JP3088654B2 - Image quality measurement method - Google Patents

Image quality measurement method

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JP3088654B2 JP08122816A JP12281696A JP3088654B2 JP 3088654 B2 JP3088654 B2 JP 3088654B2 JP 08122816 A JP08122816 A JP 08122816A JP 12281696 A JP12281696 A JP 12281696A JP 3088654 B2 JP3088654 B2 JP 3088654B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータなど
を利用して画像のディジタル処理を行うシステムにおい
て、原画像と処理画像との類似度を定量的に測定する画
質測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image quality measuring method for quantitatively measuring the similarity between an original image and a processed image in a system for digitally processing an image using a computer or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】原画像f(x,y)に対する処理画像g
(x,y)の類似度、いわゆる画質を定量的に測定する
方法には種々のものが考えだされている。例えば、平均
2乗偏差∬(f−g)2 dxdyを計算する方法、平均
絶対偏差∬|f−g|dxdyを計算する方法、最大絶
対偏差max|f−g|を計算する方法などが提案され
ている。概してこれらの方法は演算方法が比較的簡単な
ため、様々な分野で広く利用されている。また、画像処
理を信号処理の観点から解析し、処理画像g(x,y)
は原画像f(x,y)及び劣化関数h(x,y)の線形
演算から得られるものと仮定し、劣化関数h(x,y)
の特性から処理画像g(x,y)の画質を評価する方法
も提案されており、これについては、例えば長尾真監訳
「ディジタル画像処理」(1978,近代科学社,15
8頁〜171頁)などの文献に詳しく記載されている。
2. Description of the Related Art A processed image g for an original image f (x, y)
Various methods have been devised for quantitatively measuring the similarity (so-called image quality) of (x, y). For example, a method of calculating the mean square deviation ∬ (f−g) 2 dxdy, a method of calculating the average absolute deviation ∬ | f−g | dxdy, a method of calculating the maximum absolute deviation max | f−g | Have been. In general, these methods are widely used in various fields because their computation methods are relatively simple. Further, the image processing is analyzed from the viewpoint of signal processing, and the processed image g (x, y)
Is assumed to be obtained from a linear operation of the original image f (x, y) and the degradation function h (x, y), and the degradation function h (x, y)
A method for evaluating the image quality of the processed image g (x, y) from the characteristics of the image has been proposed.
(Pages 8 to 171).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、平均2乗偏
差、あるいは平均絶対偏差を用いて画質を評価する場合
には、大きな偏差が局所的に存在する場合と小さな偏差
が画像全体に存在する場合とを区別することは困難であ
る。しかも、照度変動のような画像全体にわたる偏差の
影響を排除することは計算原理上不可能である。また、
最大絶対偏差を用いた場合には、雑音等による局所的な
画像の変動が画質の評価に大きく影響する。さらに、劣
化関数h(x,y)を用いて画質を評価する場合には、
解析対象となるのは画像処理システムそのものの性質す
なわちハードウェア自体の特性であり、処理画像g
(x,y)の画質については評価されない。
However, when the image quality is evaluated using the mean square deviation or the mean absolute deviation, a case where a large deviation exists locally and a case where a small deviation exists throughout the entire image. It is difficult to distinguish between Moreover, it is impossible in principle of calculation to eliminate the influence of deviation over the entire image such as illuminance fluctuation. Also,
When the maximum absolute deviation is used, local image fluctuation due to noise or the like greatly affects image quality evaluation. Further, when evaluating the image quality using the deterioration function h (x, y),
What is analyzed is the property of the image processing system itself, that is, the property of the hardware itself.
The image quality of (x, y) is not evaluated.

