JP3458581B2 - ディジタル画像品質評価装置 - Google Patents

ディジタル画像品質評価装置

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JP3458581B2
JP3458581B2 JP01930896A JP1930896A JP3458581B2 JP 3458581 B2 JP3458581 B2 JP 3458581B2 JP 01930896 A JP01930896 A JP 01930896A JP 1930896 A JP1930896 A JP 1930896A JP 3458581 B2 JP3458581 B2 JP 3458581B2
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  • Facsimiles In General (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル画像圧
縮符号化装置やディジタル画像伝送路等におけるディジ
タル画像品質を評価する装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】この種
の画像品質を評価する方法として、主観評価による方法
と客観評価による方法とが存在する。
【0003】主観評価による方法として、例えばITU
−R BT.500−6の勧告等に基づいてテレビジョ
ン画像の品質評価を行う方法がある。この方法は、十数
人の被験者が数日間に渡って主観的に画像を評価するも
のである。この主観評価方法によれば、少数の画像を用
いて評価する場合であっても、実験に伴う作業量が極め
て膨大なものとなり、しかも実験に要するコストが高く
なるという問題点を有している。また、その作業量の多
さゆえに、評価のために必要な時間がかなり長くなり、
画像品質を短時間に評価することが著しく困難となる。
【0004】客観評価による従来方法としては、評価対
象画像と原画像との間の各画素毎の単純な差分値、例え
ば平均2乗誤差、から求められるSN比(SNR)を用
いる方法が一般的である。この方法によれば、評価に要
する時間は短時間で済むものの、人間の視覚特性が全く
考慮されていないためその評価結果が主観評価による結
果とは一致しないことが多いという問題が生じる。
【0005】このSNRによる評価と主観評価とが一致
しない原因にバックグラウンドに対して視覚的に目立つ
雑音の発生があることを考慮し、人間の視覚特性により
重み付けされたSNR(WSNR)用いた評価方法は公
知である。例えば、半谷、和田、宮内、「静止画の画質
を評価するための空間周波数領域上の重み付け関数の実
験的導出」、テレビジョン学会誌、Vol.46、N
o.3、pp.295〜299、1992、及び浜田、
松本、村上、「量子化器最適化に基づく動き補償DCT
方式の特性限界」、電子情報通信学会論文誌、B−I、
Vol.J78−B−I、No.11、pp.689〜
699、1995年11月参照。
【0006】この公知の客観評価方法によれば、発生し
た雑音がバックグラウンドに対して視覚的に目立つ雑音
であるか又は目立たない雑音であるかが画質評価におい
て考慮される。しかしながら、発生した雑音が画像の位
置的に目に付く場所で発生したか又は目に付かない場所
で発生したかは全く考慮されないので、このような雑音
が発生した際にはSNRが主観評価とは大きく異なって
しまう。
【0007】従って本発明は、従来技術の上述した問題
点を解消するものであり、本発明の目的は、短時間に評
価が行え、しかも主観評価結果により近い評価結果を得
ることのできる安価なディジタル画像品質評価装置を提
供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、評価対
象画像に関する注視点位置を表わす注視点情報を供給す
る手段と、供給された注視点情報が表わす注視点位置の
周囲の複数の画素について、評価対象画像の値とその原
画像の値との差分値に基づくSNRを算出するSNR算
出手段とを備えたディジタル画像品質評価装置が提供さ
れる。
【0009】注視点位置の周囲の複数の画素について、
評価対象画像の値とその原画像の値との差分値に基づく
