視覺類教育裝備圖像亮度展示效能檢測數(shù)據(jù)分析

趙錦紅+楊帆+胡又農(nóng)

摘 要 用部分參考模型圖像質(zhì)量評價方法來評價視覺類教育裝備圖像亮度展示效能，可以將檢測得到的圖像亮度數(shù)據(jù)變?yōu)榱炼戎狈綀D矢量，在亮度級空間中計算展示圖像與標準圖像亮度直方圖矢量間的距離，根據(jù)計算結(jié)果可以更加科學(xué)、客觀地評價視覺類教育裝備的圖像亮度展示效能。

關(guān)鍵詞 教育裝備；亮度效能；亮度直方圖；亮度級空間

中圖分類號：G652 文獻標識碼：A

文章編號：1671-489X（2017）06-0001-04

Abstract With the reference model section image quality evaluation method to evaluate the visual class education equipment image bright-ness display performance， the detected brightness of the image data is changed into a luminance histogram vector， and then the distance between the luminance histogram vectors of the display image and the standard can be calculated in the brightness level space. Accor-ding to the calculation results can be more scientific， objective evalu-ation of visual brightness of the image display effectiveness of edu-cational equipment.

Key words educational equipment； brightness performance； bright-ness histogram； brightness level space

1 亮度展示效能的測量方法

在視覺類教育裝備的圖像展示效能各項指標中，亮度展示效能是其中的一項[1]。對亮度展示效能進行測量，得到具體量化的結(jié)果，目前大致有兩類方法，即主觀法和客觀法。

主觀法是讓多名觀察者按照已經(jīng)規(guī)定好的評價標準，對視覺類教育裝備展示的圖像質(zhì)量進行評價，然后對所有觀察者給出的評價結(jié)果進行加權(quán)平均，最終得到圖像展示質(zhì)量這個教育裝備效能指標的數(shù)值[2]。以往，大多數(shù)的圖像展示質(zhì)量評測工作是由人工完成的，即使用主觀法。但是主觀法易于受到人和環(huán)境等因素的影響，測量耗時長、代價高、過程煩瑣，因此在實際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)令人無法滿意的情況。

客觀法是將主觀法中的多名觀察者（人）替換成圖像采集及處理設(shè)備，用圖像采集及處理設(shè)備對視覺類教育裝備展示出的圖像進行接收、處理及評價，進而得到圖像質(zhì)量這個效能指標的數(shù)值。

無論是使用主觀法還是客觀法，圖像質(zhì)量的評價均可以采用“部分參考模型圖像質(zhì)量評價方法”[3]，圖1便是基于上述原理的視覺類教育裝備圖像展示效能測量系統(tǒng)框圖。

在上述測量系統(tǒng)中，首先要產(chǎn)生標準圖像，再將標準圖像經(jīng)過視覺類教育裝備進行展示，然后分別提取標準圖像和展示圖像的圖像特征，通過對圖像的特征數(shù)據(jù)進行分析，得到展示圖像與標準圖像的差異，進而根據(jù)差異情況來評價視覺類教育裝備圖像展示的效能。圖像特征和評價的工作，在“主觀法”中由人工完成，在“客觀法”中則由傳感器和計算機完成。

教育裝備圖像展示的亮度效能分為亮度層次的混疊、亮度層次的缺失、亮度層次的非線性和亮度的幾何均勻性。其中前三項可以通過圖像的亮度直方圖反映出來。本文下面的內(nèi)容僅涉及圖像亮度直方圖的分析和評價。

2 亮度直方圖在亮度級維度圖中的表示方法

亮度直方圖的構(gòu)成 亮度直方圖是二維圖，反映的是一幅圖像中不同亮度等級的像素在全部像素中所占的比例[4]，

如圖2所示。圖2中橫軸表示的是亮度級，縱軸表示的是各亮度級上的像素百分比。

如果將亮度直方圖表示為矢量，可以寫成如下方式：

其中：0～n-1為整數(shù)，表示亮度級，Bi為i亮度級上像素數(shù)量占圖像總像素數(shù)量的百分比。亮度直方圖矢量具有如下性質(zhì)：

亮度直方圖在亮度級維度圖中的表示方法 數(shù)字圖像的亮度級是離散的。如果以各個亮度級為坐標軸，以像素在總像素數(shù)中的百分比為刻度，可以構(gòu)成一個亮度級空間。這個空間的維數(shù)取決于亮度級的數(shù)量。如果圖像只有兩個亮度級（黑白圖），那么這個亮度級空間就是二維的。亮度級的數(shù)量越多，亮度級空間的維數(shù)越大。如果亮度級用

8 bit表示，則圖像的亮度級為0～255，其中0表示“黑”，255表示“白”，1～254的數(shù)值表示不同的灰度等級，亮度級空間有256維。

圖像的亮度直方圖在n維亮度級空間的維度圖中可以被表示為一個點，其坐標為：（B0，B1，...，Bi，...，Bn-1）。

上述坐標正好與（式2.1）中亮度直方圖矢量相對應(yīng)。

不同亮度直方圖在亮度級空間中的表示 雖然不同的圖像具有不同的亮度直方圖，但亮度級數(shù)量相同的圖像，其亮度直方圖的橫軸具有相同的刻度，即橫坐標是相同的，這樣的圖像具有相同的亮度級空間。在n維亮度級空間中，m幅圖片的亮度直方圖可以表示為m個點：

3 教育裝備展示圖像與標準圖像亮度直方圖的比較分析

亮度直方圖之間的差異 從亮度級空間看，既然一個點可以表示一幅亮度直方圖，那么不同亮度直方圖之間的差異就表現(xiàn)為兩個點之間的距離。

在n維亮度級空間中，設(shè)，為n維亮度級空間中的任意兩點，那么它們之間的距離為Djk為：