I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l .   2 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 2 ,   p p .   1 2 0 ~ 1 2 9   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8             1 2 0       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J E C E   A n   A l g o r i t h m   f o r   R e a l - T i m e   B l i n d   I m a g e   Q u a l i t y   C o m p a r i s o n   a n d   A s s e s s m e n t       E .   S h e y b a n i * ,   S .   G a r c i a - O t e r o * ,   F .   A d n a n i * ,   G .   J a v i d i * ,   M .   D e s h p a n d e * *   *   D S P & V   L a b ,   V i r g i n i a   S t a t e   U n i v e r s i t y ,   P e t e r s b u r g ,   V A   2 3 8 0 6   * *   N A S A   G o d d a r d   S p a c e   F l i g h t   Ce n t e r ,   G r e e n b e l t ,   M D   2 0 7 7 1       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T   A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   O c t   2 1 th ,   2 0 1 1   R e v i s e d   N o v   2 9 th ,   2 0 1 1   A c c e p t e d   D e c   6 th ,   2 0 1 1       T h i s   r e s e a r c h   a i m s   a t   p r o v i d i n g   m e a n s   t o   i m a g e   c o m p a r i s o n   f r o m   d i f f e r e n t   i m a g e   p r o c e s s i n g   a l g o r i t h m s   f o r   p e r f o r m a n c e   a s s e s s m e n t   p u r p o s e s .   Re c o n s t r u c t i o n   o f   i m a g e s   c o r r u p t e d   b y   b l u r   a n d   n o i s e   r e q u i r e s   s p e c i a l i z e d   f i l t e r i n g   t e c h n i q u e s .   D u e   t o   t h e   i m m e n s e   e f f e c t   o f   t h e s e   c o r r u p t i v e   p a r a m e t e r s ,   i t   i s   o f t e n   i m p o s s i b l e   t o   e v a l u a t e   t h e   q u a l i t y   o f   a   r e c o n s t r u c t e d   i m a g e   p r o d u c e d   b y   o n e   t e c h n i q u e   v e r s u s   a n o t h e r .   T h e   a l g o r i t h m   p r e s e n t e d   h e r e   i s   c a p a b l e   o f   p e r f o r m i n g   t h i s   c o m p a r i s o n   a n a l y t i c a l l y   a n d   q u a n t i t a t i v e l y   a t   a   l o w   c o m p u t a t i o n a l   c o s t   ( r e a l - t i m e )   a n d   h i g h   e f f i c i e n c y .   T h e   p a r a m e t e r s   u s e d   f o r   c o m p a r i s o n   a r e   t h e   d e g r e e   o f   b l u r r i n e s s ,   i n f o r m a t i o n   c o n t e n t ,   a n d   t h e   a m o u n t   o f   v a r i o u s   t y p e s   o f   n o i s e   a s s o c i a t e d   w i t h   t h e   r e c o n s t r u c t e d   i m a g e .   Ba s e d   o n   a   h e u r i s t i c   a n a l y s i s   o f   t h e s e   p a r a m e t e r s   t h e   a l g o r i t h m   a s s e s s e s   t h e   r e c o n s t r u c t e d   i m a g e   a n d   q u a n t i f y   t h e   q u a l i t y   o f   t h e   i m a g e   b y   c h a r a c t e r i z i n g   i m p o r t a n t   a s p e c t s   o f   v i s u a l   q u a l i t y .   E x t e n s i v e   e f f o r t   h a s   b e e n   s e t   f o r t h   t o   o b t a i n   r e a l - w o r l d   n o i s e   a n d   b l u r   c o n d i t i o n s   s o   t h a t   t h e   v a r i o u s   t e s t   c a s e s   p r e s e n t e d   h e r e   c o u l d   j u s t i f y   t h e   v a l i d i t y   o f   t h i s   a p p r o a c h   w e l l .   T h e   t e s t s   p e r f o r m e d   o n   t h e   d a t a b a s e   o f   i m a g e s   p r o d u c e d   v a l i d   r e s u l t s   f o r   t h e   a l g o r i t h m s   c o n s i s t e n t l y .   T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   t h e   d e s c r i p t i o n   a n d   v a l i d a t i o n   ( a l o n g   w i t h   t e s t   r e s u l t s )   o f   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   f o r   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t .       K e y w o r d :   B l i n d     Q u a l i t y   A s s e s s m e n t   C o m p a r i s o n     i m a g e   p r o c e s s i n g     Co p y r i g h t   @   2 0 1 2   I n s i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   E h s a n   S h e y b a n i ,     D e p a r t e m e n t   o f   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g ,   V i r g i n i a   S t a t e   U n i v e r s i t y ,   1   H a y d e n   D r i v e ,   B o x   9 0 3 2 ,   P e t e r s b u r g ,   V A   2 3 8 0 6 ,   U S A .   E m a i l :   e s h e y b a n i @ v s u . e d u       1 .   I N T R O D U C T I O N   I n   t h i s   a r t i c l e   a n   a p p r o a c h   t o   f a s t   b l i n d   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   o f   i m a g e s   f o r   t a r g e t   r e c o g n i t i o n   a n d   i d e n t i f i c a t i o n   h a s   b e e n   d e s c r i b e d .   T h e   b l i n d   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   o f   a n   i m a g e   f i n d s   m a n y   N A S A ,   D o D ,   F A A ,   N O A A ,   a n d   D H S   a p p l i c a t i o n s   s u c h   a s   t a r g e t   d e t e c t i o n ,   p a t t e r n   r e c o g n i t i o n ,   a n d   r e m o t e   s e n s i n g .   G i v e n   t h a t   i n   m o s t   i m a g i n g   a p p l i c a t i o n s   t h e   t a r g e t   i s   a n   u n k n o w n   v a r i a b l e ,   h a v i n g   a   t o o l   t o   m e a s u r e   t h e   q u a l i t y   o f   t h e   r e c o n s t r u c t e d   i m a g e s   o f   t h a t   t a r g e t   h a s   a   s i g n i f i c a n t   v a l u e .   T o   a d d   t o   t h e   c o m p l i c a t i o n ,   i n   m o s t   i m a g i n g   a p p l i c a t i o n s ,   t h e   i m a g e   i t s e l f   s u f f e r s   f r o m   s e v e r a l   p h y s i c a l   p h e n o m e n a   s u c h   a s   a t m o s p h e r i c   n o i s e   ( o f   s e v e r a l   d i f f e r e n t   k i n d s ) ,   t i m e ,   p h a s e ,   a n d   f r e q u e n c y   s h i f t s ,   a n d   o t h e r   c l u t t e r   c a u s e d   b y   i n t e r f e r e n c e   a n d   s p e c k l e s .   T h e   p r o p o s e d   t o o l   s h o u l d   a l s o   b e   a b l e   t o   m e a s u r e   t h e   l e v e l   o f   d e t e r i o r a t i o n   o f   t h e   s i g n a l   d u e   t o   e n v i r o n m e n t a l   e f f e c t s .   T h e r e f o r e ,   e v a l u a t i o n   o f   a   p r o c e s s e d   i m a g e   i s   n o t   a n   e a s y   t a s k .   I t   r e q u i r e s   a   g o o d   u n d e r s t a n d i n g   o f   t h e   p r o c e s s i n g   m e t h o d s   u s e d   a n d   t h e   t y p e s   o f   c l u t t e r   a f f e c t i n g   t h e   i m a g e .