7895	0.8589	0.8575	0.8618	0.7970	0.8413
	RMSE	0.9149	0.7608	0.6349	0.4762	0.6288	0.6193	0.6701
CSIQ	SROCC	0.8058	0.8756	0.9242	0.9515	0.9545	0.9319	0.9435
	KROCC	0.6084	0.6907	0.7567	0.8021	0.8075	0.7725	0.7821
	PLCC	0.8000	0.8613	0.9120	0.9453	0.9512	0.9250	0.8049
	RMSE	0.1575	0.1334	0.1077	0.0856	0.0810	0.0997	0.1618

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表 5各评价算法的在TID2013数据库中不同失真类型下的SROCC值

Table5. SROCC values for different distortion types for various evaluation algorithms in the TID2013 database

Database	Distortiontype	MS-SSIM^[26]	SSIM_I^[27]	SSIM	IFC^[28]	VSNR	IW-SSIM	FSIM	SR-SIM	VSI	QSR-SIM
TID2013	AGN	0.8646	0.8627	0.8671	0.6612	0.8271	0.8438	0.8973	0.9253	0.9460	0.9138
	ANC	0.7730	0.7763	0.7726	0.5352	0.7305	0.7515	0.8208	0.8570	0.8705	0.8111
	SCN	0.8544	0.8505	0.8515	0.6601	0.8013	0.8167	0.8750	0.9225	0.9367	0.8900
	MN	0.8073	0.7895	0.7767	0.6932	0.7072	0.8020	0.7944	0.7860	0.7697	0.7036
	HFN	0.8604	0.8688	0.8634	0.7406	0.8455	0.8553	0.8984	0.9132	0.9200	0.9042
	IN	0.7629	0.7896	0.7503	0.6408	0.7363	0.7281	0.8072	0.8277	0.8741	0.7885
	QN	0.8706	0.8411	0.8657	0.6282	0.8357	0.8468	0.8719	0.8502	0.8748	0.8626
	GB	0.9673	0.9724	0.9668	0.8907	0.9470	0.9701	0.9551	0.9620	0.9612	0.9118
	DEN	0.9268	0.9296	0.9254	0.7779	0.9081	0.9152	0.9302	0.9403	0.9484	0.9366
	JPEG	0.9265	0.9227	0.9200	0.8357	0.9008	0.9187	0.9324	0.9386	0.9541	0.9219
	JP2K	0.9504	0.9575	0.9468	0.9078	0.9273	0.9506	0.9577	0.9674	0.9706	0.9522
	JGTE	0.8475	0.8581	0.8493	0.7425	0.7908	0.8388	0.8464	0.8543	0.9216	0.7764
	J2TE	0.8889	0.8856	0.8828	0.7769	0.8407	0.8656	0.8913	0.9166	0.9228	0.8355
	NEPN	0.7968	0.7885	0.7821	0.5737	0.6653	0.8011	0.7917	0.7975	0.8060	0.8141
	Block	0.4801	0.4563	0.5720	0.2414	0.1771	0.3717	0.5489	0.4731	0.1713	0.5545
	MS	0.7906	0.7845	0.7752	0.5522	0.4871	0.7833	0.7531	0.6576	0.7700	0.7762
	CTC	0.4634	0.3800	0.3775	0.1798	0.3320	0.4593	0.4686	0.4705	0.4754	0.4671
	CCS	0.4099	0.4208	0.4141	0.4029	0.3677	0.4196	0.2748	0.2053	0.8100	0.5359
	MGN	0.7786	0.8092	0.7803	0.6143	0.7644	0.7728	0.8469	0.8778	0.9117	0.8110
	CN	0.8528	0.8711	0.8566	0.8160	0.8683	0.8762	0.9121	0.9263	0.9243	0.9084
	LCNI	0.9068	0.9173	0.9057	0.8180	0.8821	0.9037	0.9466	0.9608	0.9564	0.9406
	ICQD	0.8555	0.8351	0.8542	0.6006	0.8667	0.8401	0.8760	0.8803	0.8839	0.8795
	CHA	0.8784	0.8771	0.8775	0.8210	0.8645	0.8682	0.8715	0.8754	0.8906	0.8494
	SSR	0.9483	0.9488	0.9461	0.8885	0.9339	0.9474	0.9565	0.9614	0.9628	0.9625

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岳靖, 刘国军, 付浩. 四元数谱余量彩色图像质量评价[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(3): 031009. Jing Yue, Guojun Liu, Hao Fu. Color Image Quality Assessment Based on Quaternion Spectral Residual[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2019, 56(3): 031009.