SNRを算出することにより画像評価結果を得ているの
で、発生した雑音が画像の位置的に目に付く場所で発生
したか又は目に付かない場所で発生したかが考慮される
こととなり、主観評価結果により近い客観評価結果を得
ることができる。
【0010】上述の評価対象画像及び原画像における注
視点位置の周囲の複数の画素の値について、注視点を中
心とした視力特性に基づく重み付けを行う手段をさらに
備えており、SNR算出手段は、重み付けを行った後の
値について差分値に基づくSNRを算出するように構成
されていることが好ましい。これによって、注視点を中
心とした視力特性が反映されることとなり、主観評価結
果により近いSNRを得ることができる。
【0011】供給された注視点情報について、有効であ
るか無効であるかを判定し、有効である場合にのみSN
R算出手段によるSNRの算出を行うように制御する注
視点情報判定手段をさらに備えることも好ましい。これ
によって、SNRの算出に望ましくない状況である場合
にはSNRの算出が行われないこととなり、主観評価に
より近いSNRを得ることができる。
【0012】注視点情報判定手段は、原画像の現フレー
ムにおける注視点位置及び前フレームにおける注視点位
置間の距離と、前フレームにおける注視点位置及び前フ
レームにおける注視点に動き検出を施して得られる現フ
レームにおける位置間の距離とに基づいて注視点情報の
有効、無効を判定する手段であることが好ましい。
【0013】注視点情報判定手段は、原画像の現フレー
ムにおける注視点位置及び前フレームにおける注視点位
置間の距離がフレーム間で視対象を追うことのできる限
界閾距離より短く、かつ前フレームにおける注視点位置
及び前フレームにおける注視点に動き検出を施して得ら
れる現フレームにおける位置間の距離が限界閾距離より
短い場合にのみ注視点情報が有効であると判定する手段
であることが好ましい。これによって、人間の眼球運動
速度の限界を越えた視対象の動きや注視点の移動が生じ
た場合はSNRの算出が行われないこととなり、動画像
に対応した、主観評価により近いSNRを得ることがで
きる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施形
態を詳細に説明する。
【0015】図1は本発明のディジタル画像品質評価装
置の一実施形態における構成を概略的に示すブロック図
である。
【0016】同図において、10は評価対象画像に関す
る原画像の各画素信号が供給される入力端子、11は評
価対象画像に関する注視点情報が供給される入力端子
(本発明の注視点情報を供給する手段に対応する)、1
2は評価対象画像(再生画像)の各画素信号が供給され
る入力端子、13は入力端子10及び11に接続された
注視点ブロック抽出回路、14は入力端子10に接続さ
れたブロックマッチング回路、15は注視点ブロック抽
出回路13及びブロックマッチング回路14間に挿入さ
れた1フレーム分の遅延を行う遅延回路、16は入力端
子11に接続された1フレーム分の遅延を行う遅延回
路、17はブロックマッチング回路14と遅延回路16
と入力端子11とに接続された注視点情報判定回路(本
発明の注視点情報判定手段に対応する)、18は入力端
子11に接続された注視点マトリクス回路、19及び2
0は注視点マトリクス回路18と入力端子10及び12
とに接続された乗算回路、21は乗算回路19及び20
と注視点情報判定回路17とに接続されたSNR算出回
路、22はSNR算出回路21に接続されているSNR
の出力端子をそれぞれ示している。注視点マトリクス回
路18と乗算回路19及び20とSNR算出回路21と
が本発明のSNR算出手段に対応している。また、注視
点マトリクス回路18と乗算回路19及び20とが本発
明の重み付けを行う手段に対応している。
【0017】入力端子10に印加された評価対象画像に
関する原画像の各画素信号は乗算器19に供給され、入
力端子11に印加された評価対象画像(再生画像)の各
画素信号は乗算器20に供給される。これら乗算器19
及び20には、注視点マトリクス回路18より注視点マ
トリクス係数が印加されており、対応する各画素毎に画
像信号と乗算されてその結果がSNR算出回路21へ出
力される。
