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四元数小波变换理论及其在图像质量评价中的应用研究

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四元数小波变换理论及其在图像质量评价中的应用研究

作者：李一凡江南大学

学位级别：硕士

图像是人类获取信息的重要载体,承担了传递信息的重要任务。而一幅高质量的图像在压缩、传输、解压等的过程中,可能会遭受信息损失,这种信息损失引起了图像失真。图像质量评价方法分为主观评价方法和客观评价方法。主观评价方法需要人... 详细信息

图像是人类获取信息的重要载体,承担了传递信息的重要任务。而一幅高质量的图像在压缩、传输、解压等的过程中,可能会遭受信息损失,这种信息损失引起了图像失真。图像质量评价方法分为主观评价方法和客观评价方法。主观评价方法需要人眼直接观察图像,并给出结论。客观评价方法需要计算机通过算法模型评价图像质量。因为现实生活中图像数量巨大,失真情况复杂,人类的主观评价行为易受心理、生理、环境等多种因素的影响,度量指标难以保持公正,所以,研究客观的图像质量评价方法是当前的重要任务。本文研究了全参考平面混合失真图像质量评价和无参考立体图像质量评价方法,主要内容如下:（1）基于四元数小波变换的全参考混合失真图像质量评价。该方法首先使用四元数小波变换同时分解参考图像和失真图像,获取不同尺度的幅值和相位作为图像特征;然后计算特征的相似度;并且结合幅值、相位之间的依赖性和人眼对高幅值区域的关注,调整相似性度量以符合人眼视觉特性;最后获得整幅图像的质量得分。实验表明,本方法在混合失真图像库上的SROCC指标和PLCC指标超越了传统全参考度量。（2）基于四元数小波变换的无参考立体图像质量评价。立体图像与平面图像不同,具有左视图和右视图,且真实世界的两幅视图是极为相似的,该方法衡量左右视图的相似度,并利用人眼视觉特性获取单目图。随后对左视图、右视图、单目图进行亮度去均值对比度归一化操作,用广义高斯分布拟合归一化后的系数,提取自然场景统计特征,并且下采样图像再次提取特征,用支持向量回归模型训练样本,预测图像质量。该方法与人眼主观感受相一致。（3）基于多重感知和特征联合的无参考立体图像质量评价。提取立体图像的视差图、不确定性图、显著图和融合图,将多重视觉感知信息融入立体图像质量评价,并计算它们的统计特征。然后用四元数小波变换对图像进行多尺度分析,同时提取立体图像对的四元数小波域和空间域的自然场景统计特征,丰富特征的维度。最后使用XGBoost训练模型,获取立体图像的预测分数。实验表明,本文在LIVE 3D图像库上的客观评价指标超过了流行的立体图像质量评价方法,与人的主观评分具有主观一致性。

关键词：图像质量评价四元数小波变换自然场景统计支持向量回归 XGBoost

四元数小波变换优化单目图的无参考立体图像质量评价

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激光与光电子学进展 2019年第18期56卷 135-143页

作者：李一凡李朝锋桑庆兵江南大学物联网工程学院江苏无锡214166 上海海事大学物流科学与工程研究院上海200135

通过四元数小波变换分解立体图像的左右视图,获取不同尺度不同方向的幅值相位信息,并结合人眼视觉特性生成单目图;对左右视图和单目图作亮度去均值对比度归一化(MSCN)处理,获取MSCN系数图,采用广义高斯分布模型拟合MSCN系数和MSCN四方... 详细信息

通过四元数小波变换分解立体图像的左右视图,获取不同尺度不同方向的幅值相位信息,并结合人眼视觉特性生成单目图;对左右视图和单目图作亮度去均值对比度归一化(MSCN)处理,获取MSCN系数图,采用广义高斯分布模型拟合MSCN系数和MSCN四方向邻域系数乘积,提取统计参数特征(联合峰度、偏度、标准偏差和能量),组成特征向量,通过XGBoost模型预测图像质量感知得分。结果表明,所提立体图像质量评价算法在LIVE3D图像库上优于其他方法,并且运行速度得到大幅度提高。

