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새로운 광적응 효과 모델을 이용한 정교한 영상 화질 측정
Elaborate Image Quality Assessment with a Novel Luminance Adaptation Effect Model 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.20 no.6, 2015년, pp.818 - 826  

배성호 (한국과학기술원 전기및전자공학부) ,  김문철 (한국과학기술원 전기및전자공학부)

초록
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인간 시각 체계(Human Visual System: HVS)의 영상 화질 인지 특성을 정교하게 반영하는 객관적 영상 화질 측정(Image Quality Assessment: IQA)방법들이 최근 활발히 연구되어 왔다. 이와 관련된 HVS의 특성 중, 광적응(Luminance Adaptation: LA)효과는 HVS의 왜곡에 대한 민감도가 영상 배경 밝기에 따라 달라지는 특성을 가리키며, 이 효과는 베버의 법칙(Weber's law) 모델을 통해 많은 IQA 방법들에 반영되어져 왔다. 본 논문에서는 처음으로 이러한 베버의 법칙 모델을 기반으로 하는 기존 IQA 방법들이 LA 효과를 부정확하게 반영해 왔다는 점을 수학적/정신물리학적 분석을 통해 밝힌다. 이러한 분석을 기반으로 우리는 IQA 방법에 LA 효과가 정교하게 적용될 수 있는 새로운 LA 효과 기반 국부 가중치 함수(LA effect-based Local weight Function: LALF)를 제안한다. 우리는 제안 LALF를 SSIM(Structural SIMilarity)PSNR 척도(metric)에 적용하여 제안 방법의 효과를 검증하였다. 실험 결과, LALF가 적용된 SSIM은 기존 SSIM 대비 측정된 주관적 화질 점수와의 스피어 랭크 순위 상관계수 기준 약 5% 포인트가 향상될 정도로 제안 방법의 큰 효과성을 입증하였다. 또한, 제안한 LALF는 PSNR에 적용된 경우에도 기존 PSNR 대비 약 2.5% 포인트의 성능 향상을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, objective image quality assessment (IQA) methods that elaborately reflect the visual quality perception characteristics of human visual system (HVS) have actively been studied. Among those characteristics of HVS, luminance adaptation (LA) effect, indicating that HVS has different sensitivi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 식(1)은 배경 신호의 광도가 커질수록 JND 임계치도 증가한다는 것을 의미한다. 본 논문에서 우리는 기존의 많은 FR-IQA 방법들에 도입된 베버의 법칙 기반 LA 효과 모델들이 실제 LA 효과를 부정확하게 반영하고 있다는 것을 처음으로 제기하며, 그 이유는 아래와 같은 근거로 정리된다.
  • 본 논문은 위에서 언급한 베버의 법칙 기반 LA 효과 모델이 기존 많은 FR-IQA 방법에 있어서 부정확하게 반영되어 왔다는 점을 보이고, 이에 대한 깊은 분석을 통해 효과적인 해결 방법을 제안한다. 즉, 본 논문은 아래의 2가지 새로운 내용을 포함한다.

가설 설정

  • 식 (10)의 유도된 LA-JND 모델을 FR-IQA 방법에 효과적으로 적용하기 위해, 우리는 LA 효과 기반 국부 가중 함수(LALF)를 제안한다. 이를 위해 우리는 우선 시각적으로 왜곡에 민감한 영상 국부 영역은 그렇지 않은 국부 영역보다 시각 인지 화질에 있어서 더욱 중요한 역할을 한다고 가정한다. 이는 합리적 가정으로서, 그 이유는 HVS가 시각적으로 왜곡에 민감한 영상 영역에서 왜곡을 더 쉽게 발견할 수 있기 때문이다[11]-[15].
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참고문헌 (18)

  1. Z. Wang and A. C. Bovik, “Mean squared error: Love it or leave it? A new look at signal fidelity measures,” IEEE Signal Process. Mag., vol. 26, no. 1, pp. 98-117, Jan. 2009. 