【0004】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは、処理画像
g(x,y)の原画像f(x,y)に対する類似度とし
ての画質を、照度変動や雑音等の影響に左右されること
なく定量的に評価することが可能な画質測定方法を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object the purpose of the present invention as the similarity of a processed image g (x, y) to an original image f (x, y). It is an object of the present invention to provide an image quality measuring method capable of quantitatively evaluating image quality without being affected by illuminance fluctuation, noise, or the like.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、ITVカメラから入力された画像す
なわち原画像に対して画像処理を施し、この画像処理さ
れた画像すなわち処理画像と原画像との類似度としての
画質を評価する画質測定方法において、原画像としての
参照画像を複数個準備しておき、この複数個の参照画像
のそれぞれを参照画像の任意の一つの画質を基準として
予め定量的に評価しておき、これら複数個の参照画像の
それぞれと処理画像との類似度としての画質を正規化相
関係数として正規化相関演算によりそれぞれ算出し、算
出された参照画像の個数分の正規化相関係数と前記参照
画像の評価値に基づいて重心演算を行うことにより、原
画像と処理画像との類似度としての画質を定量的に評価
するようにした。
In order to achieve the above object, according to the present invention, an image input from an ITV camera, that is, an original image, is subjected to image processing, and the image processed image, that is, the processed image is processed. In the image quality measuring method for evaluating the image quality as the similarity with the original image,
A plurality of reference images are prepared, and the plurality of reference images are prepared.
Each of which is based on the quality of any one of the reference images
The image quality as a similarity between each of the plurality of reference images and the processed image is previously calculated quantitatively as a normalized correlation coefficient by a normalized correlation operation , and the number of calculated reference images is calculated. Min normalized correlation coefficient and the above reference
By performing the center of gravity calculation based on the evaluation value of the image, the image quality as the similarity between the original image and the processed image is quantitatively evaluated.

【0006】この構成としたことにより、処理画像の原
画像に対する画質の評価は、照度変動の影響を受けるこ
との少ない正規化相関演算により算出された正規化相関
係数を基に導出される。また、原画像として予め画質が
定量的に評価されている画像を参照画像として複数個準
備し、これら複数個の参照画像のそれぞれと処理画像と
の類似度としての画質を算出しているので、雑音が原画
像に混入した場合でも、原画像より得られた複数個の参
照画像のそれぞれにも互いに等しい量の雑音が混入する
ことになり、その結果複数個の参照画像のそれぞれと処
理画像との類似度としての画質の相対的な評価は、雑音
の影響が排除されたものとなる。
[0006] With this configuration, the evaluation of the image quality of the processed image with respect to the original image is derived based on the normalized correlation coefficient calculated by the normalized correlation operation which is less affected by the illuminance fluctuation. Also, a plurality of images whose image quality has been quantitatively evaluated in advance as an original image are prepared as reference images, and the image quality as the degree of similarity between each of the plurality of reference images and the processed image is calculated. Even when noise is mixed into the original image, an equal amount of noise is mixed into each of the plurality of reference images obtained from the original image, and as a result, each of the plurality of reference images and the processed image The relative evaluation of the image quality as the degree of similarity is such that the influence of noise is eliminated.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は原画像、図2
(a)〜(e)は原画像とITVカメラとの距離を5段
階に変化させながら撮影したときの画像すなわち参照画
像である。表1に示す画質Xk (k=a,b,c,d,
e)は、図2(a)〜(e)のそれぞれの参照画像の、
図1に示す原画像に対する画質(類似度)を主観的に評
価した値である。具体的には、図2(c)の参照画像が
図1に示す原画像に最も類似しているのでこれを基準と
して画質100(Xc =100)と設定し、さらに図2
(c)の参照画像を基準としたときの図2(a)、
(b)、(d)、(e)の各参照画像の画質をそれぞ
れ、30(Xa =30)、50(Xb =50)、150
(X d =150)、170(Xe =170)と評価し
た。ここでは、画質が100に近いほど原画像に類似し
ている、すなわち画質が良いと評価することになる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 1 is the original image, Figure 2
(A) to (e) are images obtained when the distance between the original image and the ITV camera is changed in five steps, that is, reference images. Image quality X k shown in Table 1 (k = a, b, c, d,
e) is the reference image of each of FIGS.
This is a value obtained by subjectively evaluating the image quality (similarity) with respect to the original image shown in FIG. Specifically, since the reference image in FIG. 2C is most similar to the original image shown in FIG. 1, the image quality is set to 100 (X c = 100) based on this reference image.
FIG. 2A based on the reference image of FIG.
The image quality of each of the reference images (b), (d), and (e) is 30 (X a = 30), 50 (X b = 50), and 150, respectively.
( Xd = 150) and 170 ( Xe = 170). Here, the closer the image quality is to 100, the more similar to the original image, that is, the higher the image quality is evaluated.