关键词：图像处理立体图像质量评价四元数小波变换单目图去均值对比度归一化 XGBoost

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四元数小波变换域图像融合及去噪算法研究

四元数小波变换域图像融合及去噪算法研究

作者：吴江敏合肥工业大学

学位级别：硕士

图像融合就是将多源信道所获取的关于同一目标的图像数据经过一定处理，最大化的将各图像中的优势信息融合到一幅新的图像中，从而提高图像中信息的利用率。数字图像在数字化和传输过程中经常会受到外部环境噪声的干扰影响，图像去噪的... 详细信息

图像融合就是将多源信道所获取的关于同一目标的图像数据经过一定处理，最大化的将各图像中的优势信息融合到一幅新的图像中，从而提高图像中信息的利用率。数字图像在数字化和传输过程中经常会受到外部环境噪声的干扰影响，图像去噪的目的就是既能有效的去除图像中的噪声，且同时能保持图像的边缘及细节信息。四元数小波变换是一种新的多尺度分析图像处理工具，是实小波的改进和复小波的推广，具有近似平移不变性，很好的克服了传统小波不具有平移不变性的缺，而且四元数小波变换在图像分析中提供了更丰富的相位信息。本文主要研究基于四元数小波域的图像融合和去噪算法，主要工作如下： 1.综述了图像融合及去噪的发展现状，简要叙述了图像融合及去噪的图像性能评价标准;介绍了四元数小波的相关概念，并进一步重点研究了四元数小波的分解及重构原理。 2.针对多聚焦图像系数间的相关性及传统小波在图像多尺度分析中的缺点，充分考虑系数间方向性的相关性，对改进的拉普拉斯能量和规则进行了修改，提出了一种四元数小波变换的多聚焦图像融合方法。仿真实验表明，本文所提方法在图像视觉效果和客观评价指数上都优于传统融合方法。 3.通过级联四元数小波变换和非下采样方向滤波器组,得到了非下采样四元数轮廓波，克服了传统小波不具有平移不变性及方向性少的缺点。在此基础上，提出了一种将非下采样四元数轮廓波域对称正态逆高斯分布模型与非局部均值滤波相结合的图像去噪新方法。仿真实验表明，本文所提方法获得较好的去噪效果，且优于其它一些经典去噪算法。

关键词：图像融合图像去噪四元数小波变换非下采样四元数轮廓波新的拉普拉斯能量和对称正态逆高斯分布模型非局部均值滤波

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一种基于三维模型冗余贴图的信息隐藏技术

计算机应用研究 2020年第2期37卷 510-513,525页

作者：任帅王震张弢徐振超贺媛苏东旭柳雨农长安大学信息工程学院西安710064 长安大学电子与控制工程学院西安710064 中车永济电机有限公司西安710018

针对传统三维模型信息隐藏技术鲁棒性不强的缺点,提出了一种基于三维模型冗余贴图的信息隐藏算法。首先,对正交投影纹理映射规则进行面片贴图的可行性进行验证;其次,构造带有表面颜色属性的四元数小波变换空间并选取传输的关键信息进行... 详细信息

针对传统三维模型信息隐藏技术鲁棒性不强的缺点,提出了一种基于三维模型冗余贴图的信息隐藏算法。首先,对正交投影纹理映射规则进行面片贴图的可行性进行验证;其次,构造带有表面颜色属性的四元数小波变换空间并选取传输的关键信息进行加密;最后,将隐秘消息嵌入鲁棒空间后生成含密OBJ模型,贴图纹理与状态信息保存至MTL文件中,以RSA编程手段进行含密模型文件加密处理。仿真实验表明,与不含表面贴图属性的三维模型水印以及隐写方法相比,该算法在特殊渲染环境下具备较强的抗攻击能力。

关键词：信息隐藏四元数小波变换含密OBJ模型 MTL文件

基于QWT和GLCM的多特征双重加权纹理分割

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模式识别与人工智能 2014年第3期27卷 263-271页