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   f o r   a   m e a n i n g f u l   c o m p a r i s o n ,   s o m e   e f f e c t i v e   p a r a m e t e r s   h a v e   t o   b e   c h o s e n   a n d   q u a l i t a t i v e l y   a n d   q u a n t i t a t i v e l y   m e a s u r e d   a c r o s s   r e c o n s t r u c t e d   v e r s i o n s   o f   t h e   s a m e   i m a g e .   F i n a l l y ,   a n y   a l g o r i t h m   c a p a b l e   o f   h a n d l i n g   t h e s e   t a s k s   h a s   t o   b e   e f f i c i e n t ,   f a s t ,   a n d   s i m p l e   t o   q u a l i f y   f o r   r e a l - t i m e   a p p l i c a t i o n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A n   A l g o r i t h m   f o r   R e a l - T i m e   B l i n d   I m a g e   Q u a l i t y   C o m p a r i s o n   a n d   A s s e s s m e n t   ( E .   S h e y b a n i )   1 2 1 T h i s   r e s e a r c h   i s   a i m e d   a t   a s s i g n i n g   a   v a l u e   t o   t h e   v i s u a l   q u a l i t y   o f   s e v e r a l   i m a g e s   r e c o n s t r u c t e d   f r o m   t h e   s a m e   t a r g e t   i m a g e   p r o c e s s e d   b y   d i f f e r e n t   a l g o r i t h m s .   I n   d o i n g   s o ,   w e   h a v e   i d e n t i f i e d   s o m e   o f   t h e   i m p o r t a n t   p a r a m e t e r s   t h a t   a f f e c t   t h e   q u a l i t y   o f   a n   i m a g e   a n d   w a y s   i n   w h i c h   t h e y   c a n   b e   m e a s u r e d   q u a n t i t a t i v e l y .   T h e   r e m a i n d e r   o f   t h i s   p a p e r   i s   o r g a n i z e d   a s   f o l l o w s :   S e c t i o n   I I   g i v e s   t h e   r e a d e r   a   l i t t l e   b a c k g r o u n d   o n   t h e   r e q u i r e m e n t s   a n d   c o m p o n e n t s   f o r   t h i s   r e s e a r c h   a n d   s o m e   o f   t h e   c h a l l e n g e s   i n   b l i n d   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   o f   r e c o n s t r u c t e d   i m a g e s ;   S e c t i o n   I I I   d i s c u s s e s   t h e   m e t h o d o l o g y   a n d   t h e   i n n o v a t i v e   t e c h n i q u e s   u s e d   i n   t h i s   r e s e a r c h   t o   o v e r c o m e   s o m e   o f   t h e   c h a l l e n g e s   i n   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t ;   S e c t i o n   I V   d e s c r i b e s   t h e   r e s u l t s   o b t a i n e d   f r o m   t h i s   r e s e a r c h ;   a n d   S e c t i o n   V   i s   r e s e r v e d   f o r   c o n c l u s i v e   r e m a r k s   f o r   t h i s   r e s e a r c h   a n d   t h e   d i r e c t i o n   o f   t h e   f u t u r e   w o r k   i n   t h i s   f i e l d .       2 .   B A C K G R O U N D     I n   m a n y   a d v a n c e d   i m a g e   p r o c e s s i n g   a p p l i c a t i o n s   i n f o r m a t i o n   f r o m   m u l t i p l e   s e n s o r s   o r   p r o c e s s o r s   i s   c o m b i n e d   t o   c r e a t e   i m a g e s   w i t h   h i g h e r   r e s o l u t i o n   [ 1 2 ] , [ 1 3 ] , [ 1 4 ] .   O n e   m a j o r   d i s a d v a n t a g e   o f   t h i s   t e c h n i q u e   i s   t h a t   c o l l e c t i v e   c h a n n e l   n o i s e ,   s p e c k l e s ,   a n d   o t h e r   a r t i f a c t s   f r o m   d i f f e r e n t   s e n s o r s   d e g r a d e   t h e   i m a g e   q u a l i t y   m a k i n g   t h e   t a s k   o f   t a r g e t   r e c o n s t r u c t i o n ,   r e s t o r a t i o n ,   d e t e c t i o n ,   r e c o g n i t i o n ,   a n d   c l a s s i f i c a t i o n   m u c h   m o r e   d i f f i c u l t   [ 1 5 ] , [ 1 6 ] .   W h i l e   m a n y   i m a g e   r e c o n s t r u c t i o n   a n d   r e s t o r a t i o n   t e c h n i q u e s   h a v e   b e e n   d e v e l o p e d   t o   o b t a i n   t r u e   t a r g e t   i m a g e s   f r o m   t h e   r a w   o b s e r v e d   d a t a ,   m a n y   o f   t h e s e   m e t h o d s   s u f f e r   f r o m   a   r a n g e   o f   i s s u e s   s u c h   a s   c o m p u t a t i o n a l   i n v o l v e m e n t   o f   a l g o r i t h m s   t o   s u p p r e s s i o n   o f   u s e f u l   i n f o r m a t i o n   [ 1 7 ] , [ 1 8 ] , [ 2 7 ] .   E a c h   o f   t h e s e   i m a g e   r e c o n s t r u c t i o n   a n d   r e s t o r a t i o n   t e c h n i q u e s   h a s   v a r y i n g   d e g r e e s   o f   d i r e   s i d e - e f f e c t s   o n   t h e   i m a g e   q u a l i t y .   T h e r e f o r e ,   t h e r e   i s   a   n e e d   f o r   a   t o o l   t h a t   c o u l d   p e r f o r m   a   q u a l i t y   c o m p a r i s o n   o f   r e c o n s t r u c t e d   i m a g e s   f r o m   t h e   s a m e   s c e n e   u s i n g   d i f f e r e n t   i m a g e   a n a l y s i s   t e c h n i q u e s .   S i n c e   m o s t   r e c o n s t r u c t e d   i m a g e s   m a i n l y   s u f f e r   f r o m   c l u t t e r ,   n o i s e ,   d a t a   l o s s ,   a n d   p h a s e / p i x e l   s h i f t s ,   w e   h a v e   b a s e d   o u r   b l i n d   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   a l g o r i t h m   o n   t h e s e   p a r a m e t e r s   [ 1 9 ] , [ 2 0 ] .   A s   d e p i c t e d   i n   F i g u r e   2   b e l o w ,   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   c o n s i s t s   o f   s e v e r a l   m o d u l e s ,   e a c h   u n i q u e   i n   i t s   d e s i g n   a n d   p u r p o s e ,   w h i l e   a p p l i c a b l e   t o   a   b r o a d   r a n g e   o f   i m a g e s .   T h e s e   m o d u l e s   a r e   d e s c r i b e d   b e l o w :     2 . 1 .       D e - n o i s i n g   f i l t e r   b a n k s   A   n o i s y   i m a g e   c a n   b e   s i m p l y   m o d e l e d   a s   S ( i , j )   =   f ( i , j )   +   σ e ( i , j ) .   W h e r e   S   i s   c o r r u p t e d   i m a g e   w i t h   n o i s e   e ,   a n d   σ   i s   t h e   n o i s e   l e v e l .     T o   d e - n o i s e   i s   t o   r e m o v e   σ e ( i , j )   a n d   r e c o v e r   f ( i , j ) .   N o i s e   i s   a   w i d e - b a n d   p h e n o m e n o n .   T h e r e f o r e ,   d e - n o i s i n g   w o u l d   r e q u i r e   a   d e l i c a t e   b a l a n c e   o f   h i g h ,   l o w ,   a n d   m i d   b a n d   f i l t e r s   w i t h   p r o p e r   t h r e s h o l d 2 6   t h a t   w o u l d   m i n i m i z e   i n t e r f e r e n c e   w i t h   t h e   m a i n   s i g n a l .   T h e   p r o p o s e d   f i l t e r s   i n   t h i s   r e s e a r c h   u s e   a   c o m b i n a t i o n   o f   w a v e l e t   b a s e d   f i l t e r   b a n k s   a n d   W i e n e r / G a u s s i a n   f i l t e r s   a s   a   m e a n s   o f   m u l t i b a n d   n o i s e   s u p p r e s s i o n   a n d   w i d e   b a n d   n o i s e   r e d u c t i o n ,   r e s p e c t i v e l y .     