【0018】注視点マトリクス係数は、入力端子11に
印加される注視点情報に基づいて注視点位置Gz の周囲
の複数画素についてのみ抽出を行うと共に注視点を中心
として視力特性を反映させた重み付けを行うように形成
されている。図2はこの注視点マトリクス係数の一例を
示している。この例では、注視点より10°の範囲にお
ける画素情報を抽出しかつ視力特性を反映させた重み付
けを行うものであり、同図の1つの格子は16×16画
素を表わしている。なお、このマトリクスの外側は、全
て零の係数となる。
【0019】SNR算出回路21は、このようにして入
力された注視点位置Gzの周囲の複数の画素のみについ
て、重み付けされた原画像の値と重み付けされた再生画
像の値との各差分値の和(例えば平均2乗誤差)に基づ
くSNRを算出し、この算出されたSNRが客観評価結
果として出力端子22から出力される。
【0020】このSNR算出回路21は、以上のSNR
算出動作を注視点情報が有効である場合にのみ行い、注
視点情報が無効である場合は全く行わない。以下、注視
点情報の有効、無効の判定動作について、前フレーム及
び現フレームの各位置の例を表わした図3をも参照して
説明する。
【0021】注視点ブロック抽出回路13は、入力端子
10に印加された評価対象画像の現フレームに関する画
素信号を受け取り、現フレームの注視点位置Gz の周囲
の画素からなる注視点ブロックの信号を抽出する。この
注視点ブロックの信号は遅延回路15において1フレー
ム分だけ遅延されて前フレームの注視点ブロックの信号
となり、ブロックマッチング回路14に印加される。ブ
ロックマッチング回路14は、さらに、現フレームに関
する画素信号を受け取り、前フレームの注視点位置が現
フレームにおいてはどの位置に相当するかというブロッ
クマッチングを行ってその位置Gpc、即ち前フレームに
おける注視点に動き検出を施して得られる現フレームに
おける位置を求める。
【0022】この求めた位置Gpc、注視点情報が表わす
現フレームの注視点位置Gz 及びこの注視点情報を遅延
回路15において1フレーム分だけ遅延することによっ
て得られる前フレームの注視点位置Gp を表わす信号が
注視点情報判定回路17に入力されて、注視点情報の有
効、無効が次のように判定される。
【0023】注視点情報判定回路17においては、ま
ず、現フレームにおける注視点位置G z 及び前フレーム
における注視点位置Gp 間の距離d(Gz ,Gp )と、
前フレームにおける注視点位置Gp 及び前フレームにお
ける注視点に動き検出を施して得られる現フレームにお
ける位置Gpc間の距離d(Gp ,Gpc)とが算出され
る。次いで、これら算出した距離d(Gz ,Gp )及び
d(Gp ,Gpc)と、フレーム間で視対象を追うことの
できる限界閾距離Vth・Ts とを用いて下表の判定を行
う。ただし、視対象を追うことのできる限界閾速度をV
th、フレーム間隔(時間)をTs とする。
【0024】
【表1】
【0025】同表からも分かるように、Aのd(Gz
p )<Vth・Ts かつd(Gp ,Gpc)<Vth・Ts
の場合のみ、そのGz を有効注視点としている。Bのd
(Gz ,Gp )<Vth・Ts かつd(Gp ,Gpc)≧V
th・Ts の場合は、視点の動きは速くないが画像内の対
象物の動きが視対象を追うことのできる限界閾速度より
速いとして、Gz を無効注視点とする。Cのd(Gz
p )≧Vth・Ts かつd(Gp ,Gpc)<Vth・Ts
の場合は、対象物の動きは速くないが視点の動きが限界
閾速度より速いとして、Gz を無効注視点とする。Dの
d(Gz ,Gp)≧Vth・Ts かつd(Gp ,Gpc)≧
th・Ts の場合は、対象物の動きも視点の動きも共に
限界閾速度より速いとして、Gz を無効注視点とする。
【0026】以上述べた実施形態について、有効性確認
のためのシミュレーション実験を行った。この実験は、
主観評価値と従来技術によるSNR(評価対象画像と原
画像との全画素の単純な差分値から求めたSNR)との
関係の相関係数、及び主観評価値とこの実施形態によっ
て得たSNRとの関係の相関係数を求めることで行っ
た。評価対象としては、5種類のテスト画像(720画
素×480ライン)に対して、符号化ビットレート0.
