Мера оценки качества фильтрации шума на изображении с использованием непараметрической статистики

Автор(и)

  • Павел Юрьевич Костенко Харьковский национальный университет Воздушных Сил им. Ивана Кожедуба, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-3382-0684
  • Валерий Валерьевич Слободянюк Харьковский национальный университет Воздушных Сил им. Ивана Кожедуба, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-8291-8194
  • Константин Станиславович Васюта Харьковский национальный университет Воздушных Сил им. Ивана Кожедуба, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1978-3717
  • Владимир Иванович Василишин Харьковский национальный университет Воздушных Сил им. Ивана Кожедуба, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5461-0125

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347020040032

Ключові слова:

изображение, аддитивный шум, фильтрация, оценка качества, фазовое пространство, BDS-статистика

Анотація

В статье предложена новая численная мера оценки качества фильтрации аддитивного белого гауссовского шума на цифровых изображениях, основанная на анализе близости разностного изображения к белому шуму. Часто такой анализ проводят визуально, что приводит к нежелательному субъективизму. С целью уменьшения влияния субъективизма на оценку качества фильтрации в статье проведен численный анализ разностного изображения с использованием свойств непараметрической BDS-статистики, которая применяется для анализа временной последовательности при проверке гипотезы о независимости и тождественном распределении ее значений. Рассматриваемая статистика может служить мерой качества различных методов фильтрации зашумленных изображений и дополняет арсенал известных мер качества изображений, используемых на практике, например, таких как PSNR, MSE и SSIM. Известно, что хорошее качество фильтрации изображения, с точки зрения этих мер, не всегда соответствует лучшему качеству фильтрации с точки зрения его визуального восприятия. Показано, что мера, использующая значения BDS-статистики, демонстрирует большую чувствительность к структурированности (зависимости) элементов разностного изображения, обусловленной выбранным методом фильтрации. С использованием моделирования алгоритмов фильтрации изображений, реализующих методы локальной и нелокальной фильтрации, проведен сравнительный анализ их качества, основанный на использовании BDS-статистики.

Біографії авторів

Павел Юрьевич Костенко, Харьковский национальный университет Воздушных Сил им. Ивана Кожедуба

профессор кафедры

Валерий Валерьевич Слободянюк, Харьковский национальный университет Воздушных Сил им. Ивана Кожедуба

преподователь кафедры

Посилання

О.В.Ошаровская, «Оценка показателей качества ТВ изображений Сборник научных трудов «Цифровые технологии», № 19, 2016. URI: https://ojs.onat.edu.ua/index.php/digitech/article/view/968.

R. C. Gonzalez and R. E. Woods, Digital Image Processing, 4th ed. Pearson, 2018.

M. A. Soto, J. A. Ramirez, and L. Thevenaz, “Optimizing Image Denoising for Long-Range Brillouin Distributed Fiber Sensing,” J. Light. Technol., vol. 36, no. 4, pp. 1168–1177, Feb. 2018, doi: https://doi.org/10.1109/JLT.2017.2750398.

A. Buades, B. Coll, and J. M. Morel, “A non-local algorithm for image denoising,” in Proceedings - 2005 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, CVPR 2005, 2005, vol. II, pp. 60–65, doi: https://doi.org/10.1109/CVPR.2005.38.

A. Buades, B. Coll, and J. M. Morel, “Nonlocal image and movie denoising,” Int. J. Comput. Vis., vol. 76, no. 2, pp. 123–139, Feb. 2008, doi: https://doi.org/10.1007/s11263-007-0052-1.

А. С. Лукин, М. В. Сторожилова, and Д. В. Юрин, “Методы анализа качества фильтрации шума на изображениях компьютерной томографии,” in Труды 15-й международной конференции “Цифровая обработка сигналов и её применение” (DSPA’2013), 2013, pp. 85–88, Accessed: 05-Apr-2020. URI: https://imaging.cs.msu.ru//ru/publication?id=263.

В. И. Василишин, “Адаптивный вариант технологии суррогатных данных для повышения эффективности спектрального анализа сигналов собственноструктурными методами,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 58, no. 3, pp. 26–39, Mar. 2015, doi: https://doi.org/10.20535/s0021347015030036.

E. Pirondini, A. Vybornova, M. Coscia, and D. Van De Ville, “A Spectral Method for Generating Surrogate Graph Signals,” IEEE Signal Process. Lett., vol. 23, no. 9, pp. 1275–1278, Sep. 2016, doi: https://doi.org/10.1109/LSP.2016.2594072.

M. Small, Applied Nonlinear Time Series Analysis: Applications in Physics, Physiology and Finance, vol. 52. WORLD SCIENTIFIC, 2005.

П. Ю. Костенко, В. В. Слободянюк, and А. В. Плахотенко, “Метод фильтрации изображений с использованием сингулярного разложения и технологии суррогатных данных,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 9, p. 36, Sep. 2016, doi: https://doi.org/10.20535/s0021347016090041.

П. Ю. Костенко, В. В. Слободянюк, and И. Л. Костенко, “Метод подавления шума на изображении в обобщенном фазовом пространстве с улучшенным показателем пространственной разрешающей способности,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 7, pp. 443–452, Jul. 2019, doi: https://doi.org/10.20535/s0021347019070045.

L. Kanzler, “Very Fast and Correctly Sized Estimation of the BDS Statistic,” SSRN Electron. J., Aug. 2005, doi: https://doi.org/10.2139/ssrn.151669.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-04-23

Як цитувати

Костенко, П. Ю., Слободянюк, В. В., Васюта, К. С., & Василишин, В. И. (2020). Мера оценки качества фильтрации шума на изображении с использованием непараметрической статистики. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 63(4), 235–247. https://doi.org/10.20535/S0021347020040032

Номер

Том 63 № 4 (2020)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.