T h e   W i e n e r   f i l t e r s   a r e   s p e c i a l i z e d   i n   ( a d d i t i v e )   n o i s e   s m o o t h i n g   ( c o m p r e s s i o n   l o w - p a s s   f i l t e r )   a n d   b l u r   i n v e r s i o n   ( d e c o n v o l u t i o n   h i g h p a s s   f i l t e r )   w h i l e   r e d u c i n g   t h e   m e a n   s q u a r e   e r r o r .   I n   t h e   F o u r i e r   t r a n s f o r m   d o m a i n   t h e   W i e n e r   f i l t e r s   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s   E q u a t i o n   1 :   ( ,   ) =   ( ,   )   ( ,   )  ( ,   )   ( ,   ) +   ( ,   )                     ( 1 )   W h e r e   ( ,   )   a n d   ( ,   )   a r e   p o w e r   s p e c t r u m   o f   t h e   o r i g i n a l   i m a g e   a n d   n o i s e ,   r e s p e c t i v e l y   a n d   ( ,   )   i s   t h e   b l u r r i n g   f i l t e r 6 .     T h e   G a u s s i a n   f i l t e r s   p e r f o r m   s i g n a l   s m o o t h i n g   b y   a p p l y i n g   c o n v o l u t i o n   ( b l u r r i n g )   a n d   t h e r e f o r e   r e m o v i n g   h i g h   f r e q u e n c y   n o i s e   ( m e a n   f i l t e r i n g ) .   T h e   2 D   G a u s s i a n   f i l t e r   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s   E q u a t i o n   2 :     , =   1 2                           ( 2 )   W h e r e   t h e   s t a n d a r d   d e v i a t i o n   ( )   d e t e r m i n e s   t h e   d e g r e e   t o   w h i c h   t h e   i m a g e   i s   s m o o t h e d .   T h e   G a u s s i a n   f i l t e r s   s m o o t h   t h e   i m a g e   m o r e   g e n t l y   t h a n   t h e   m e a n   f i l t e r   a n d   p r e s e r v e   t h e   e d g e s   b e t t e r .   T h e r e f o r e ,   t h e   G a u s s i a n   f i l t e r   i s   n o t   o n l y   b e t t e r   f o r   e d g e   d e t e c t i o n   d u e   t o   i t s   s h a r p   c u t o f f   f r e q u e n c y ,   b u t   a l s o   i t   i s   t h e   p e r f e c t   p a i r   f o r   W i e n e r   f i l t e r   a s   i t   n e u t r a l i z e s   t h e   b l u r   e f f e c t   o f   t h e s e   f i l t e r s   a n d   r e d u c e s   t h e   n o i s e   i n   b a n d s   t h a t   W i e n e r   f i l t e r   i s   n o t   e f f e c t i v e   [ 3 ] , [ 4 ] , [ 5 ] .   W a v e l e t   d e - n o i s e   a n d   d e c o m p o s i t i o n   m e t h o d   i s   p r o v e n   t o   b e   o n e   o f   t h e   m o s t   e f f e c t i v e   m e t h o d s   [ 1 ] , [ 2 ] .   T h i s   m e t h o d   i n v o l v e s   t h r e e   s t e p s .     F i r s t ,   a   m o t h e r   w a v e l e t   i s   u s e d   t o   g e n e r a t e   t h e   d i s c r e t e   w a v e l e t   t r a n s f o r m   ( D W T )   w h i c h   i n   t u r n   i s   e m p l o y e d   t o   d e c o m p o s e   t h e   i m a g e .   T h e n   h i e r a r c h i c a l   D W T   r e p r e s e n t a t i o n s   o f   t h e   i m a g e   m a k e   i t   p o s s i b l e   t o   d e t e r m i n e   d e - n o i s e   l a y e r   n u m b e r   b y   a   p r o p e r   s o f t   t h r e s h o l d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     F e b r u a r y   2 0 1 2   :     1 2 0     1 2 9   1 2 2 a n d   t h r e s h o l d   f u n c t i o n   a l g o r i t h m .   T h e   t h r e s h o l d   i s   c h o s e n   a u t o m a t i c a l l y   b y   t h e   a l g o r i t h m   b y   c o m b i n i n g   t h e   t y p e   o f   i m a g e   a n d   i t s   d e c o m p o s e d   i m a g e   s c a l e   c o e f f i c i e n t s .   F i n a l l y ,   r e c o n s t r u c t i n g   t h e   i m a g e   b y   a p p l y i n g   t h e   t h r e s h o l d   c o e f f i c i e n t s   a n d   i n v e r s e   d i s c r e t e   w a v e l e t   t r a n s f o r m   ( I D W T ) ,   r e c o n s t r u c t s   t h e   d e - n o i s e d   i m a g e .   W a v e l e t   t r a n s f o r m s   a r e   t h e   r e s u l t   o f   t r a n s l a t i o n   a n d   s c a l i n g   o f   a   f i n i t e - l e n g t h   w a v e f o r m   k n o w n   a s   m o t h e r   w a v e l e t .   A   w a v e l e t   d i v i d e s   a   f u n c t i o n   i n t o   i t s   f r e q u e n c y   c o m p o n e n t s   s u c h   t h a t   i t s   r e s o l u t i o n   m a t c h e s   t h e   f r e q u e n c y   s c a l e   a n d   t r a n s l a t i o n .   T o   r e p r e s e n t   a   s i g n a l   i n   t h i s   f a s h i o n   i t   w o u l d   h a v e   t o   g o   t h r o u g h   a   w a v e l e t   t r a n s f o r m .   A p p l i c a t i o n   o f   t h e   w a v e l e t   t r a n s f o r m   t o   a   f u n c t i o n   r e s u l t s   i n   a   s e t   o f   o r t h o g o n a l   b a s i s   f u n c t i o n s   w h i c h   a r e   t h e   t i m e - f r e q u e n c y   c o m p o n e n t s   o f   t h e   s i g n a l .   D u e   t o   i t s   r e s o l u t i o n   i n   b o t h   t i m e   a n d   f r e q u e n c y   w a v e l e t   t r a n s f o r m   i s   t h e   b e s t   t o o l   f o r   d e c o m p o s i t i o n   o f   s i g n a l s   t h a t   a r e   n o n - s t a t i o n a r y   o r   h a v e   d i s c o n t i n u i t i e s   a n d   s h a r p   p e a k s .   I n   t h i s   w o r k   t h e   w a v e l e t   t r a n s f o r m   h a s   b e e n   u s e d   t o   d e - n o i s e   a n d   d e c o m p o s e   i m a g e s .   W a v e l e t   d e - n o i s i n g   a n d   d e c o m p o s i t i o n   m e t h o d   i n v o l v e s   t h r e e   s t e p s .   F i r s t ,   t h e   m o t h e r   w a v e l e t   i s   u s e d   t o   g e n e r a t e   t h e   d i s c r e t e   w a v e l e t   t r a n s f o r m   ( D W T )   w h i c h   i n   t u r n   i s   e m p l o y e d   t o   d e c o m p o s e   t h e   i m a g e .   T h e   a p p r o a c h   c o n s i s t s   o f   d e c o m p o s i n g   t h e   s i g n a l   o f   i n t e r e s t   i n t o   i t s   d e t a i l e d   a n d   s m o o t h e d   c o m p o n e n t s   ( h i g h - a n d   l o w - f r e q u e n c y ) .     T h e n ,   t h e   h i e r a r c h i c a l   D W T   r e p r e s e n t a t i o n s   o f   t h e   i m a g e   m a k e   i t   p o s s i b l e   t o   d e t e r m i n e   d e - n o i s e d   a n d   d e c o m p o s e d   l a y e r   n u m b e r s   b y   t h e   p r o p e r   s o f t   t h r e s h o l d   f u n c t i o n .     