視覺信息導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、圖像感知實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：李愛民班級：信息04學(xué)號：10052090一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 小區(qū)域、低對比度、低信噪比的圖像信號的視覺檢測模型的建模2 學(xué)習(xí)利用強(qiáng)迫選擇試驗(yàn)研究人類視覺系統(tǒng)的感知能力3 學(xué)習(xí)一種人類視覺感知模型-ROSE模型4 找出正確判別率=50%的實(shí)驗(yàn)條件，利用該條件下的參數(shù)計(jì)算ROSE模型并驗(yàn)證閾值大小二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理1 在圖像質(zhì)量評估和視覺檢測領(lǐng)域，將視覺行為模型化是其中很重要的理論。Rose等人提出，人眼視覺檢測能力存在某個(gè)閾值，按照他的理論，對待檢測的信號可分辨能力可以用類似信噪比（SNR）的形式描述為： - 公式（1）在該公式中，C代表信號相對于背景亮度的對比度，A代表

2、信號的面積，和分別代表信號區(qū)域和背景區(qū)域在單位面積內(nèi)的光子數(shù)目，等價(jià)為亮度。按照Rose的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)取值在5 7之間時(shí)，人眼可以檢測到信號的存在。2 我們通過CRT來做相關(guān)的驗(yàn)證試驗(yàn)以及進(jìn)一步的研究試驗(yàn)。經(jīng)過簡單的推導(dǎo)，得出檢測模型如下： - 公式（2）上式中，為信號的對比度，表達(dá)為信號小區(qū)域信號亮度與背景區(qū)域亮度的差異相對于背景亮度的比例：，為信號噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差。3 在我們的實(shí)驗(yàn)中，需要觀察者輸入信號的對比度、面積，背景亮度，整個(gè)圖像顯示區(qū)域內(nèi)的噪聲方差，并在以上參數(shù)變化的各種條件下檢測信號是否存在并判斷信號所在的位置。所使用的測試軟件參數(shù)輸入界面如下圖所示。其中，maxCT代表對比度的最大

3、值；maxDelta代表信號相對于最大可顯示亮度的比值，HP-17英寸監(jiān)視器的最大顯示亮度大約為7.87cd/m2，在本次試驗(yàn)中，暫時(shí)不用考慮； nCT代表對比度或該比值的組數(shù)，意味著從0開始，到maxCT為止，共分成nCT組；maxNoise代表最大噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差與背景亮度的比值，minNoise代表最小噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差與背景亮度的比值，nNoise代表噪聲水平的組數(shù)，意味著從0開始，到最大的噪聲標(biāo)準(zhǔn)差nNoise*B，共分成nNoise組；nRepeat代表每種實(shí)驗(yàn)條件的重復(fù)次數(shù)；B代表背景亮度相對于最大可顯示亮度的比值，取值為0-1，為背景亮度信號的相對取值；A代表信號的面積，單位是平方毫米；

4、TR若為0則代表信號為圓形，若大于0則代表信號為矩形，此時(shí)該參數(shù)是矩形的寬高比；代表信號相對于水平方向旋轉(zhuǎn)的角度；Lambda代表實(shí)際亮度與監(jiān)視器象素灰度的校正因子，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較，相對于CRT顯示器而言，Lambda選為2.1較為合適。4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本實(shí)驗(yàn)中，觀察者每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，軟件將生成四個(gè)文件，分別是*.asc，*.bin，*.dat，*.cre文件。*.dat記錄實(shí)驗(yàn)的硬件環(huán)境和觀察者信息；*.cre記錄的是唯一對應(yīng)于每次實(shí)驗(yàn)的表識碼信息；*.bin存儲(chǔ)測試結(jié)果，內(nèi)容與*.asc相同，二進(jìn)制文件，便于編程讀??；而*.asc存儲(chǔ)測試結(jié)果，每行為一條記錄，文本文件，便于matlab類數(shù)

5、據(jù)處理工具讀取。若實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)暫停，則產(chǎn)生Paused*.bin文件，存儲(chǔ)被暫停的測試的數(shù)據(jù)。*.asc 中每行為下面的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)塊：typedef struct OneTest float CT; / 當(dāng)sign為0時(shí)，代表CT=(S-B)/B；當(dāng)sign為1時(shí)，代表CT=(S-B)/最大顯示亮度 float sigma; / 噪聲標(biāo)準(zhǔn)差的絕對值 float B; / 背景亮度 float A; / 信號面積（mm2） int nMonitor; / 監(jiān)視器尺寸（對角線，英寸） int cx; / 分辨率（水平，像素?cái)?shù)） int cy; / 分辨率（垂直，像素?cái)?shù)） float TR; /該值

6、若大于0代表矩形信號的寬高比，若為0則代表圓形信號 float theta; / 信號角度 int pos; / 信號所在位置(03, -1表示沒有信號) int sel; / 測試者觀察到的信號位置(03, -1表示觀察不到信號,-2表示尚未觀測) int correct; / 測試者的觀察是否正確(1正確,0不正確,-2表示尚未觀測) float lambda; / 實(shí)際亮度與象素灰度轉(zhuǎn)換因子 int sign; / 當(dāng)sign為0代表ct=S/B,當(dāng)sign為1代表ct=S/最大顯示亮度 OneTest;三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備根據(jù)軟件中的測試圖像來調(diào)整監(jiān)視器的亮度和對比度，在盡可能增加

