SSIM

SSIM,即结构相似性指数,用于评估两幅图像的相似度,关注图像的结构信息,独立于亮度和对比度。它通过均值(亮度)、标准差(对比度)和协方差(结构)来度量失真。当图像完全相同,SSIM值为1。

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SSIM(structural similarity index),结构相似性,是一种衡量两幅图像相似度的指标。
结构相似度指数从图像组成的角度将结构信息定义为独立于亮度、对比度的,反映场景中物体结构的属性。将失真建模为亮度、对比度和结构三个不同因素的组合。用均值作为亮度的估计,标准差作为对比度的估计,协方差作为结构相似程度的度量。
结构相似性的范围为 -1 到 1 。当两张图像一模一样时,SSIM的值等于1。
这里写图片描述

CvScalar getMSSIM(IplImage*i1, IplImage*i2)
{
    const double C1 = 6.5025, C2 = 58.5225;
    /***************************** INITS **********************************/
    if (i1 == NULL || i2 == NULL)
        return -1;

    IplImage *I1 = cvCreateImage(cvGetSize(i1), IPL_DEPTH_32F, i1->nChannels);
    IplImage *I2 = cvCreateImage(cvGetSize(i2), IPL_DEPTH_32F, i2->nChannels);
    cvConvert(i1, I1);           // cannot calculate on one byte large values
    cvConvert(i2, I2);


    IplImage *I1_2 = cvCreateImage(cvGetSize(I1), IPL_DEPTH_32F, I1->nChannels);
    IplImage *I2_2 = cvCreateImage(cvGetSize(I2), IPL_DEPTH_32F, I2->nChannels);
    IplImage *I1_I2 = cvCreateImage(cv
03-08
### 结构相似性指数(SSIM)在图像处理和计算机视觉中的应用 #### 定义与原理 结构相似性指数(Structural Similarity Index, SSIM)是一种用于评估两幅图像之间相似性的方法,能够更好地反映人类视觉系统的感知特性。相比于传统基于像素误差的方法(如均方误差),SSIM综合考虑了图像的亮度、对比度以及结构信息[^1]。 #### 计算方式 具体而言,对于任意两个窗口 \( x \) 和 \( y \),它们之间的局部SSIM可以表示为: \[ \text{SSIM}(x,y)=\frac{(2\mu_x\mu_y+C_1)(2\sigma_{xy}+C_2)}{(\mu_x^2+\mu_y^2+C_1)(\sigma_x^2+\sigma_y^2+C_2)} \] 其中, - \( \mu_x,\mu_y \) 分别代表窗口内平均强度; - \( \sigma_x,\sigma_y \) 是标准差; - \( \sigma_{xy} \) 表示协方差; - 常数项 \( C_1=(K_1L)^2,C_2=(K_2L)^2 \),\( L \) 为动态范围,而 \( K_1,K_2 \ll 1 \)[^2]。 为了提高效率并减少边界效应的影响,在实际实现过程中通常采用滑动窗的方式逐块计算最终得分,并取所有位置上的加权平均作为全局评价结果。 以下是MATLAB中`cal_ssim`函数的一个简单例子来说明如何计算两张图片间的SSIM值: ```matlab function mssim = cal_ssim(img1,img2) % Convert input images into double precision grayscale format. img1_gray = im2double(rgb2gray(img1)); img2_gray = im2double(rgb2gray(img2)); % Define parameters according to the original paper by Wang et al.. window_size = 11; sigma = 1.5; k1 = 0.01; k2 = 0.03; % Calculate luminance component l(x,y), contrast c(x,y), % and structure s(x,y). ... end ``` 此部分省略了一些具体的中间变量定义及操作细节,完整的算法流程参见原始论文。 #### 应用场景 除了基本的质量评估外,由于SSIM具有良好的物理意义及其导数值易于求解的特点,因此也被广泛应用于各种机器学习模型训练当中,特别是那些涉及图像重建的任务里,比如超分辨率重建等[^3]。
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