T h e   d e t a i l e d   c o m p o n e n t s   o f   t h e   s i g n a l   a t   d i f f e r e n t   l e v e l s   o f   r e s o l u t i o n   l o c a l i z e   t h e   t i m e   a n d   f r e q u e n c y   o f   t h e   e v e n t .   T h e r e f o r e ,   t h e   w a v e l e t   f i l t e r   c a n   e x t r a c t   t h e   " s h o r t - t i m e " ,   " e x t r e m e   v a l u e " ,   a n d   " h i g h - f r e q u e n c y "   f e a t u r e s   o f   t h e   i m a g e .   F i n a l l y ,   t h e   t h r e s h o l d   c o e f f i c i e n t s   a n d   i n v e r s e   d i s c r e t e   w a v e l e t   t r a n s f o r m   ( I D W T )   a r e   u s e d   t o   r e c o n s t r u c t   t h e   d e - n o i s e d   i m a g e .     U s u a l l y ,   t h e   s u b s e t   o f   t h e   d i s c r e t e   t h r e s h o l d   c o e f f i c i e n t s   c a n   b e   g e n e r a t e d   f r o m   t h e   d i s c r e t e   v e r s i o n   o f   t h e   g e n e r a t i n g   f u n c t i o n   ( E q u a t i o n   3 ) :   , =                         ( 3 )   W h e r e   a   a n d   b   a r e   s c a l e   a n d   s h i f t ,   a n d   m   a n d   n   r e p r e s e n t   t h e   n u m b e r   o f   l e v e l s   a n d   n u m b e r   o f   c o e f f i c i e n t s   u s e d   f o r   s c a l i n g   a n d   s h i f t i n g   o f   w a v e l e t   b a s i s ,   r e s p e c t i v e l y .   A p p l y i n g   a   s u b s e t   o f   t h i s   s e t   t o   a   f u n c t i o n   x   w i t h   f i n i t e   e n e r g y   w i l l   r e s u l t   i n   w a v e l e t   t r a n s f o r m   c o e f f i c i e n t s   f r o m   w h i c h   o n e   c a n   c l o s e l y   a p p r o x i m a t e   ( r e c o n s t r u c t )   x   u s i n g   t h e   c o a r s e   c o e f f i c i e n t s   o f   t h i s   s e q u e n c e   [ 1 ] , [ 2 ]   a s   s h o w n   i n   E q u a t i o n   4 :   =   ,  ,   . ,                   ( 4 )   2 . 2 .       S h a r p n e s s   a n d   e d g e   d e t e c t i o n   T h e   p r o p o s e d   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   a p p r o a c h   i s   b a s e d   o n   i m m e d i a t e   h u m a n   v i s u a l   f a c t o r s   s u c h   a s   l i g h t i n g ,   c o n t r a s t ,   t o n e ,   n o i s e ,   a n d   b l u r r i n e s s .   T h e s e   p a r a m e t e r s   h a v e   b e e n   c a r e f u l l y   s i m p l i f i e d ,   f i l t e r e d ,   m e r g e d ,   a n d   o p t i m i z e d   t o   r e s u l t   i n   a   q u a n t i t a t i v e   m e a s u r e   f o r   q u a l i t y   o f   a   b r o a d   r a n g e   o f   i m a g e s .   A s   p a r t   o f   t h e   f i l t e r i n g   a n d   s i m p l i f i c a t i o n   p r o c e s s ,   t h e   e d g e   d e t e c t i o n   a n d   s h a r p e n i n g   f i l t e r s   h a v e   b e e n   e m p l o y e d .     T h e   s h a r p n e s s   f i l t e r i n g   o r   u n - s h a r p   m a s k i n g   c a n   b e   u s e d   t o   r e m o v e   u n e v e n   p i x e l s   a n d   n o i s e   f r o m   a n   i m a g e   w h i l e   p r e s e r v i n g   t h e   o r i g i n a l   d a t a   a n d   a v o i d i n g   d e f o r m i t y   a n d   s h r i n k a g e .   T h i s   i s   d o n e   b y   a p p l y i n g   l i n e a r   o r   n o n - l i n e a r   f i l t e r s   t h a t   a m p l i f y   t h e   h i g h   f r e q u e n c y   c o m p o n e n t s   o f   t h e   i m a g e   a n d   t h e r e f o r e   g i v e   t h e   i m p r e s s i o n   o f   a n   i m a g e   w i t h   a   h i g h e r   r e s o l u t i o n .   T h i s   t e c h n i q u e   i n c r e a s e s   t h e   s h a r p n e s s   e f f e c t   o f   a n   i m a g e   b y   r a i s i n g   t h e   c o n t r a s t   o f   s m a l l   b r i g h t n e s s   c h a n g e s .   T h e   i m a g e   a p p e a r s   m o r e   d e t a i l e d ,   s i n c e   t h e   h u m a n   p e r c e p t i o n   i s   a l i g n e d   t o   t h e   r e c o g n i t i o n   o f   e d g e s   a n d   l i n e s .   U n - s h a r p   m a s k i n g   c o u l d   i n c r e a s e   t h e   d e t a i l   c o n t r a s t   i n   g e n e r a l   a n d   a m p l i f y   i m a g e   i n t e r f e r e n c e   o f   t h e   o r i g i n a l   a n d   t h e r e f o r e   r e s u l t   i n   v e r y   b u m p y   a n d   u n n a t u r a l   i m a g e   e f f e c t s .   I n   f a c t ,   t o o   m u c h   m a s k i n g   c o u l d   c a u s e   " h a l o "   e f f e c t   ( l i g h t   o r   d a r k   o u t l i n e s   n e a r   e d g e s ) .   I t   c a n   a l s o   b r i n g   i n   s l i g h t   c o l o r   s h i f t s   b y   e m p h a s i z i n g   c e r t a i n   c o l o r s   w h i l e   d i m i n i s h i n g   o t h e r s .   B y   s e t t i n g   a u t o m a t i c   t h r e s h o l d s   t h a t   l i m i t   t h e   s h a r p n e s s   o f   u n w a n t e d   e l e m e n t s   i n   i m a g e   ( s u c h   a s   i m a g e   g r a i n s ) ,   t h e   p r o p o s e d   f i l t e r s   i n   t h i s   r e s e a r c h   h a v e   b e e n   c a r e f u l l y   d e s i g n e d   t o   o p t i m i z e   m a s k i n g   w i t h o u t   c a u s i n g   h a l o   e f f e c t   a n d   t o   e m p h a s i z e   l u m i n a n c e   c h a n n e l   r a t h e r   t h a n   c o l o r   t o   a v o i d   a n y   c o l o r   s h i f t   [ 7 ] .     E d g e   d e t e c t i o n   i s   a n   e s s e n t i a l   p a r t   o f   a n y   f e a t u r e   d e t e c t i o n   o r   e x t r a c t i o n   i n   i m a g e   p r o c e s s i n g   o r   c o m p u t e r   v i s i o n   a l g o r i t h m s .   T h e   t e c h n i q u e   c o n s i s t s   o f   r e c o g n i z i n g   t h e   p o i n t s   a t   w h i c h   t h e   b r i g h t n e s s   o f   a   d i g i t a l   i m a g e   c h a n g e s   a b r u p t l y   ( p o i n t s   o f   d i s c o n t i n u i t y ) .   T h e s e   c h a n g e s   c o u l d   b e   a n   i n d i c a t i o n   o f   i m p o r t a n t   i n c i d e n t s   i n   a n   i m a g e   s u c h   a s   s u d d e n   c h a n g e s   i n   d e p t h   o r   s u r f a c e   o r i e n t a t i o n ,   p r o p e r t i e s   o f   m a t e r i a l ,   o r   i l l u m i n a t i o n   o f   t h e   s c e n e .   D e s p i t e   d i f f e r e n t   t e c h n i q u e s   p r e s e n t e d   t o   s o l v e   t h i s   n o n - t r i v i a l   p r o b l e m ,   o n e   o f   t h e   e a r l y   o n e s   b y   C a n n y   i s   c o n s i d e r e d   a n   s t a t e - o f - t h e - a r t   e d g e   d e t e c t o r .   