图像重建指标(mse+psnr+ssim)


MSE: Mean Square Error,均方误差

假设现在有两个图像,名字分别是X和Y,其中的元素分别记为xi,yi,元素总数为N,那么MSE的计算公式为:

image-20250413143555458

也就是最简单的逐元素比较,MSE越小说明两个图像越相近,重建质量越好。

PSNR: Peak Signal to Noise Ratio,峰值信噪比

PSNE是基于MSE得到的,其计算公式为:

image-20250413143951708

其中MAXI是一个常数,表示图像最大动态范围,如果是float型,是1,如果是int8型,是255。

因为MSE放在了分母上,所以PSNR越大越好,在我阅读的文献中,一般30以上算是比较好的结果了。

MSE与PSNR的问题是,在计算每个位置上的像素差异时,其结果仅与当前位置的两个像素值有关,与其它任何位置上的像素无关。这也就是说,这种计算差异的方式仅仅将图像看成了一个个孤立的像素点,而忽略了图像内容所包含的一些视觉特征,特别是图像的局部语义信息。而图像质量的好坏极大程度上是一个主观感受,其中语义信息对人主观感受的影响非常之大。

在介绍SSIM的计算公式前,有几个基本指标要介绍:

均值:

image-20250413144511465

标准差:

image-20250413144527476

假设我们有另外一个图像块,像素数目也为N,其中的元素记为yi, 那么两个图像块减去均值后的余弦相似度公式为:

image-20250413144632871

其中σxy表示协方差

image-20250413144731442

SSIM的公式为:

image-20250413144804892

其中

image-20250413144928535 image-20250413144905343

实际计算时,K1一般取0.01,k2一般取0.03

特别注意:按照上述方法,我们计算得到了一个图像块的SSIM值,在实际计算时,一个图像块通常取成正方形,然后将该SSIM值赋给图像块的中心位置。然后滑动这个正方形块,可以得到其他所有位置的SSIM值,于是我们就得到了一个SSIM图。然而在实际中,我们对两张图像进行计算得到的通常是一个SSIM值,这个值在文章中称为mean SSIM(MSSIM),计算方法是对SSIM图取平均:

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文章作者: ycx
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图像重建指标(mse+psnr+ssim) 图像重建指标(mse+psnr+ssim)
图像质量评估中的关键指标MSE(均方误差)、PSNR(峰值信噪比)以及SSIM(结构相似性)
2025-04-13 ycx
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