【0008】図3は、ITVカメラから入力された画像
すなわち原画像に対して、画像処理装置等により画像処
理を施した後の処理画像の一例を示したものである。こ
の処理画像と図2(a)〜(e)に示す参照画像との正
規化相関係数Ck (k=a,b,c,d,e)を、次式
に示す正規化相関演算により算出する。
FIG. 3 shows an example of a processed image obtained by subjecting an image input from an ITV camera, that is, an original image, to image processing by an image processing device or the like. A normalized correlation coefficient C k (k = a, b, c, d, e) between the processed image and the reference images shown in FIGS. 2A to 2E is calculated by a normalized correlation operation shown in the following equation. calculate.

【0009】[0009]

【数1】 (Equation 1)

【0010】式(1)において、fk (i,j)〔k=
a,b,c,d,e〕は図2に示す各参照画像(a)〜
(e)の各画素の濃度値であり、g(i,j)は図3に
示す原画像の各画素の濃度値である。ここで、(i,
j)は画素の位置を示している。式(1)に示す正規化
相関演算により得られた正規化相関係数Ck は、画像相
互の類似度を評価する指数であり、またこの値は−1〜
+1の間で推移し、+1において最も画像が類似してい
ると評価される。表1は、図2に示した各参照画像と図
3に示した処理画像との正規化相関演算の結果を示した
ものである。
In equation (1), f k (i, j) [k =
a, b, c, d, e] are reference images (a) to (a) shown in FIG.
(E) is the density value of each pixel, and g (i, j) is the density value of each pixel of the original image shown in FIG. Where (i,
j) indicates the position of the pixel. The normalized correlation coefficient C k obtained by the normalized correlation operation shown in the equation (1) is an index for evaluating the degree of similarity between images.
It transitions between +1 and at +1 the image is evaluated to be most similar. Table 1 shows the result of the normalized correlation operation between each reference image shown in FIG. 2 and the processed image shown in FIG.

【0011】[0011]

【表1】 [Table 1]

【0012】表1より、図3に示した処理画像との正規
化相関係数が最も高くなったのは図2(c)に示す参照
画像であることがわかる。
From Table 1, it can be seen that the reference image shown in FIG. 2 (c) has the highest normalized correlation coefficient with the processed image shown in FIG.

【0013】次に、次式に示す重心演算を行い、図3に
示した処理画像の画質を算出する。
Next, the center of gravity calculation represented by the following equation is performed to calculate the image quality of the processed image shown in FIG.

【0014】[0014]

【数2】 (Equation 2)

【0015】表1に示した、各参照画像の原画像に対す
る画質を主観的に評価した値Xk 、及び処理画像と各参
照画像との正規化相関係数Ck を式(2)に代入する
と、図3に示した処理画像の画質Xは91.30と評価
され、図3に示した処理画像は原画像との類似度が比較
的高いと判断される。
The values X k , which are subjectively evaluated for the image quality of each reference image with respect to the original image, and the normalized correlation coefficient C k between the processed image and each reference image shown in Table 1, are substituted into the equation (2). Then, the image quality X of the processed image shown in FIG. 3 is evaluated as 91.30, and it is determined that the similarity of the processed image shown in FIG. 3 with the original image is relatively high.

【0016】ここで、雑音が原画像に混入した場合を考
えると、原画像より得られた複数個の参照画像のそれぞ
れにも互いに等しい量の雑音が混入することになるの
で、図2(c)の参照画像を基準としたときの図2
(a)、(b)、(d)、(e)の各参照画像の画質の
評価は、雑音の混入がない場合と同一になり、その結果
複数個の参照画像のそれぞれと処理画像との類似度とし
ての画質の評価は、雑音の有無には影響されないものと
なる。
Here, considering the case where noise is mixed in the original image, an equal amount of noise is mixed into each of a plurality of reference images obtained from the original image. FIG. 2 based on the reference image of FIG.
The evaluation of the image quality of each of the reference images (a), (b), (d), and (e) is the same as in the case where no noise is mixed, and as a result, each of the plurality of reference images and the processed image are compared. The evaluation of the image quality as the degree of similarity is not affected by the presence or absence of noise.