I n   h i s   a p p r o a c h ,   C a n n y   c o n s i d e r e d   a n   o p t i m a l   s m o o t h i n g   f i l t e r   g i v e n   t h e   c r i t e r i a   o f   d e t e c t i o n ,   l o c a l i z a t i o n ,   a n d   m i n i m i z i n g   m u l t i p l e   r e s p o n s e s   t o   a   s i n g l e   e d g e .   H e   p r o v e d   t h a t   t h i s   f i l t e r   c a n   b e   i m p l e m e n t e d   a s   t h e   s u m   o f   f o u r   e x p o n e n t i a l   t e r m s   a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A n   A l g o r i t h m   f o r   R e a l - T i m e   B l i n d   I m a g e   Q u a l i t y   C o m p a r i s o n   a n d   A s s e s s m e n t   ( E .   S h e y b a n i )   1 2 3 a p p r o x i m a t e d   b y   f i r s t - o r d e r   d e r i v a t i v e s   o f   G a u s s i a n s .   H e   u s e d   c e n t r a l   d i f f e r e n c e s   a s   a   g r a d i e n t   o p e r a t o r   t o   e s t i m a t e   i n p u t   i m a g e   g r a d i e n t s   [ 1 0 ] , [ 1 1 ] :   u s i n g   E q u a t i o n s   5 a , b :   , = 1 2   . 1 , + 0 . , + 1 2 . + 1 ,                     ( 5 )   , = 1 2   . , 1 + 0 . , + 1 2 . , + 1                     ( 5 )   T h e   g r a d i e n t   m a g n i t u d e   a n d   o r i e n t a t i o n   t h e n   c a n   b e   c o m p u t e d   a s   s h o w n   i n   E q u a t i o n s   6 a , b :   | | = +                     ( 6 )   = 2 ,               ( 6 )     2 . 3 .       Q u a n t i t a t i v e   q u a l i t y   a n a l y s i s   F o r   t h e   p u r p o s e s   o f   c o m p a r i s o n   a n d   a s s e s s m e n t   o f   v a r i o u s   i m a g e s   r e c o n s t r u c t e d   f r o m   a   d e g r a d e d   o r i g i n a l   v e r s i o n ,   i t   i s   d e s i r e d   t o   h a v e   a   q u a n t i t a t i v e   m e a s u r e   b a s e d   o n   h u m a n   v i s u a l   s y s t e m   w h i c h   c a n   b e   m e a s u r e d   u s i n g   p a r a m e t e r s   i n v o l v e d   i n   s i g n a l   t r a n s f o r m a t i o n .   I n   t h i s   r e s e a r c h ,   t h e   i d e a l   q u a n t i t a t i v e   m e a s u r e   h a s   b e e n   a n a l y t i c a l l y   c a l c u l a t e d   b a s e d   o n   a   d e l i c a t e   b a l a n c e   b e t w e e n   t h e   s i g n a l   t o   n o i s e   r a t i o   ( S N R )   a n d   n o r m   o f   t h e   r e c o n s t r u c t e d   i m a g e .   F u r t h e r m o r e ,   i m p o r t a n t   f a c t o r s   i n   h u m a n   v i s u a l   s y s t e m   s u c h   a s   s c e n e   l i g h t i n g ,   c o n t r a s t ,   a n d   e d g e s   h a v e   b e e n   c o n s i d e r e d   t o   c o m e   u p   w i t h   t h e s e   p a r a m e t e r s .   A s   d e p i c t e d   i n   F i g u r e   2 ,   a   c l u t t e r e d   i m a g e   i s   d e - n o i s e d   t o   a n   o p t i m a l   l e v e l   ( m e a s u r e d   b y   S N R )   a n d   t h e n   u s i n g   t h e   u n - s h a r p   m a s k i n g   i t s   u s e f u l   i n f o r m a t i o n   h a s   b e e n   e x t r a c t e d   t o   r e a l i z e   a   f a c t o r   t h a t   i s   a n   i n d i c a t i o n   o f   t h e   p o r t i o n   o f   t h e   t r u e   i m a g e   t h a t   i s   e m b e d d e d   i n s i d e   t h e   c l u t t e r e d   v e r s i o n .   T h e   c l o s e r   t h i s   n u m b e r   i s   t o   o n e ,   i t   s h o w s   a   h i g h e r   p o r t i o n   o f   t h e   t r u e   i m a g e   i n s i d e   t h e   r e c o n s t r u c t e d   v e r s i o n .   A   n u m b e r   l a r g e r   t h a n   o n e   ( a s   s h o w n   i n   t h e   c a s e   o f   e x c e p t i o n a l   i m a g e s   i n   T a b l e   3 )   i s   a n   i n d i c a t i o n   t h a t   t h e   i m a g e   h a s   p i c k e d   u p   a   f e w   e x t r a   p i e c e s   i n   a d d i t i o n   t o   w h a t   w a s   i n t e n d e d   i n   t h e   o r i g i n a l   i m a g e .     S N R   i s   a   m e a s u r e   o f   h o w   w e l l   a   s i g n a l   i s   p r e s e r v e d   a s   i t   t r a v e l s   t h r o u g h   a   n o i s y   e n v i r o n m e n t .   I t   i s   t h e   r a t i o   o f   s i g n a l   p o w e r   t o   b a c k g r o u n d   n o i s e   p o w e r   m e a s u r e d   i n   d B .   I t   i s   c a l c u l a t e d   i n   E q u a t i o n   7 :    = 1 0   l o g     = 2 0   l o g                         ( 7 )   W h e r e   P s   a n d   P n   a r e   s i g n a l   a n d   n o i s e   p o w e r ,   a n d   A s   a n d   A n   a r e   s i g n a l   a n d   n o i s e   a m p l i t u d e ,   r e s p e c t i v e l y .   S i n c e   a l l   d a t a   a c q u i s i t i o n   s y s t e m s   s u f f e r   f r o m   e n v i r o n m e n t a l   n o i s e ,   S N R   c a n   b e   p a r t i a l l y   i m p r o v e d   b y   l i m i t i n g   t h e   a m o u n t   o f   n o i s e   i n j e c t e d   i n t o   t h e   s y s t e m   f r o m   t h e   e n v i r o n m e n t .   T h i s   c a n   b e   d o n e   b y   r e d u c i n g   t h e   s e n s i t i v i t y   o f   t h e   s y s t e m   a n d / o r   f i l t e r i n g   o u t   t h e   n o i s e .   A n o t h e r   t y p e   o f   n o i s e   ( a d d i t i v e   n o i s e )   i s   i n t r o d u c e d   t o   t h e   s y s t e m   a t   t h e   q u a n t i z a t i o n   p h a s e .   T h i s   t y p e   o f   n o i s e   i s   n o n - l i n e a r   a n d   s i g n a l - d e p e n d e n t   a n d   t h e r e f o r e ,   r e q u i r e s   m o r e   s e l e c t i v e   f i l t e r i n g   f o r   n o i s e   c a n c e l l a t i o n .   T h e   f i l t e r s   u s e d   i n   t h i s   r e s e a r c h   f o r   n o i s e   r e d u c t i o n   a r e   a   d e l i c a t e   b a l a n c e   b e t w e e n   W e i n e r ,   G a u s s i a n ,   a n d   w a v e l e t   f i l t e r   b a n k s   w h i c h   o p t i m a l l y   a d j u s t   t h e m s e l v e s   t o   t h e   l e v e l   o f   n o i s e   i n   s i g n a l   a n d   n o i s e   f r e q u e n c y   b a n d s   f o r   m a x i m u m   n o i s e   c a n c e l l a t i o n   a n d   m i n i m u m   s i g n a l   d e t e r i o r a t i o n   [ 8 ] .   F i g u r e   2   s h o w s   t h e   d e t a i l s   a s   w e l l   a s   t h e   o r d e r   o f   t h e s e   f i l t e r s .   T h i n k i n g   o f   a n   i m a g e   a s   a   t w o   d i m e n s i o n a l   m a t r i x ,   n o r m   c a n   b e   u s e d   t o   m e a s u r e   t h e   s i z e   o f   t h e   i m a g e   o r   t h e   d i s t a n c e   o r   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t w o   i m a g e s .   