1 南京工程学院 计算机工程学院江苏南京267
2 西安交通大学 信息与通信工程学院陕西西安710049
通过分析和研究视频内容特征、编解码失真特征和传输时延特征对视频质量评价的影响，结合人眼视觉特性及其数学模型，提出了一种综合考虑传输和编解码失真的基于内容感知的无参考视频质量评价方法，并构建其数学模型。在该方法中，首先采用视频帧图像纹理复杂性特征、图像的局部对比度、时域信息及其视觉感知来描述视频内容，构建其内容感知模型，并以此探讨视频内容及其视觉感知对视频质量的影响；然后，探讨比特率与视频质量之间的关系，构建其模型，研究视频比特率对其质量的影响；接着，结合视频传输时延特征，构建了由于传输时延失真而产生的视频质量下降的质量评价模型；最后，采用凸优化方法综合3个方面的模型，提出了一种综合考虑视频内容、编解码失真、传输时延失真和视觉特性的无参考视频质量评价模型。并采用多个建立的视频数据库和开源数据库中的数据和视频进行了测试验证，并与17种现有视频质量评价模型进行了性能对比；结果表明，所提模型的精度Pearson相关系数和Spearman秩序相关系数值最小分别能够达到0.877 3和0.833 6，最大可以实现0.938 3和0.943 8，表现出了较好的泛化性能，且复杂度比较低。综合模型精度、泛化性能、复杂性3个方面的性能参数表明，所提模型是一个性能比较优异的视频质量评价模型。
视频质量评价 人类视觉特性 视频内容 亮度和色度 传输时延 Video Quality Assessment（VQA） human visual system characteristics video contents luminance and chrominance transmission delay 光学 精密工程
2022, 30(22): 2923
陕西理工大学 物理与信息工程学院, 陕西 汉中 723001
设计了具有e指数内建电场的透射式GaAs负电子亲和势阴极, 利用数值计算方法研究了它的时间响应特性和量子效率特性。结果表明, 当吸收区厚度L~0.2~1.5 μm时, 阴极的响应时间和量子效率均随L的增大而增大; 尤其当L~1.1 μm时响应时间达到10 ps, 量子效率达到12.5%~20%, 迄今为止, 与其他GaAs光电阴极相比, 在相同光谱响应条件下, 该响应速度是最高的。另外,在不同L下, 获得了平均时间衰减常数τ′的函数分布和能够获得最短响应时间的最优系数因子β分布, 为新型高速响应GaAs光电阴极的时间响应和量子效率优化提供了必要的理论基础和数据支持。
GaAs光电阴极 e指数内建电场 最优系数因子 时间响应 GaAs photocathode exponential built-in electric field optimal factor time response
陕西理工大学 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
为了解决水印透明性、鲁棒性与水印容量之间的平衡问题, 结合人眼对比敏感度视觉特性, 提出了一种彩色图像的盲水印算法。算法首先结合人眼对比敏感度视觉特性及其模型, 在频域中计算人眼感知原始图像的对比敏感度阈值; 其次结合人眼对强度的感知模型, 计算水印图像信息的强度感知值; 然后结合嵌入强度系数值, 以感知原始图像的对比敏感度阈值为水印嵌入量的门限, 实现数字水印的嵌入; 最后依据密钥, 采用逆过程提取水印。实验结果表明, 在压缩质量因子为20%、中间剪切1/4区域的较强攻击下, 提取水印与原水印的相似度达到0.78以上, 且保证了较好的水印透明性。
盲水印 彩色图像 人眼视觉特性 空间频率 blind watermarking color image human visual characteristics spatial frequency
陕西理工大学 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
利用小波变换频谱特性和图像奇异值分解特征, 提出了一种结合人眼对比感知特性的图像水印算法。并通过结合人眼视觉特性, 将置乱的水印以一定的强度嵌入到图像的奇异值矩阵中, 采用其逆过程提取水印, 通过仿真进行了验证。对其实施了压缩、剪切、高斯噪声和中值滤波攻击测试, 与前人提出的8种水印算法的抗攻击性能进行对比分析。结果表明, 在质量因子为20%的较强压缩攻击下, 提取水印的NC值仍能达到0.8359, 含水印图的PSNR和SSIM达到25.0908dB和0.8451, 且比8种水印算法具有更好的鲁棒性。综合表明, 提出的算法有效地解决了水印嵌入过程中鲁棒性、视觉透明性与水印嵌入量之间的平衡问题。
图像水印 离散小波变换 奇异值分解 峰值信噪比 image watermark discrete wavelet transform singular value decomposition peak signal to noise ratio
陕西理工大学 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
为了探讨人眼对比度敏感视觉特性，利用显示器显示11种空间频率、平均亮度为10、60和90 cd/m2的目标光栅，设计实验测量了120名青年的人眼亮度和色度对比敏感度数据，并采用最小二乘法对测量数据进行了分析和拟合，提出了一种多项式调制下的指数形式的人眼亮度和色度对比敏感视觉特性的数学模型，且与国内外典型的模型进行了对比分析。结果表明: 随着空间频率f的增加，人眼对比敏感度先增加后减小，当f在3 cpd～4 cpd(周/度)时，人眼最为敏感，其与目前典型的视觉模型基本一致。表明提出的测量方法是有效的、可行的，提出的视觉模型具有一定的科学性; 且该测量方法操作简单，视觉模型计算复杂度低，在实际应用中优于典型的测量方法和视觉模型，具有一定的参考价值。