作者：黎明鲁方波陈昊南昌航空大学信息工程学院南昌330063

针对传统特征加权算法对混合属性数据只进行全局样本加权,而忽略不同特征提取算法对纹理描述性能强弱的缺点,提出一种基于算法有效性和特征重要性的双重加权策略.将四元数小波变换和灰度共生矩阵融合特征应用k-means算法进行初聚类,并... 详细信息

针对传统特征加权算法对混合属性数据只进行全局样本加权,而忽略不同特征提取算法对纹理描述性能强弱的缺点,提出一种基于算法有效性和特征重要性的双重加权策略.将四元数小波变换和灰度共生矩阵融合特征应用k-means算法进行初聚类,并以此产生的初始聚类中心作为参考,取每类聚类中心的k-近邻样本作为双重加权的训练样本集合.利用改进的ReliefF算法和相关性度量解决特征内权值的设定问题,再利用SVM解决特征间加权问题,最后将双重特征加权结合FCM应用于纹理分割.实验结果表明,该方法在合成纹理和自然纹理图像中均有较好的性能,且较其他特征加权算法分割准确度更高.

关键词：双重加权策略四元数小波变换灰度共生矩阵纹理分割

基于自适应PCNN模型的四元数小波域图像融合算法

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红外技术 2018年第7期40卷 660-667页

作者：朱芳刘卫安徽新华学院通识教育学院安徽合肥230088 中国科学院合肥智能机械研究所安徽合肥230031

针对红外和可见光图像的自身特点,本文提出一种基于四元数小波变换(QWT)和自适应脉冲耦合神经网络(PCNN)模型相结合的红外图像与可见光图像融合的新算法。首先将红外图像与可见光图像分别进行四元数小波变换,分别得到低频子带和高频子... 详细信息

针对红外和可见光图像的自身特点,本文提出一种基于四元数小波变换(QWT)和自适应脉冲耦合神经网络(PCNN)模型相结合的红外图像与可见光图像融合的新算法。首先将红外图像与可见光图像分别进行四元数小波变换,分别得到低频子带和高频子带系数;其次,采用局部区域方差匹配的融合准则处理低频子带系数,并用自适应的PCNN模型处理高频子带系数,用一种改进的空间频率作为PCNN模型的刺激输入,且采用拉普拉斯算子调节PCNN模型的阈值;最后经过四元数小波逆变换实现图像的融合。将本文提出的新算法与经典的图像融合算法进行对比分析,实验结果说明,新方法取得了较好地视觉改进效果,并在客观标准上也达到一定的提高。

关键词：图像融合四元数小波变换局部区域方差匹配脉冲耦合神经网络空间频率拉普拉斯算子

一种新的基于NIG模型的四元数小波图像去噪方法

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红外技术 2017年第10期39卷 928-935页

作者：朱芳刘卫安徽新华学院通识教育学院安徽合肥230088 中国科学院合肥智能机械研究所安徽合肥230031

基于正态逆高斯模型和快速双边滤波,本文在四元数小波变换域提出一种新的图像去噪算法。首先将噪声图像进行四元数小波变换分解,其次应用快速双边滤波算法处理低频子带,高频子带采用正态逆高斯模型对其进行建模,并结合最大后验概率估计... 详细信息

基于正态逆高斯模型和快速双边滤波,本文在四元数小波变换域提出一种新的图像去噪算法。首先将噪声图像进行四元数小波变换分解,其次应用快速双边滤波算法处理低频子带,高频子带采用正态逆高斯模型对其进行建模,并结合最大后验概率估计准则推导出相应的阈值函数,最后结合最优线性插值得到的阈值算法实现图像去噪。对提出的算法进行实验仿真,通过与已有优秀去噪算法比较,结果显示本文方法取得了不错的视觉效果,且在峰值信噪比和平均结构相似性上都得到一定的提高。

关键词：四元数小波变换双边滤波正态逆高斯模型最大后验概率估计最优线性插值图像去噪

面向三维交通运载模型的数字水印算法设计与研究

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面向三维交通运载模型的数字水印算法设计与研究

作者：王震长安大学

学位级别：硕士

现今互联网科技飞速发展,三维交通运载模型数据智能化应用愈来愈受到政府部门的重视与推广。由于具有绘制特征精度高,交通可视化存储方式简洁先进等优点,其在轨道交通、公路交通、海上交通以及航天与航空领域的运载工具设计、建造和运... 详细信息