1 - N o r m   o f   a   v e c t o r   i s   g i v e n   b y   E q u a t i o n   8 :    =   | |                     ( 8)   A c c o r d i n g l y ,   E q u a t i o n   9   s h o w s   t h e   1 - n o r m   o f   a   m a t r i x   =    ,                     ( 9)   T h i s   a m o u n t s   t o   t h e   m a x i m u m   o f   c o l u m n   s u m s .   F o l l o w i n g   t h e   s a m e   p a t t e r n ,   t h e   2 - n o r m   o f   a   v e c t o r   i s   s h o w n   i n   E q u a t i o n   1 0 :    =   | | =   ,                     ( 10 )   W h i c h   a m o u n t s   t o   m a t r i x   2 - n o r m   i n   E q u a t i o n   1 1   b e i n g   =                                   ( 11 )   O t h e r w i s e   k n o w n   a s   s i n g u l a r   v a l u e   o f   m a t r i x   A   [ 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     F e b r u a r y   2 0 1 2   :     1 2 0     1 2 9   1 2 4 3 .   R E S E A R C H   M E T H O D   F i g u r e s   1   a n d   2   b e l o w   s h o w   t h e   p l a c e m e n t   o f   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m s   i n   a   g i v e n   i m a g e   p r o c e s s i n g   s e t u p   a n d   i t s   f u n c t i o n a l   b l o c k   d i a g r a m .   I d e a l l y ,   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m s   s h o u l d   b e   a b l e   t o   a n a l y z e   a n   i m a g e   r e c e i v e d   f r o m   a   t r a n s m i t t e r ,   t h a t   i s   c l u t t e r e d   w i t h   v a r i o u s   n o i s e   a n d   b l u r   e f f e c t s   o f   t h e   c h a n n e l ,   c o m p a r e   i t   t o   t h e   o u t c o m e   o f   v a r i o u s   i m a g e   p r o c e s s i n g   a l g o r i t h m s   ( A 1 ,   A 2 ,   a n d   A 3 )   f o r   t h e   s a m e   i m a g e   ( I m a g e   1 ,   I m a g e   2 ,   a n d   I m a g e   3 ) ,   a n d   d e c i d e   w h i c h   p r o c e s s e d   i m a g e   i s   a   b e t t e r   r e p r e s e n t a t i v e   o f   t h e   o r i g i n a l   i m a g e   b e i n g   t r a n s m i t t e d .   S i n c e   t h e r e   i s   n o   p r i o r   k n o w l e d g e   a b o u t   t h e   o r i g i n a l   i m a g e   i n   h a n d   a t   t h e   r e c e i v e r   s i d e ,   t h i s   c o m p a r i s o n   a n d   a n a l y s i s   i s   d o n e   b l i n d l y .   A s   s u c h ,   t o   v a l i d a t e   t h e   c a p a b i l i t y   o f   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m s   i n   a s s e s s i n g   a n d   c o m p a r i n g   t h e   q u a l i t y   o f   p r o c e s s e d   i m a g e s ,   i t   m u s t   b e   t e s t e d   w i t h   k n o w n   i m a g e s   c o m p a r e d   t o   t h e i r   c l u t t e r e d   a n d   p r o c e s s e d   v e r s i o n s .     T h e   a l g o r i t h m   s t a r t s   p r o c e s s i n g   e a c h   i m a g e   b y   f i r s t   r e a d i n g   i t   i n t o   t h e   w o r k   s p a c e   o f   t h e   c o m p u t e r .   T h e n   a   s e t   o f   c a s c a d e d   f i l t e r   b a n k s   ( w a v e l e t ,   G a u s s i a n ,   a n d   W e i n e r )   a r e   a p p l i e d   t o   t h e   i m a g e   t o   r e m o v e   n o i s e   f r o m   t h e   i m a g e .   E a c h   t y p e   o f   f i l t e r   i n   t h i s   s t a g e   r e q u i r e s   s p e c i a l   p a r a m e t e r s   t o   b e   e x t r a c t e d   f r o m   t h e   i m a g e .   T h e r e f o r e ,   e v e r y   i m a g e   w o u l d   g o   t h r o u g h   s o m e   p r e - p r o c e s s i n g   t o   c o m p u t e   t h e s e   p a r a m e t e r s .   A f t e r   n o i s e   r e m o v a l ,   e a c h   i m a g e   i s   t e s t e d   f o r   a   p r e d e t e r m i n e d   S N R   g l o b a l   t h r e s h o l d i n g   a n d   u n s h a r p   m a s k i n g   t o   m a k e   s u r e   t h a t   t h e   q u a l i t y   o f   t h e   s i g n a l   h a s   n o t   b e e n   d e g r a d e d   i n   t h e   n o i s e   r e m o v a l   p r o c e s s   a n d   t h a t   n o i s e   l e v e l   i s   n o t   g o i n g   t o   a f f e c t   t h e   a s s e s s m e n t   p r o c e s s .   N e x t ,   a n   i m a g e   e d g e   d e t e c t i o n   a l g o r i t h m   i s   a p p l i e d   t o   r e d u c e   t h e   i m a g e   t o   a   s u b - i m a g e   c o n s i s t i n g   o f   i m p o r t a n t   i n f o r m a t i o n   t h a t   c a n   b e   m e a s u r e d   q u a n t i t a t i v e l y .   F i n a l l y ,   t h e   n o r m   o f   t h e   s u b - i m a g e   i s   c a l c u l a t e d   b a s e d   o n   t h e   s i n g u l a r   v a l u e s   o f   t h e   m a t r i x   o f   i m a g e   p i x e l s .   T h e   r e s u l t s   o f   t h e s e   c o m p u t a t i o n s   a r e   l i s t e d   f o r   a   s e t   o f   s a m p l e   i m a g e s   i n   T a b l e   1 .   F u r t h e r m o r e ,   t o   a c h i e v e   a   c o m p r e h e n s i v e   m o d e l   f o r   a n   a l g o r i t h m   t h a t   c a n   h a n d l e   a   w i d e - r a n g e   o f   i m a g i n g   a p p l i c a t i o n s ,   w e   h a v e   u s e d   a   l a r g e   d a t a b a s e   o f   i m a g e s   ( 2 4 0   f a c e s   a n d   l a n d s c a p e s )   w h i c h   c o n t a i n   o r i g i n a l   i m a g e ,   o r i g i n a l   i m a g e s   c l u t t e r e d   w i t h   n o i s e ,   o r i g i n a l   i m a g e   c o r r u p t e d   w i t h   b l u r ,   a n d   o r i g i n a l   i m a g e   w i t h   b o t h   n o i s e   a n d   b l u r .   T h i s   s e t   r e p r e s e n t s   a   w i d e   r a n g e   o f   v a r i e t y   i n   i m a g e   q u a l i t y   a n d   r e s o l u t i o n   f r o m   c l o s e - u p   ( f a c e )   i m a g e s   a l l   t h e   w a y   t o   f a r - a w a y   ( l a n d s c a p e )   i m a g e s .   T h e   n o i s e   i n   t h i s   c a s e   c o n s i s t s   o f   G a u s s i a n ,   s a l t   a n d   p e p p e r ,   a n d   s h o t   n o i s e   [ 2 6 ] .   T h e   b l u r   c o n s i s t s   o f   d i f f e r e n t   l e v e l s   o f   p i x e l   d i s p l a c e m e n t s   a n d   a n g u l a r   r o t a t i o n s .   W e   h a v e   u s e d   a   v a r i e t y   o f   t h e   m o s t   p r e v a l e n t   t e c h n i q u e s   r e c o m m e n d e d   i n   t h e   l i t e r a t u r e   t o   i n c l u d e   n o i s e   a n d   b l u r   i n   t h e   i m a g e s   [ 2 1 ] , [ 2 2 ] .   W a v e l e t   t r a n s f o r m s   h a v e   b e e n   e m p l o y e d   f o r   a n a l y z i n g   n o i s e   i n   i m a g e   d a t a   a s   s u g g e s t e d   b y   r e l e v a n t   l i t e r a t u r e   [ 1 ] , [ 2 ] ,   [ 2 3 ] , [ 2 4 ] , [ 2 5 ] .     