视觉模型 对比敏感度 亮度 空间频率 visual model contrast sensitivity luminance spatial frequency
陕西理工大学 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
为了使图像压缩后的效果更加符合人眼感知特性, 提出了一种结合人眼对比度敏感视觉特性的图像压缩算法。算法首先结合视觉特性和图像变换域频谱系数特征, 提出一种图像的角频率的计算方法, 并依据计算的角频率提出一种人眼觉察图像最小误差阈值的计算方法; 然后以此阈值作为量化步长, 提出一种图像变换域频谱系数的量化方法; 最后采用霍夫曼编码算法进行编解码, 实现图像的压缩。并对三幅彩色图像进行了仿真实验, 结果表明: 与JPEG技术相比, 三幅彩色图和各分量图的平均压缩比、PSNR和SSIM依次提高了10.480 7%、6.987 9%和2.649 4%。表明提出的结合人眼视觉特性的图像压缩算法是一种较好的、有实用价值的压缩算法。
图像压缩 人眼视觉特性 空间频率 结构相似度 image compression human visual system characteristics spatial frequency structural similarity index measurement
1 西安交通大学 电子与信息工程学院, 陕西 西安 710049
2 陕西理工学院 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
结合人眼对亮度、色度、对比度以及运动目标的感知特性, 提出了一种基于人眼对视频内容感知的视频质量客观评价方法。该方法将视频分为空域和时域信息分别描述, 并利用人眼感知特性, 从视频的亮度、色度、对比度以及目标运动4个方面提取特征, 计算其强度。然后以人眼对比度敏感值作为强度的权重因子求和, 构建人眼感知视频内容模型。最后,分别以此模型模拟人眼感知源视频和失真后的视频, 计算每对应单元的所有像素之间和运动矢量之间的强度差; 以强度差作为视频质量评价的分数, 构建视频质量客观评价模型。采用LIVE数据库中的6个源视频和48个测试视频进行了质量评价实验, 并与视频质量专家组(VQEG)推荐的5个较好的视频质量客观评价模型进行了对比分析。结果表明：提出模型的视频质量评价结果与主观评价结果之间的线性相关性系数达到0.8705, 显示了较好的一致性, 评价效果优于5个典型的模型。
人眼视觉特性 视频质量评价 亮度 色度 对比度 相关系数 human visual system characteristics video quality assessment brightness chroma contrast correlation coefficients
1 陕西理工学院 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
2 陕西理工学院 数学与计算机科学学院, 陕西 汉中 723000
根据LCD显示器亮度的均匀性和显示光栅对比度的稳定性实验分析，提出了一种采用LCD显示器显示光栅测量人眼对比度敏感视觉特性的实验方法，并测量了48位青年对象对3种平均亮度光栅的对比度视觉特性，且与目前有代表性的测量方法和结果进行了对比分析。结果表明该测量方法是一种有效、实用和简便易行的人眼对比度敏感视觉特性测量方法。
人眼视觉系统 LCD显示器 对比度敏感 空间频率 human visual system liquid crystal display contrast sensitivity spatial frequency
1 陕西理工学院 数学与计算机科学学院, 陕西 汉中 723000
2 云南师范大学 物理与电子信息学院, 昆明 650092
3 陕西理工学院 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
结合人眼对比度敏感视觉特性和图像变换域特征, 提出了一种新的人眼感知图像误差阈值的计算方法; 结合计算的阈值, 提出了一种新的彩色图像水印方案, 并进行了仿真实验和攻击测试; 实验结果表明, 含水印图像经攻击后提取的水印信息仍清晰可见, 其相似度值在压缩质量因子为50%的压缩攻击下仍能达到0.7371以上, 表明提出的水印方案具有较好的透明性和较高的鲁棒性; 并且在水印嵌入和提取过程中将原始彩色图像变换到与设备无关的CIELAB颜色空间, 从而更好的提高了水印的鲁棒性。综合结果表明提出的水印方案是一种行之有效的水印嵌入和提取方案。
数字水印 彩色图像 人眼视觉特性 相似度归一化系数 颜色空间 digital watermark color image human visual characteristics normalized coefficient color space
1 陕西理工学院 物理与电信工程学院, 陕西 汉中723000
2 陕西理工学院 数学与计算机科学学院, 陕西 汉中723000
结合阴极射线管显示器的显色特性, 设计了用显示器显示目标光栅测量人眼红-绿和蓝-黄对立色对比度敏感的实验方案, 测量了11位观察者的人眼彩色对比度敏感视觉特性的数据, 并对测量数据进行了拟合, 通过理论分析和结合前人的经验, 提出了一种人眼彩色视觉特性的CSF数学模型, 且与国外拟合结果做了对比。结果表明, 基于显示器测量、拟合和理论分析提出的CSF模型能够较好地反映人眼空间视觉特性, 是一个具有一定科学性的人眼视觉特性数学模型。
阴极射线管显示器 人眼视觉特性 颜色空间 数学模型 cathode ray tube display human vision system color space mathematical model