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图 1. RGB图像转换为纯四元数矩阵示意图

Fig. 1. Schematic of color imageconvert to a pure quaternion matrix

图 2. 彩色图像的四元数梯度图。(a)彩色图像;(b)与(a)相对应的四元数梯度图; (c)彩色图像; (d)与(c)相对应的四元数梯度图

Fig. 2. Quaternion gradient maps of color images. (a) Color images; (b) corresponding quaternion gradient maps of (a); (c) color images; (d) corresponding quaternion gradient maps of (c)

图 3. QSR-SIM质量评价算法的流程图

Fig. 3. Flowchart of QSR-SIM algorithm

图 4. TID2013数据库上不同图像质量评价算法的回归曲线。 (a) SSIM;(b) FISM;(c) MS-GMSDc;(d) QSSIM;(e) SR-SIM;(f) QSR-SIM

Fig. 4. Regression curves of different image quality evaluation algorithms in TID2013. (a) SSIM; (b) FISM; (c) MS-GMSDc; (d) QSSIM; (e) SR-SIM; (f) QSR-SIM

图 5. 参考图像及其不同类型的失真图像。(a)参考图像I07;(b) I07_11_5;(c) I07_12_4;(d) I07_15_3;(e) I07_17_4;(f) I07_24_5

Fig. 5. Reference image and its distortion images of different types. (a) Reference image I07; (b) I07_11_5; (c) I07_12_4; (d) I07_15_3; (e) I07_17_4; (f) I07_24_5

表 1参考图像I07的5种失真图像在不同评价算法实验中的结果

Table1. Results of five kinds of distorted pictures of reference image I07 in different evaluation algorithm experiments

表 2不同评价算法的排名

Table2. Ranking of different evaluation algorithms

表 3算法的时间复杂度比较

Table3. Comparison of time complexity of algorithms

表 4各彩色图像质量评价方法的性能比较

Table4. Comparison of various color image quality assessment methods' performance

表 5各评价算法的在TID2013数据库中不同失真类型下的SROCC值

Table5. SROCC values for different distortion types for various evaluation algorithms in the TID2013 database

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图 1. RGB图像转换为纯四元数矩阵示意图

Fig. 1. Schematic of color imageconvert to a pure quaternion matrix

图 2. 彩色图像的四元数梯度图。(a)彩色图像;(b)与(a)相对应的四元数梯度图; (c)彩色图像; (d)与(c)相对应的四元数梯度图

Fig. 2. Quaternion gradient maps of color images. (a) Color images; (b) corresponding quaternion gradient maps of (a); (c) color images; (d) corresponding quaternion gradient maps of (c)

图 3. QSR-SIM质量评价算法的流程图

Fig. 3. Flowchart of QSR-SIM algorithm

图 4. TID2013数据库上不同图像质量评价算法的回归曲线。 (a) SSIM;(b) FISM;(c) MS-GMSDc;(d) QSSIM;(e) SR-SIM;(f) QSR-SIM

Fig. 4. Regression curves of different image quality evaluation algorithms in TID2013. (a) SSIM; (b) FISM; (c) MS-GMSDc; (d) QSSIM; (e) SR-SIM; (f) QSR-SIM

图 5. 参考图像及其不同类型的失真图像。(a)参考图像I07;(b) I07_11_5;(c) I07_12_4;(d) I07_15_3;(e) I07_17_4;(f) I07_24_5

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表 1参考图像I07的5种失真图像在不同评价算法实验中的结果

Table1. Results of five kinds of distorted pictures of reference image I07 in different evaluation algorithm experiments

表 2不同评价算法的排名

Table2. Ranking of different evaluation algorithms

表 3算法的时间复杂度比较

Table3. Comparison of time complexity of algorithms

表 4各彩色图像质量评价方法的性能比较

Table4. Comparison of various color image quality assessment methods' performance

表 5各评价算法的在TID2013数据库中不同失真类型下的SROCC值

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