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专利号: 2015104153299
申请人: 华南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于特征显著性的图像质量评价方法,其特征在于,包括下述步骤:S101、提取测试集中图像的低秩特征;

S102、将原始特征集降维到优选特征矩阵,从原始特征集中逐步提取最优特征并剔除特征干扰项,最终得到图像质量评价系统优选特征矩阵;定义最优特征抽取函数以及特征干扰项的筛选函数,计算添加新的特征前后损失函数的差值,衡量添加的特征的显著性;当最优特征抽取函数值越大时,说明对应的特征显著性越好;当特征干扰项的筛选函数值越大时,说明对应的特征为干扰项的置信度越高,需要被剔除;

S103、判断各个特征对于图像质量评价系统效果影响的显著性,定义系统信噪比作为衡量图像质量评价特征显著性的指标,当显著性指标值越大时,说明在对图像质量评价系统的影响越显著,对鲁棒的图像质量评价系统贡献越大,更容易被选出,更应该被优先选入特征集;

S104、将显著特征集代入学习网络,训练分类超平面,通过机器学习的方法训练输入样本数据,达到样本数据分类的目的;

S105、实现图像质量等级评价;在训练模型参数确立下来后,输入新的测试图像,得到的网络输出即为图像质量等级评价结果。

2.根据权利要求1所述的图像质量评价方法,其特征在于,步骤S101具体为:首先,从训练集图像中抽取原始特征集,其中每一张图片对应多个特征属性,这些特征对应图像色彩、结构、变换域方面的属性,依照图片序号建立特征数据集序列;

其次,求解这些候选的特征值之间的相关性,将特征属性值转化成低秩的特征矩阵;

最后,将特征矩阵输入到图像质量评价系统中进行计算。

3.根据权利要求1所述的图像质量评价方法,其特征在于,步骤S102中,显著特征提取的算法流程包括以下步骤:S201、初始化特征矩阵及参数,并求解第一个特征输入下的模型系数,初始化特征矩阵和特征显著性系数θ,将训练集和对应参数载入网络学习模型;

S202、判断是否满足学习精度或者达到特征个数上限,将优选的特征集 带入训练模型,计算图像质量评价系统精度,当满足系统鲁棒性要求或达到特征个数上限时,停止特征显著性检测并退出循环体;

S203、从特征集中抽取最优特征并剔除干扰项,带入分类模型计算特征显著性;

S204、判断新特征的引入,使得图像质量评价系统是否满足鲁棒的约束条件,利用测试特征集计算训练网络误差,当网络误差在预设的精度范围内时,退出特征选择的循环过程;

S205、从特征集中剔除不满足系统鲁棒约束条件所对应的特征,并指向下一个特征。

4.根据权利要求3所述的图像质量评价方法,其特征在于,步骤S203的具体方法为:第一步、确立图像质量评价中特征选择的目标函数,原始特征选择的通项可以表示为:其中,L(θ)为目标损失函数,θ为损失函数中每个特征对应的系数,为优选的显著特征对应的系数,p为总的特征个数,n为训练样本个数, 为训练数据集,s为给定的特征个数;

目标损失函数中,θ的值越大说明对应的特征越显著;

由于||θ||0≤s的约束条件,使得式(1)为一个NP-Hard问题,可以引入松弛优化的方法,将约束条件||θ||0≤s转化为最优近似||θ||1≤s,从而将原始目标函数通项近似定义为式(2);

图像质量评价的学习机制具体表征为一个求解分类超平面的问题,选取图像质量评价中特征选择的目标函数,只需将式(2)中的目标损失函数L(θ)替换为具体的分类函数即可完成建模,标准logistic损失函数,定义为式(3);

第二步、选择最优特征加入特征矩阵 定义最优特征抽取函数:

其中,i表示原始特征下标,θ+eiθi代表新一个特征增加到特征矩阵 中,式(4)表明在已选入最优特征集之外的特征中,添加新的特征前后损失函数的差值,当Gi越大时,说明对应的特征显著性越好,选择最优特征加入特征矩阵 即求解:第三步、移除特征干扰项,定义特征干扰项的筛选函数:

同理,式6中i表示原始特征下标,θ-eiθi代表新一个特征增加到特征矩阵 中,式(6)表明在已选入最优特征集之外的特征中,损失函数在添加新的特征后与添加前的差值,当Di越大时,说明对应的特征为干扰项的置信度越高,需要被剔除,需要指出的是,特征集元素的遍历过程中每次仅添加一个最优特征,却可能同时移除一个或多个干扰特征;

第四步、计算图像质量评价系统中特征选择的显著性,引入系统信噪比作为衡量图像质量评价特征显著性的指标,定义特征显著性指标为:其中, 为被优选出的显著特征系数,σ为被选取的特征集 的噪声离散方差,可用均方差代替,SIGj的值越大时,说明在优选特征集中越显著,对鲁棒的图像质量评价系统贡献越大。

5.根据权利要求1所述的图像质量评价方法,其特征在于,步骤S104训练网络学习的具体方法为:S301、特征抽取层,抽取输入测试集中图像所对应的原始特征,并以特征矩阵的形式存储,作为机器学习网络输入样本的候选特征集;

S302、显著特征提取,通过特征显著性检测手段,从候选特征集中提取显著的图像质量评价特征集;

S303、稀疏表达,通过稀疏表达的方式,对高维显著特征进行降维处理,并以此作为机器学习网络的输入样本集;

S304、拓扑学习机制的超平面分类,通过机器学习的方法训练输入样本数据,达到样本数据分类的目的;

S305、图像质量等级评价结果输出,基于学习机制的分类网络构建完成以后,输入新的待评价图像样本,重复S301、S302和S303的步骤,并将稀疏表达后的样本输入分类网络,最终输出图像质量评价的等级Qn。

6.根据权利要求5所述的图像质量评价方法,其特征在于,步骤S304中,针对特征输入的网络学习模型,用卷积神经网络训练分类超平面进行处理:S3041、初始化二维特征向量,建立N组分类数据标签;

S3042、数组内数据的池化处理,即将数组内传递参数相近的组别尽可能放在一起,进行区域重组,目的是减少中间层维度,降低上层的计算复杂度;

S3043、通过卷积层处理,将输入层的特征图与一个可学习的核进行卷积,卷积的结果经过激活函数后的输出形成这一层的特征图,其中,卷积层的数学描述为:l代表层数,k是卷积核,Mj代表选择的输入特征图集合,每一个输

出图有一个偏置b;

S3044、通过网络迭代,调整权值与阈值,当满足精度要求时,跳出迭代循环体,训练结束并将各层权值和阈值保存下来,形成固定的学习网络;

S3045,随机抽选N/3组数据对网络精度进行验证,满足精度要求则输出最终网络结构,完成所述分类超平面训练。