1.一种基于图谱特征和空间特征的盲参考三维网格质量评价方法,其特征在于包括以
下步骤:
步骤一:将待评价的失真三维网格记为M,M由N个顶点和连接顶点与顶点之间的边组
成,M中包含有多个离散的三角网格面,将M中的第i个顶点记为vi;其中,N为正整数,N≥3,i为正整数,i的初始值为1,1≤i≤N;
步骤二:构建M中的每个顶点的曲率张量,将vi的曲率张量记为R(vi);然后计算M中的每个顶点的曲率张量的所有特征值,将R(vi)的第k个特征值记为λi,k;接着获取M中的每个顶点的极大主曲率和极小主曲率,将vi的极大主曲率和极小主曲率对应记为Pri1(vi)和Pri2(vi),Pri1(vi)=max(λi,1,λi,2,…,λi,k,…,λi,K),Pri2(vi)=min(λi,1,λi,2,…,λi,k,…,λi,K);再计算M中的每个顶点的高斯曲率,将vi的高斯曲率记为fGC(vi),fGC(vi)=Pri1(vi)×Pri2(vi);其中,k为正整数,k的初始值为1,1≤k≤K,K表示R(vi)的所有特征值的总个数,K≥2,max()为取最大值函数,min()为取最小值函数,λi,1表示R(vi)的第1个特征值,λi,2表示R(vi)的第2个特征值,λi,K表示R(vi)的第K个特征值;
步骤三:根据M中的所有顶点和所有边,构建M的加权邻接矩阵,记为W;再根据W,计算M中的所有顶点的平滑度特征作为M的第一特征向量,记为FS,设定vi与vj之间存在边εi,j,则有 其中,W的维数为N×N,vj表示M中的第j个顶点,j为正整数,1≤j≤N,j≠i,Wi,j表示边εi,j上的权重,也即W中下标为(i,j)处的元素,fGC(vj)表示vj的高斯曲率;
步骤四:根据W,构建M的拉普拉斯矩阵,记为L;然后采用Lanczos方法计算L的特征向量,记为U, 并采用QR方法计算L的 个特征值,将L的第p个特征值记为tp;接着计算L的每个特征值对应的图谱域上的高斯曲率幅值,将tp对应的图谱域上的高斯曲率幅值记为 再获取M的第二特征向量,记为FAM,其中,L的维数为N×N,U的维数为 L的特
征向量中包含的元素的总个数和L的特征值的总个数均为 为正整数, u1为
U中的第1个元素,u2为U中的第2个元素,up为U中的第p个元素, 为U中的第 个元素,u1、u2、up、 的维数均为 p为正整数,p的初始值为1, 表示L的第1个特征值t1对应的图谱域上的高斯曲率幅值, 表示L的第2个特征值t2对应的图谱域上的高
斯曲率幅值, 表示L的第 个特征值 对应的图谱域上的高斯曲率幅值;
步骤五:计算M中的每个顶点的形状指数和弯曲度,将vi的形状指数和弯曲度对应记为SI(vi)和C(vi), 然后利用广义高斯分布对M中的所有顶点的形状指数进行直方图拟合,拟合得到三个拟合参数,分别为M中的所有顶点的形状指数的均值、M中的所有顶点的形状指数的方差、M中的所有顶点的形状指数的尺度,对应记为SIμ、SIσ、SIα;再将SIμ、SIσ和SIα分别作为描述M失真情况的形状指数特征,将SIμ、SIσ和SIα按序构成一个行向量作为M的第三特征向量,记为FSI,FSI=[SIμ,SIσ,SIα];同样,利用广义高斯分布对M中的所有顶点的弯曲度进行直方图拟合,拟合得到三个拟合参数,分别为M中的所有顶点的弯曲度的均值、M中的所有顶点的弯曲度的方差、M中的所有顶点的弯曲度的尺度,对应记为Cμ、Cσ和Cα;再将Cμ、Cσ和Cα分别作为描述M失真情况的弯曲度特征,将Cμ、Cσ和Cα按序构成一个行向量作为M的第四特征向量,记为FC,FC=[Cμ,Cσ,Cα];其中,FSI的维数为1×3,FC的维数为1×3,符号“[]”为向量表示符号;
步骤六:将M的中心记为v0;然后计算v0在M所在的三维坐标系中的坐标位置,记为(x0,y0,z0), 接着计算M中的每个顶点到v0的距离、方位角和仰角,将vi到v0的距离、方位角和仰角对应记为ρi、θi和
再计算M中的所有顶点的散乱度参数,分别为M
中的所有顶点对应的距离的均值、M中的所有顶点对应的距离的方差、M中的所有顶点对应的方位角的均值、M中的所有顶点对应的方位角的方差、M中的所有顶点对应的仰角的均值、M中的所有顶点对应的仰角的方差,对应记为ρμ、ρσ、θμ、θσ、 最后将ρμ、ρσ、θμ、θσ、分别作为衡量M中的所有顶点的偏移量的散乱度特征,将ρμ、ρσ、θμ、θσ、 按序构成一个行向量作为M的第五特征向量,记为FVS, 其中,x0表示v0在M所在的三维坐标系中的X轴上的坐标值,y0表示v0在M所在的三维坐标系中的Y轴上的坐标值,z0表示v0在M所在的三维坐标系中的Z轴上的坐标值,xi表示vi在M所在的三维坐标系中的X轴上的坐标值,yi表示vi在M所在的三维坐标系中的Y轴上的坐标值,zi表示vi在M所在的三维坐标系中的Z轴上的坐标值,FVS的维数为1×6;
步骤七:计算M中的每个三角网格面的面积;然后利用广义高斯分布对M中的所有三角
网格面的面积进行直方图拟合,拟合得到三个拟合参数,分别为M中的所有三角网格面的面积的均值、M中的所有三角网格面的面积的方差、M中的所有三角网格面的面积的尺度,对应记为Aμ、Aσ、Aα;再将Aμ、Aσ、Aα分别作为描述M的三角拓扑结构的变化情况的特征,将Aμ、Aσ、Aα按序构成一个行向量作为M的第六特征向量,记为FA,FA=[Aμ,Aσ,Aα];其中,FA的维数为1×
3;
步骤八:将FS、FAM、FSI、FC、FVS、FA按序构成一个行向量作为M的感知质量特征向量,记为F,F=[FS,FAM,FSI,FC,FVS,FA];
步骤九:使用随机森林技术,将F作为随机森林技术的输入量,计算得到M的客观质量评价值。
2.根据权利要求1所述的基于图谱特征和空间特征的盲参考三维网格质量评价方法,
其特征在于所述的步骤二中, 其中,Area表示vi所在的1-
ring邻域内的所有三角网格面的面积之和,e表示边,B表示vi所在的1-ring邻域内的所有边构成的集合,β(e)表示边e相邻的两个三角网格面的法向量的夹角,LArea表示边e位于vi所在的1-ring邻域内的长度,表示与边e平行方向上的单位向量, 为 的转置。
3.根据权利要求1或2所述的基于图谱特征和空间特征的盲参考三维网格质量评价方
法,其特征在于所述的步骤三中的W的获取过程为:将W中下标为(i,j)处的元素记为Wi,j,若vi与vj之间存在边εi,j,则令 若vi与vj之间不存在边,则令Wi,j=0;其中,表示vi与vj之间的距离。
4.根据权利要求3所述的基于图谱特征和空间特征的盲参考三维网格质量评价方法,
其特征在于所述的步骤四中的L的获取过程为:L=D-W;其中,D表示维数为N×N的对角矩阵,D中下标为(i,i)处的元素为Di,i,