F i g u r e   3   s h o w s   t h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   v a l i d a t i o n   a p p r o a c h   c o m b i n e d   w i t h   t h e   d e t a i l s   o f   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m s   s h o w n   i n   F i g u r e   2 .   C o n s i s t e n c y   i n   q u a l i t y   m e a s u r e   f i g u r e s   i s   t h e   k e y   t o   t h e   s u c c e s s f u l   v a l i d a t i o n   o f   t h i s   a p p r o a c h   a n d   i t s   a p p l i c a b i l i t y   t o   a   w i d e   r a n g e   o f   i m a g e s   f r o m   d i f f e r e n t   s e n s o r s .   T h e   o b j e c t i v e   i s   t o   h a v e   o n e   a l g o r i t h m   t h a t   w o r k s   w i t h   i m a g e s   f r o m   d i f f e r e n t   s e t   o f   s e n s o r s .   T o   s h o w   c o n s i s t e n c y   i n   r e s u l t s ,   t h e   t e s t s   h a v e   b e e n   r e p e a t e d   w i t h   t h e   o r i g i n a l   i m a g e   ( O ) ,   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   n o i s e   ( O + N ) ,   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   b l u r   ( O + B ) ,   a n d   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   n o i s e   a n d   b l u r   ( O + N + B )   a n d   t h e   r e s u l t s   h a v e   b e e n   s h o w n   f o r   a l l   c a s e s   i n   T a b l e   1 .         4 .   R E S U L T S   A N D   A N A L Y S I S   A s   m e n t i o n e d   e a r l i e r ,   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   f o r   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   i s   m o r e   r o b u s t ,   m o r e   e f f i c i e n t ,   f a s t e r ,   a n d   l e s s   c o m p u t a t i o n a l l y   i n v o l v e d   t h a n   s i m i l a r   a l g o r i t h m s   i n t r o d u c e d   i n   t h e   l i t e r a t u r e .   T h e   a d v a n t a g e   o f   t h i s   a l g o r i t h m   i s   t h a t   i t   w o r k s   o n   a n   e f f e c t i v e   s u b s e t   ( e d g e )   o f   t h e   i m a g e .   T h e r e f o r e ,   d u e   t o   l e s s   c o m p u t a t i o n a l   o v e r h e a d   a n d   m o r e   r e l i a b l e   d a t a   ( e f f e c t i v e   e d g e s )   i t   i s   m o r e   e f f i c i e n t .   T a b l e   1   s h o w s   e x a m p l e s   o f   i m a g e s   f r o m   t h e   i m a g e   d a t a b a s e   u s e d   f o r   t h i s   e x p e r i m e n t .   F i g u r e   4   s h o w s   e x a m p l e s   o f   t h e   v a l i d a t i o n   r e s u l t s   f o r   t h i s   r e s e a r c h   a s   d e p i c t e d   i n   s e c t i o n   I I I   o f   t h e   p a p e r .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   3 ,   t h e   s e t   o f   i m a g e s   f o r   t h i s   e x p e r i m e n t   w e r e   c l u t t e r e d   i n   3   d i f f e r e n t   w a y s   ( T a b l e   1 )   a n d   a l l   p r o c e s s e d   w i t h   t h e   p r o p o s e d   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   a l g o r i t h m .   Q u a n t i t a t i v e   r e s u l t s   p r o v e   t o   b e   c o n s i s t e n t   f o r   e a c h   a n d   e v e r y   i m a g e   t y p e   t e s t e d .   H e r e   a r e   s o m e   o b s e r v a t i o n s   f r o m   t h e s e   t e s t   r e s u l t s :   a .   T h e   a l g o r i t h m   c o n s i s t e n t l y   r a t e s   t h e   o r i g i n a l   b e t t e r   t h a n   t h e   n o i s y   ( O + N ) ,   b l u r r y   ( O + B ) ,   a n d   n o i s y - b l u r r y   ( O + N + B ) .   T h e   q u a l i t a t i v e   m e a s u r e   o b t a i n e d   i s   a l s o   r a t i n g   t h e   O + N   a n d   O + B   c o n s i s t e n t l y .   I n   a l l   c a s e s ,   a s   t h e   q u a l i t y   o f   t h e   i m a g e   i s   d e g r a d e d   f r o m   b l u r   t   n o i s e ,   t h e   q u a l i t y   m e a s u r e   k e e p s   d e c r e a s i n g .   T h e   c o n s i s t e n c y   h e r e   h a s   a l s o   t r i g g e r e d   c o m p a r i s o n   t o   h u m a n   v i s u a l   s y s t e m   ( H V S ) .   b .   T h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   a l s o   s h o w s   c o n s i s t e n c y   i n   g r a d i n g   t h e   q u a l i t y   o f   O + N + B   i m a g e s   c o m p a r e d   t o   O ,   O + N ,   a n d   O + B .   T h e   O + N + B   i m a g e s   a r e   q u a l i t a t i v e l y   g r a d e d   l o w e r   t h a n   t h e   o t h e r   t y p e s   o f   i m a g e s   a n d   t h i s   i s   c o n s i s t e n t   w i t h   o u r   e x p e c t a t i o n s .     c .   T h e   r e s u l t s   a l s o   i n d i c a t e   t h a t   t h e   p r o p o s e d   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   m e a s u r e   i s   a   r o b u s t   a n d   r e l i a b l e   o n e   b a s e d   o n   l i m i t e d   v i s u a l   p a r a m e t e r s   f o r   a   f a s t   c o n v e r g e n c e   s u i t a b l e   f o r   r e a l - t i m e   a p p l i c a t i o n s   w i t h   l i m i t e d   s e n s o r   d a t a .   T h e   m e a s u r e   h a s   p r o v e n   t o   d i f f e r e n t i a t e   b e t w e e n   d i f f e r e n t   v e r s i o n s   o f   t h e   s a m e   i m a g e   v e r y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A n   A l g o r i t h m   f o r   R e a l - T i m e   B l i n d   I m a g e   Q u a l i t y   C o m p a r i s o n   a n d   A s s e s s m e n t   ( E .   S h e y b a n i )   1 2 5 a c c u r a t e l y .   A c c o r d i n g l y ,   i t   i s   d e s i g n e d   t o   d e t e c t   t h e   q u a l i t y   o f   t h e   i m a g e   i n   t h e   s a m e   w a y   t h a t   h u m a n   e y e   c a n .   T h e   a u t h o r s   p l a n   t o   f u r t h e r   e x a m i n e   t h e   v a l i d i t y   o f   t h i s   a l g o r i t h m   i n   c o m p a r i s o n   t o   h u m a n   v i s u a l   s y s t e m   ( H V S ) .   A d d i t i o n a l l y ,   t h e   a l g o r i t h m   w i l l   b e   t e s t e d   f o r   d i f f e r e n t   g r a d e s   o f   b l u r   a n d   n o i s e   t o   f i n d   t h e   r e s o l u t i o n   t h r e s h o l d s   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d .   B o t h   t h e s e   a r e   r a t h e r   i m p o r t a n t   t a s k s   a s   t h e y   f i n d   a p p l i c a t i o n s   i n   m a n y   a u t o m a t e d   s y s t e m s   i n   w h i c h   h u m a n   o b s e r v a t i o n   a n d   v a l i d a t i o n   i s   p a r t   o f   t h e   p r o c e s s   ( r a d a r ,   r e m o t e   s e n s i n g ,   m a n u f a c t u r i n g ,   e t c . ) .   