【0017】上記実施形態では、原画像に対する参照画
像の画質Xk は複数の参照画像の任意の一つを基準にし
たときの主観的な評価として表したが、例えば、被撮影
物とITVカメラとの距離をパラメータとして、客間的
な評価として表すようにしてもよい。
In the above embodiment, the image quality X k of the reference image with respect to the original image is expressed as a subjective evaluation based on an arbitrary one of a plurality of reference images. May be expressed as a parameter between customers as a parameter.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、原画像
としての参照画像を複数個準備しておき、この複数個の
参照画像のそれぞれを参照画像の任意の一つの画質を基
準として予め定量的に評価しておき、これら複数個の参
照画像のそれぞれと原画像に対して画像処理を施した処
理画像との類似度としての画質を、正規化相関係数とし
て正規化相関演算によりそれぞれ算出し、算出された
照画像の個数分の正規化相関係数と前記参照画像の評価
値に基づいて重心演算を行うことにより、原画像と処理
画像との類似度としての画質を定量的に評価するように
したので、処理画像の原画像に対する画質の評価は、照
度変動の影響を受けることの少ない正規化相関演算によ
り算出された正規化相関係数を基に導出されることとな
った。これにより、照度変動のような画像全体にわたる
偏差の影響を排除できることとなり、例えば、大きな偏
差が局所的に存在する場合と小さな偏差が画像全体に存
在する場合とを区別して評価することも可能となった。
As described above, according to the present invention, the original image
Prepare a plurality of reference images as
Each of the reference images is based on the quality of any one of the reference images.
The image quality as the degree of similarity between each of the plurality of reference images and the processed image obtained by performing image processing on the original image is normalized as a normalized correlation coefficient. Each is calculated by calculation, and the calculated reference
Of normalized correlation coefficients for the number of reference images and evaluation of the reference image
By calculating the center of gravity based on the values, the image quality as the similarity between the original image and the processed image is quantitatively evaluated. It is derived based on the normalized correlation coefficient calculated by the normalized correlation operation which is less likely to be received. This makes it possible to eliminate the influence of deviation over the entire image such as illuminance fluctuation.For example, it is also possible to separately evaluate a case where a large deviation exists locally and a case where a small deviation exists throughout the image. became.

【0019】また、雑音が原画像に混入した場合でも、
原画像より得られた複数個の参照画像のそれぞれにも互
いに等しい量の雑音が混入することになり、その結果複
数個の参照画像のそれぞれと処理画像との類似度として
の画質の評価は、雑音の影響が排除されたものとなった
ので、前処理において雑音を除去する必要はなくなっ
た。
Further, even when noise is mixed in the original image,
The same amount of noise will be mixed into each of the plurality of reference images obtained from the original image, and as a result, the evaluation of the image quality as the similarity between each of the plurality of reference images and the processed image will be described. Since the influence of noise has been eliminated, it is no longer necessary to remove noise in preprocessing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態を説明するために用いた原
画像の例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an original image used for explaining an embodiment of the present invention.

【図2】図1の原画像をITVカメラとの距離を変えて
撮影したときの参照画像の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a reference image when the original image of FIG. 1 is photographed at a different distance from an ITV camera.

【図3】画像処理された処理画像の一例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a processed image that has been subjected to image processing.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ITVカメラから入力された画像すなわち
原画像に対して画像処理を施し、該画像処理された画像
すなわち処理画像と前記原画像との類似度としての画質
を評価する画質測定方法において、前記原画像としての参照画像を複数個準備しておき、 該複数個の参照画像のそれぞれを参照画像の任意の一つ
の画質を基準として予め定量的に評価しておき、 前記 複数個の参照画像のそれぞれと前記処理画像との類
似度としての画質を正規化相関係数として正規化相関演
算により算出し、 算出された参照画像の個数分の正規化相関係数と前記参
照画像の評価値に基づいて重心演算を行うことにより、
原画像と処理画像との類似度としての画質を定量的に評
価するようにしたことを特徴とする画質測定方法。
An image quality measuring method for performing image processing on an image input from an ITV camera, ie, an original image, and evaluating the image quality as a degree of similarity between the image-processed image, ie, the processed image and the original image. A plurality of reference images are prepared as the original images, and each of the plurality of reference images is replaced with an arbitrary one of the reference images.
The advance quantitatively evaluate the image quality as a reference, the image quality of a similarity with each of the processed image of the plurality of reference images calculated by the normalized correlation operation as a normalized correlation coefficient is calculated Normalized correlation coefficients for the number of reference images
By calculating the center of gravity based on the evaluation value of the illumination image ,
An image quality measuring method characterized by quantitatively evaluating the image quality as a similarity between an original image and a processed image.
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