圖像質量評價(二)針對有參考圖像的:SSIM MSSIM LPIPS PSNR


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目前針對有真實參考的圖像生成任務,主要有三種評價指標,包括兩種簡單的人為設計的SSIM和PSNR,也包括深度學習網絡抽取到的特征進行對比的LPIPS評價指標(這篇筆記中還寫到了MSSIS)

一、結構相似性指數(structural similarity index,SSIM)

SSIM是一個廣泛使用的圖像質量評價指標,它是基於人眼觀看圖像時會提取其中的結構化信息的假設。

結構相似性指數(structural similarity index,SSIM)是一種用於量化兩幅圖像間的結構相似性的指標。與L2損失函數不同,SSIM仿照人類的視覺系統(Human Visual System,HVS)實現了結構相似性的有關理論,對圖像的局部結構變化的感知敏感。SSIM從亮度、對比度以及結構量化圖像的屬性,用均值估計亮度,方差估計對比度,協方差估計結構相似程度。SSIM值的范圍為0至1,越大代表圖像越相似。如果兩張圖片完全一樣時,SSIM值為1。

SSIM是一種全參考的評價方法,對於圖像x和圖像y,其SSIM計算方式如下:

 

 

二、MSSIM

上面介紹的單尺度SSIM需要在特定的配置下才能表現良好,而MSSIM對不同分辨率的圖像都能保持性能穩定。

 

 

三、PSNR 峰值信噪比

峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR)是一種評價圖像質量的度量標准。因為PSNR值具有局限性,所以它只是衡量最大值信號和背景噪音之間的圖像質量參考值。PSNR的單位為dB,其值越大,圖像失真越少。一般來說,PSNR高於40dB說明圖像質量幾乎與原圖一樣好;在30-40dB之間通常表示圖像質量的失真損失在可接受范圍內;在20-30dB之間說明圖像質量比較差;PSNR低於20dB說明圖像失真嚴重。

給定一個大小為m×n的灰度圖 I 和噪聲圖 K,均方誤差(MSE, Mean Square Error)公式如下:

 

 

 

四、學習感知圖像塊相似度(Learned Perceptual Image Patch Similarity, LPIPS)

 學習感知圖像塊相似度(Learned Perceptual Image Patch Similarity, LPIPS)也稱為“感知損失”(perceptual loss),用於度量兩張圖像之間的差別。來源於CVPR2018的一篇論文《The Unreasonable Effectiveness of Deep Features as a Perceptual Metric》,該度量標准學習生成圖像到Ground Truth的反向映射強制生成器學習從假圖像中重構真實圖像的反向映射,並優先處理它們之間的感知相似度。LPIPS 比傳統方法(比如L2/PSNR, SSIM, FSIM)更符合人類的感知情況。LPIPS的值越低表示兩張圖像越相似,反之,則差異越大。

 

 

 

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