Podręcznik

5. Ocena jakości sygnałów

Kryteria oceny jakości obrazów nie są jednoznaczne. Zwykle obraz jest dobrej jakości, gdy według percepcji wzrokowej wygląda ''przyjemnie'', czyli jest odpowiednio skontrastowany, z dobrze widocznymi szczegółami, z naturalną paletą barw,  nie ma rzucających się w oczy zniekształceń, artefaktów, a treść jest rozpoznawalna, czytelna, zrozumiała.  Niekiedy o wysokiej jakości obrazu świadczy jego specyficzna użyteczność w określonym zastosowaniu, niekoniecznie związana z wysokiej jakości wrażeniem ogólnym, np. dobrze są rozpoznawalne istotne szczegóły obrazowanych struktur, których detekcja jest zasadniczym celem stosowania metod obrazowych (tak jest w radiologii, przy rozpoznawanie zmian patologicznych w obrazach medycznych). 

Nie istnieje niestety jedna skuteczna miara pozwalająca określić jakość obrazu. Można generalnie wyróżnić następujące metody oceny jakości obrazów:

• obliczeniowe miary zniekształceń -- wielkości liczbowe skalarne bądź wektorowe, formy graficzne, wyznaczane automatycznie według ustalonych reguł matematycznych, a więc powtarzalne, porównywalne, obiektywne, niekiedy uwzględniające modele ludzkiego widzenia i postrzegania treści obrazowej;
• miary obserwacyjne, będące efektem testów subiektywnej oceny jakości -- psychowizualne testy oceny jakości przeprowadzane przy pomocy typowych użytkowników, bądź też grona specjalistów danej dziedziny według ustalonych procedur, z wykorzystaniem liczbowej skali ocen, z przypisanym znaczeniem poszczególnych poziomów ocen, lub też mechanizmu porządkowania obrazów w kolejności zgodnej z postrzeganą jakością obrazów;
• obliczeniowo-obserwacyjne miary jakości -- wektorowe, złożone miary obliczeniowe optymalizowane wzorcem z testów subiektywnej oceny jakości obrazów.

Ze względu na sposób oceny, metody te możemy podzielić na:

• miary absolutne, bezwzględne (univariate),
  • liczbowe, takie jak miary kontrastu, parametry histogramów, przekrojów rozkładu funkcji jasności, estymatory poziomu szumów z widma spektralnego, kierunkowe współczynniki korelacji, parametry modeli regresji  itp.,
  • graficzne, przykładowo miara Eskicioglu, będąca słupkowym rozkładem dynamiki, odchyleń standardowych oraz liczebność klas bloków diadycznych o rozmiarze od 2x2 do 16x16, na jakie dzielony jest obraz.
• miary porównawcze, względne (bivariate)
  • liczbowe, takie jak błąd średniokwadratowy, stosunek sygnału do szumów itp.,
  • graficzne, przykładowo wykresy Hosaki \cite{Hosaka}, będące wykreślonym na płaszczyźnie wielokątem ukazującym różnice wartości średnich oraz odchyleń standardowych w kilku klasach bloków o różnym rozmiarze, na jakie dzielony jest obraz.

Wśród metod oceny jakości obrazów przede wszystkim ze względu na ich użyteczność, wymienić należy przede wszystkim specjalistyczne testy użyteczności obrazów -- złożone, dotyczące konkretnej aplikacji testy obserwacyjne bazujące na możliwie wiernej symulacji rzeczywistych warunków pracy z obrazami (detekcji określonych elementów, interpretacji treści), opiniach obserwatorów-specjalistów wyrażanych w formach liczbowych, możliwie wiernie symulujących realia oceny treści obrazów oraz wnikliwej analizie statystycznej odpowiednio opracowanych wyników testów klasyfikacyjnych. 

Przykładem takiej oceny mogą być testy detekcji patologii w medycznych badaniach diagnostycznych z udziałem specjalistów-radiologów. Obrazy medyczne określonej modalności (ultrasonografii, tomografii komputerowej, rentgenowskie itp.) interpretowane są ze względu na obecność określonego rodzaju podejrzanych zmian patologicznych, a efekty podjętych decyzji diagnostycznych poddawane są analizie statystycznej z wykorzystaniem krzywej ROC (Receiver Operating Characteristics)