7、監(jiān)視器對比度的前提下，通過調(diào)整監(jiān)視器亮度來保證每幅圖像內(nèi)的亮暗漸變條紋在屏幕上均勻分布，此時(shí)監(jiān)視器處于最佳測試水平。實(shí)驗(yàn)開始前，請選擇實(shí)驗(yàn)的背景環(huán)境、輸入測試者姓名以及測試者的實(shí)驗(yàn)序號，建議在暗室中操作。2實(shí)驗(yàn)步驟固定信號面積（A）為100，背景亮度為中間灰度（對應(yīng)軟件參數(shù)為B=0.2），校正因子（Lambda）為2.1，TR為0（對應(yīng)圓形信號）。STEP1： 輸入最大對比度值（maxCT）為0.10，對比度組數(shù)為1；最大噪聲方差水平（maxNoise）選擇合適的值（2），最小噪聲方差水平（minNoise）選擇合適的值（0.4），噪聲水平組數(shù)為10；重復(fù)次數(shù)至少為4。開始實(shí)驗(yàn)，觀察并判斷信號

8、是否存在及位置。（注：我們稱這時(shí)的噪聲水平為測試變量，因?yàn)樵谠搶?shí)驗(yàn)中，唯一的自變量是噪聲水平）。我們稱這樣的實(shí)驗(yàn)為一組實(shí)驗(yàn)。STEP2：以后每次實(shí)驗(yàn)以0.05的步長改變最大對比度值，分別做maxCT = 0.05 ,0.1, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35,0.4 以及相對應(yīng)的( maxNoise, minNoise ) = (1, 0.2), (2, 0.4), (2, 0.8), (5, 1), (5, 1.2), (5, 1.4), (5, 1.6)（注：由于不同的顯卡和顯示器的性能不同，所選取的maxCT、maxNoise會(huì)有所不同，需要實(shí)驗(yàn)者仔細(xì)調(diào)整，使得所選擇的參數(shù)能夠保

9、證：各次實(shí)驗(yàn)中，每種噪聲水平對應(yīng)公式(2)計(jì)算出的信噪比，都分布在觀察者的臨界閾值附近；即噪聲水平對應(yīng)的識別率在50%識別率附近分布）, 其他條件不變，觀察并判斷信號是否存在及位置（注：我們稱這時(shí)的CT值為組變量，因?yàn)樵诓煌M的實(shí)驗(yàn)中，只有CT值被改變）。3實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：每次實(shí)驗(yàn)正式開始前，可以先輸入一組測試參數(shù)做少量實(shí)驗(yàn)，保證參數(shù)范圍合適，使得觀察者的臨界閾值包含其中，即正判次數(shù)和誤判次數(shù)都較高；待參數(shù)調(diào)整合適時(shí)，再正式開始大量實(shí)驗(yàn)。3進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：希望有興趣的同學(xué)增加這樣的實(shí)驗(yàn)：A背景亮度和信號面積保持不變，每次固定信噪比（即nNoise=1），通過設(shè)置一定組數(shù)的對比度（如：設(shè)置nCT=

10、10，即，選擇對比度為測試變量，相應(yīng)地，噪聲水平maxNoise則作為組變量），采用上述實(shí)驗(yàn)相類似的步驟來獲得觀測數(shù)據(jù)。B同樣地，還可以選擇參數(shù)B、A的其它選擇來實(shí)驗(yàn)，或者，選擇小信號區(qū)域的形狀為矩形?？傊?，充分的實(shí)驗(yàn)會(huì)得到更多有價(jià)值的結(jié)論。四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1 對于每一組實(shí)驗(yàn)，編程分析觀察者測試結(jié)果，畫出選擇結(jié)果與測試變量的關(guān)系圖；maxCT=0.08：maxCT=0.12maxCT=0.21maxCT=0.26maxCT=0.31maxCT=0.36 maxCT=0.41：2 采用實(shí)驗(yàn)者自己設(shè)計(jì)的算法，計(jì)算識別率為50時(shí)的測試變量的臨界值，得到一組JND數(shù)據(jù)：CT，A，B，SigmaJND

11、；A100100100100100100100B0.20.20.20.20.20.20.2CT0.10.150.20.250.30.350.4JND0.130.220.310.450.560.610.733 將每一組實(shí)驗(yàn)得到的JND數(shù)據(jù)組綜合起來，分析在JND觀測水平下，組變量與其它變量的關(guān)系，觀察其是否符合ROSE模型； maxCT與JND關(guān)系曲線4 對于每一組JND數(shù)據(jù)：CT，A，B，SigmaJND，按照ROSE模型（公式（2）計(jì)算KRose。觀察該值的取值范圍；CT0.10.150.20.250.30.350.4JND0.130.230.30.450.570.60.74Krose1.5

12、3851.3143 1.33331.11211.05161.1467 1.06115 通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到符合ROSE模型的JND數(shù)據(jù)：CT，A，B，SigmaJND的取值范圍。答：由上表知，當(dāng)CT值較小時(shí)Krose的值較大，為1.3-1.5，當(dāng)CT值較大時(shí)，Krose的值維持在1.1左右，可知，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)基本與ROSE模型相符合，其中當(dāng)CT值較小時(shí)，Sigma的取值范圍也較小，故而出現(xiàn)較大誤差。五、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次試驗(yàn)，驗(yàn)證了ROSE模型的合理性，在試驗(yàn)過程中，每一組Sigma值重復(fù)50次試驗(yàn)，能夠很好的消除隨機(jī)誤差，并且試驗(yàn)的環(huán)境對試驗(yàn)數(shù)據(jù)也會(huì)構(gòu)成影響，通過預(yù)實(shí)驗(yàn)比較得到，在暗室條件下JND值會(huì)比