  2. S.-H. Bae, J. Kim, M. Kim, S. H. Cho, and J. S. Choi, “Assessments of subjective video quality on HEVC-encoded 4K-UHD video for beyond-HDTV broadcasting services,” IEEE Trans. on Broadcast., vol. 59, no. 2, pp. 209-222, Jun. 2013. 

  3. J.-S. Choi, S.-H. Bae and M. Kim, “Single image super-resolution based on self-examples using context-dependent subpatches,” IEEE Int. Conf. on Image Proc, accepted for publication, Sept. 27-30, 2015. 

  4. J.-S. Choi, S.-H. Bae and M. Kim, "A no-reference perceptual blurriness metric based fast super-resolution of still pictures using sparse representation," Proc. SPIE, vol. 9401, pp. 94010N.1-94010N.7, Mar. 2015. 

  5. J. Kim, S.-H. Bae, and M. Kim, “An HEVC-compliant perceptual video coding scheme based on JND models for variable block-sized transform kernels,” IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., in press, Jan. 2014. 

  6. L. Zhang, L. Zhang, X. Mou, and D. Zhang, “A comprehensive evaluation of full reference image quality assessment algorithms,” Proc. 19th IEEE Int. Conf. Image Process., pp. 1477–1480, Sep./Oct. 2012. 

  7. Z. Wang, A. C. Bovik, H. R. Sheikh, and E. P. Simoncelli, “Image quality assessment: from error visibility to structural similarity,” IEEE Trans. on Image Process., vol. 13, pp. 600-612, Apr. 2004. 

  8. Z. Wang and Q. Li, “Information content weighting for perceptual image quality assessment,” IEEE Trans. Image Process., vol. 20, no. 5, pp. 1185-1198, May 2011. 

  9. Z. Wang, E. P. Simoncelli, and A. C. Bovik, “Multiscale structural similarity for image quality assessment,” Proc. 37th Asilomar Conf. Signals, Syst., Comput., pp. 1398–1402, Nov. 2003. 

  10. S.-H. Bae and M. Kim, "A novel image quality assessment based on an adaptive feature for image characteristics and distortion types," IEEE Video Comm. and Image Proc., accepted for publication, Dec. 13-16, 2015. 

  11. S.-H Bae and M. Kim,“A novel DCT-based JND model for luminance adaptation effect in DCT frequency,” IEEE Signal Process. Lett., vol. 20, no. 9, pp. 893-896, Sept. 2013. 

  12. Z. Wei and K. N. Ngan,“Spatio-temporal just noticeable distortion profile for grey scale image/video in DCT domain,” IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 19, no. 3, pp. 337-346, Mar. 2009. 

  13. S.-H. Bae and M. Kim, “A new DCT-based JND model of monochrome images for contrast masking effects with texture complexity and frequency,” IEEE Int. Conf. on Image Proc, Melborne, Australia, Sept. 15-18, pp. 431-434, 2013. 

  14. S.-H Bae and M. Kim, “A novel generalized DCT-based JND profile based on an elaborate CM-JND model for variable block-sized transforms in monochrome images,” IEEE Trans. on Image Process., vol. 23, no. 8, Aug. 2014. 

  15. C.-H. Chou, Y.-C. Li, “A perceptually tuned subband image coder based on the measure of just-noticeable distortion profile,” IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. vol. 5, no. 6, pp. 467-476, Dec. 1995. 

  16. T. Frese, C. A. Bouman, and J. P. Allebach. "A methodology for designing image similarity metrics based on human visual system models," Proc. SPIE, vol. 3016, pp. 472-483, 1997. 

  17. N. Ponomarenko, V. Lukin, A. Zelensky, K. Egiazarian, M. Carli, and F. Battisti, “TID2008-A database for evaluation of full-reference visual quality assessment metrics,” Adv. Modern Radioelectron., vol. 10, pp. 30–45, 2009. 

  18. Final Report From the Video Quality Experts Group on the Validation of Objective Models of Video Quality Assessment VQEG. Available: http://www.vqeg.org, 2000. 

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