45bit/pel、0.61bit/pel、0.9
5bit/pelのもとで、計15種類の再生画像を作
成した。主観評価値は、非専門家20名により視距離1
Hで二重刺激連続尺度(0〜100%)評価法により求
めた。なお、本実施形態における注視点判定の際の限界
閾速度はVth=5°/s、フレーム間隔はTs =1/3
0sとした。
【0027】このシミュレーション実験によって得られ
た従来技術によるSNRと主観評価値との関係の相関係
数は0.45であり、これに対してこの実施形態によっ
て得たSNRと主観評価値との関係の相関係数は0.6
9と従来のSNRより著しく良好であった。
【0028】このように、本実施形態によれば、動画像
に対応した有効な注視点情報により抽出された注視点ブ
ロックの画像情報のみのSNRが求められるため、主観
評価結果により近い評価結果を得ることができる。しか
も、客観評価により短時間に評価が行えると共に、その
構成が簡単なため製造コストが安価となる。
【0029】以上述べた実施形態は全て本発明を例示的
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。
【0030】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、注視点位置の周囲の複数の画素について、評価対象
画像の値とその原画像の値との差分値に基づくSNRを
算出することにより画像評価結果を得ているので、発生
した雑音が画像の位置的に目に付く場所で発生したか又
は目に付かない場所で発生したかが考慮されることとな
り、主観評価結果により近い客観評価結果を得ることが
できる。しかも、客観評価により短時間に評価が行える
と共に、その構成が簡単なため製造コストが安価とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のディジタル画像品質評価装置の一実施
形態における構成を概略的に示すブロック図である。
【図2】注視点マトリクスの一例を示す図である。
【図3】注視点情報の有効、無効の判定を行う場合の各
注視点位置及び距離を説明する図である。
【符号の説明】
10、11、12 入力端子 13 注視点ブロック抽出回路 14 ブロックマッチング回路 15、16 遅延回路 17 注視点情報判定回路 18 注視点マトリクス回路 19、20 乗算回路 21 SNR算出回路 22 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−124192(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 17/00 H04N 7/24

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 評価対象画像に関する注視点位置を表わ
    す注視点情報を供給する手段と、該供給された注視点情
    報が表わす注視点位置の周囲の複数の画素について、前
    記評価対象画像の値とその原画像の値との差分値に基づ
    くSN比を算出するSN比算出手段とを備えたことを特
    徴とするディジタル画像品質評価装置。
  2. 【請求項2】 前記評価対象画像及び前記原画像におけ
    る前記注視点位置の周囲の複数の画素の値について、注
    視点を中心とした視力特性に基づく重み付けを行う手段
    をさらに備えており、前記SN比算出手段は、該重み付
    けを行った後の値について差分値に基づくSN比を算出
    するように構成されていることを特徴とする請求項1に
    記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記供給された注視点情報について、有
    効であるか無効であるかを判定し、有効である場合にの
    み前記SN比算出手段によるSN比の算出を行うように
    制御する注視点情報判定手段をさらに備えたことを特徴
    とする請求項1又は2に記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記注視点情報判定手段は、前記原画像
    の現フレームにおける注視点位置及び前フレームにおけ
    る注視点位置間の距離と、前フレームにおける注視点位
    置及び前フレームにおける注視点に動き検出を施して得
    られる現フレームにおける位置間の距離とに基づいて前
    記注視点情報の有効、無効を判定する手段であることを
    特徴とする請求項3に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記注視点情報判定手段は、前記原画像
    の現フレームにおける注視点位置及び前フレームにおけ
    る注視点位置間の距離がフレーム間で視対象を追うこと
    のできる限界閾距離より短く、かつ前フレームにおける
    注視点位置及び前フレームにおける注視点に動き検出を
    施して得られる現フレームにおける位置間の距離が前記
    限界閾距離より短い場合にのみ前記注視点情報が有効で
    あると判定する手段であることを特徴とする請求項3に
    記載の装置。
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