No-reference quantitative assessment of generalized contrast for complex images

Abstract

EN: Context. Nowadays the task of automatically measuring of image quality in real time is extremely relevant for the vast majority of practical applications. No-reference quantitative assessment of image quality is one of the most pressing and difficult problems of image processing. Generalized contrast is the most important quantitative characteristic which determines the objective quality of the image. Currently, the development of new effective methods of no-reference measuring of generalized contrast for complex image in automatic mode which have the level of computing costs, which are acceptable to implement the processing in real time, is one of the most urgent tasks of image pre-processing. Objective. Development of new histogram-based method for no-reference measurement of generalized contrast of complex images on the basis of the mean value for all contrast values of all pairs of image elements (objects and background) for various definitions of contrast kernel. Method. Analysis of known approaches to measurement of a local contrast of the image elements, of known methods of the quantitative assessment of generalized contrast of complex images as well of the results of experimental research for a series of complex real and test images allowed to reveal inherent patterns (accordance to basic requirements to the definition of contrast, the nature and the dynamic of contrast changes at the linear transformations of the brightness scale), which are manifested depending on the use of the different definitions of the contrast kernels and the metrics of generalized contrast of images. Results. New histogram-based method for no-reference measurement of generalized contrast for complex images is proposed. No-reference contrast metrics for the histogram-based measuring of generalized contrast of complex images on the basis of the average contrast of image elements for different definitions of contrast kernel is proposed. Conclusions. Proposed no-reference metrics on the basis of the average contrast of image elements for proposed contrast kernels allow providing accurate quantitative assessment of generalized contrast of the real complex images and enable to evaluate (predict) with reasonable accuracy the perceived image quality at carrying out of subjective (qualitative) expert estimates. UK: Актуальність. В наш час вимірювання (кількісна оцінка) якості зображень у автоматичному режимі є надзвичайно актуальною проблемою для більшості практичних застосувань. Вимірювання якості зображення без еталону є одним із найбільш актуальних і складних завдань обробки та аналізу зображень. Контраст є найбільш важливою кількісною характеристикою, яка визначає об’єктивну якість зображення в цілому. В наш час розробка нових ефективних методів (метрик) для вимірювання узагальненого контрасту зображень у автоматичному режимі є однією є найбільш актуальних задач обробки і аналізу зображень. Мета. Розробка методу вимірювання узагальненого контрасту багатоелементних зображень зі складною структурою за їх гістограмою на основі усередненого контрасту елементів зображення (об’єктів і фону) з використанням різних визначень ядра контрасту. Метод. Аналіз відомих підходів до вимірювання локального контрасту елементів зображення, відомих методів кількісної оцінки узагальненого контрасту складних зображень, а також результатів експериментальних досліджень для ряду складних реальних і тестових зображень дозволив виявити властиві їм закономірності (відповідність основним вимогам до визначення контрасту, характер і динаміку змін контрасту при лінійних перетвореннях шкали яскравості зображення), які проявляються в залежності від використання різних визначень ядер контрасту і метрик узагальненого контрасту зображень. Результати. Запропоновано новий метод вимірювання узагальненого контрасту без еталону для складних зображень на основі гістограми. Запропоновано метрику вимірювання узагальненого контрасту для складних зображень на основі усередненого контрасту для всіх окремих пар елементів зображення (об’єктів і фону) для різних визначень ядра контрасту. Висновки. Запропонована нова метрика контрасту на основі середнього для всіх значень контрасту всіх елементів зображення дозволяє забезпечити точну кількісну оцінку узагальненого контрасту складних реальних зображень і оцінити (прогнозувати) якість сприйняття зображення при проведенні суб’єктивних (якісних) експертних оцінок.