现今互联网科技飞速发展,三维交通运载模型数据智能化应用愈来愈受到政府部门的重视与推广。由于具有绘制特征精度高,交通可视化存储方式简洁先进等优点,其在轨道交通、公路交通、海上交通以及航天与航空领域的运载工具设计、建造和运维等方面为相关企业带来巨大的效益红利,但信息安全与版权认证等问题也随之出现。数字水印技术是保障交通仿真模型版权保护与数据安全的重要手段,在高精度交通运载绘制模型被非法复制盗用时,嵌入至信号冗余处的关键水印标识信息也为版权所有者与执法部门提供最关键的追责认证证据。论文主要从智能交通仿真数据的源头出发,自企业项目的模型设计阶段开始,针对交通运载工具的三维数字化存储数据进行信息安全的隐藏嵌入研究。结合数字水印的载体区域构造、模型数据特征与版权标识处理等理论进行研究,提出两种新的面向交通运载模型数据的数字水印算法:(1)基于和谐号动车模型冗余贴图的数字水印算法。该算法利用三维交通运载模型正交投影的纹理映射规则、四元数小波变换与MTL文件纹理配置特性对交通模型面片贴图的可行性进行验证,再以RSA编程手段进行含密传统运载工具模型文件加密处理。仿真实验表明,与不含表面贴图属性的三维模型水印方法相比,论文算法使交通运载模型数据在特殊渲染环境下的抗攻击能力平均增强10.46%,信息安全系数平均提高7.29%。(2)基于动车车载模型相异数据的数字水印算法。算法首先以db1函数进行两次二维离散Daubechies变换,对交通模型载体内部进行一重鲁棒空间变换处理。随后利用帧化采样的小波域理论完成二重鲁棒空间变换,将需认证与追责的水印信息双重嵌入至经处理的鲁棒空间中完成信息的嵌入。实验分析表明,算法可有效提升交通运载模型数据载体在特殊环境下的不可见性、容量性、鲁棒性与抗分析能力,为交通运输行业相关设计企业的版权认证与防伪应用提供了可靠的技术手段。论文在研究交通运载仿真数据模型的相关理论与统计特征后,提出两种新的数字水印算法。核心贡献在于以二维交通运载模型图像载体和三维动车车载仿真模型数据为载体,生成含密的交通运载模型数据文件。多途径的保护企业在交通仿真模型数据的版权认证问题,多重嵌入水印信息可对数据进行优先级保护。

关键词：数字水印交通运载模型四元数小波变换动车车载仿真

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基于四元数小波变换的清晰度评价

计算机应用 2016年第7期36卷 1927-1932,1937页

作者：王治文罗晓清张战成江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 苏州科技学院电子与信息工程学院江苏苏州215009

针对当前各种图像清晰度评价方法在清晰度判别过程中单调性和区分度不够以及适用范围较小的问题,提出了一种基于四元数小波变换(QWT)幅值与相位的图像清晰度评价方法。该算法通过四元数小波变换将图像从空间域变换到频率域,对得到的四... 详细信息

针对当前各种图像清晰度评价方法在清晰度判别过程中单调性和区分度不够以及适用范围较小的问题,提出了一种基于四元数小波变换(QWT)幅值与相位的图像清晰度评价方法。该算法通过四元数小波变换将图像从空间域变换到频率域,对得到的四元数小波变换系数进一步计算之后获得低频子带与高频子带的幅值与相位信息,求得低频子带幅值各方向的梯度之后与对应方向的相位相乘求和,最终得到两个清晰度指标值。采用该算法与多种现有算法对不同内容的图像、不同程度模糊的图像以及含有不同程度噪声的图像进行清晰度评价实验:相对于现有算法,所提算法在对上述多种图像的清晰度评价中都保持着很好的单调性与区分度。实验结果表明,所提算法不但克服了现有算法在单调性与区分度上的不足,而且所提清晰度评价指标可以应用在图像处理中。

关键词：图像处理清晰度评价四元数小波变换幅值相位梯度