O n c e   v a l i d a t e d ,   t h e   a l g o r i t h m   w i l l   b e   m a t c h e d   t o   r e l e v a n t   a p p l i c a t i o n s   i n   t h e   r e a l   w o r l d .       5 .   C O N C L U S I O N   T a r g e t   i m a g e   e x t r a c t i o n ,   r e c o g n i t i o n ,   a n d   p r o c e s s i n g   a r e   o f   g r e a t   i n t e r e s t   t o   m a n y   s c i e n c e   a n d   e n g i n e e r i n g   f i e l d s   s u c h   a s   r e m o t e   s e n s i n g ,   t a r g e t   d e t e c t i o n ,   r a d a r   p r o c e s s i n g ,   a n d   m e t e o r o l o g y .   T h e   l o n g - t e r m   g o a l   o f   t h i s   r e s e a r c h   i s   t o   e n a b l e   i n c r e a s e d   a u t o n o m y   a n d   q u a l i t y   o f   i m a g e   p r o c e s s i n g   s y s t e m s ,   w i t h   s p e c i a l   e m p h a s i s   o n   a u t o m a t e d   p r o c e s s i n g ,   v a l i d a t i o n ,   a n d   r e c o n f i g u r a t i o n .   T h e   o v e r a l l   t h e m e   o f   t h i s   w o r k   i s   a u t o m a t i c   e x t r a c t i o n   a n d   p r o c e s s i n g   o f   h i g h - r e s o l u t i o n   i m a g e s   b y   a d d i n g   a   r e a l - t i m e   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   a l g o r i t h m .   W i e n e r ,   G a u s s i a n ,   u n - s h a r p   m a s k i n g ,   a n d   M u l t i - r e s o l u t i o n   w a v e l e t   f i l t e r   b a n k s   h a v e   b e e n   p r o p o s e d   t o   e n a b l e   a n   e f f i c i e n t   a n d   f a s t   s o l u t i o n   t o   t h i s   p r o b l e m .   A   d e l i c a t e   b a l a n c e   o f   t h e s e   f i l t e r s   i n   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   i s   c a p a b l e   o f   r e c o g n i z i n g   t h e   q u a l i t y   o f   a n   i m a g e   i n   c o m p a r i s o n   t o   c o r r u p t e d   v e r s i o n s   o f   i t .   T h i s   r e s e a r c h   h a s   l e d   t o   a c c e l e r a t e   r e s e a r c h   i n   t h e o r i e s ,   p r i n c i p l e s ,   a n d   c o m p u t a t i o n a l   t e c h n i q u e s   f o r   b l i n d   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   i n   i m a g e   p r o c e s s i n g .   T h e   r e s u l t s   o b t a i n e d   i n d i c a t e   t h a t   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   c a n   e f f e c t i v e l y   a s s e s s   t h e   q u a l i t y   o f   a n y   g i v e n   i m a g e   f r o m   a   w i d e   r a n g e   o f   e x t r e m e s   i n   a n   i m a g e   d a t a b a s e .   F u r t h e r m o r e ,   t h e   a l g o r i t h m   c a n   d i f f e r e n t i a t e   b e t w e e n   a   r e g u l a r   i m a g e   a n d   i t s   c o r r u p t e d   v e r s i o n s .   A d d i t i o n a l l y ,   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   i s   f a s t ,   e f f i c i e n t ,   a n d   r o b u s t   a n d   c a n   b e   i m p l e m e n t e d   i n   h a r d w a r e   f o r   r e a l - t i m e   a p p l i c a t i o n s .       A C K N O W L E D G E M E N T S   T h e   a u t h o r s   w o u l d   l i k e   t o   a c k n o w l e d g e   N A S A   C I P A I R   g r a n t ,   N A S A   N S T I   g r a n t ,   N A S A   R e s e a r c h   F e l l o w s h i p   g r a n t ,   a n d   C o m m o n w e a l t h   C e n t e r   f o r   A d v a n c e d   M a n u f a c t u r i n g   ( C C A M )   g r a n t   f o r   t h e i r   s u p p o r t   o f   t h i s   r e s e a r c h   p r o j e c t .   T h e y   a l s o   g r e a t l y   a p p r e c i a t e   t h e   p o s i t i v e   f e e d b a c k   a n d   c o m m e n t s   b y   N .   M e m a r s a d e g h i   a t   N A S A   G S F C   w h i c h   h e l p e d   i m p r o v e   t h e   q u a l i t y   o f   t h i s   w o r k .       R E F E R E N C E S   [ 1 ]   E .   S h e y b a n i ,   E n h a n c e m e n t   o f   D a t a   i n   I n t e g r a t e d   Co m m u n i c a t i o n s ,   N a v i g a t i o n ,   a n d   S u r v e i l l a n c e   S y s t e m s ,   P r o c e e d i n g s   o f   NA S A / I E E E / A I A A   I CNS   2 0 1 1 ,   M a y   1 0 - 1 2 ,   W a s h i n g t o n ,   D C.   [ 2 ]   N .   C.   P r a m o d   a n d   G .   V .   A n a n d ,   N o n l i n e a r   W a v e l e t   D e n o i s i n g   f o r   D O A   E s t i m a t i o n   b y   M U S I C ,   2 0 0 4   I n t e r n a t i o n a l   Co n f e r e n c e   o n   S i g n a l   P r o c e s s i n g   &   Co m m u n i c a t i o n s   ( S P CO M ) ,   1 1 - 1 4   D e c e m b e r ,   B a n g a l o r e ,   I n d i a ,   p p .   3 8 8 - 3 9 2 .   [ 3 ]   E .   D a v i e s ,   M a c h i n e   V i s i o n :   T h e o r y ,   A l g o r i t h m s   a n d   P r a c t i c a l i t i e s ,   A c a d e m i c   P r e s s ,   1 9 9 0 ,   p p   4 2   -   4 4 .     [ 4 ]   R.   G o n z a l e z ,   a n d   R.   W o o d s ,   D i g i t a l   I m a g e   P r o c e s s i n g ,   A d d i s o n - W e s l e y   P u b l i s h i n g   Co m p a n y ,   1 9 9 2 ,   p   1 9 1 .     [ 5 ]   R.   H a r a l i c k ,   a n d   L .   S h a p i r o ,   Co m p u t e r   a n d   R o b o t   V i s i o n ,   A d d i s o n - W e s l e y   P u b l i s h i n g   Co m p a n y ,   1 9 9 2 ,   V o l .   1 ,   Ch a p .   7 .   [ 6 ]   F .   J i n ,   P .   F i e g u t h ,   L .   W i n g e r ,   a n d   E .   J e r n i g a n ,   A D A P T I V E   W I E N E F I L T E RI N G   O F   N O I S Y   I M A G E S   A N D   I M A G E   S E Q U E N CE S ,   P r o c e e d i n g s   o f   I E E E   I CI P   2 0 0 3 ,   S e p t e m b e r   1 4 - 1 7 ,   2 0 0 3 ,   Ba r c e l o n a ,   S p a i n .     [ 7 ]   L a s e r S o f t   I m a g i n g ,   S i l v e r F a s t   U n s h a r p   M a s k i n g ,   M a n u a l :   S i l v e r S o f t   U S M ,   h t t p : / / w w w . s i l v e r f a s t . c o m / h i g h l i g h t s / .   [ 8 ]   W i k i p e d i a ,   S i g n a l - t o - No i s e   r a t i o ,   h t t p : / / e n . w i k i p e d i a . o r g / .   [ 9 ]   J .   S t e n s b y ,   N o t e s   o n   M a t r i x   N o r m s ,   h t t p : / / w w w . e c e . u a h . e d u .   [ 1 0 ]   D .   Z i o u   a n d   S .   T a b b o n e ,   " E d g e   d e t e c t i o n   t e c h n i q u e s :   A n   o v e r v i e w " ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   P a t t e r n   Re c o g n i t i o n   a n d   I m a g e   A n a l y s i s ,   8 ( 4 ) : 5 3 7 5 5 9 ,   1 9 9 8     [ 1 1 ]   J .   Ca n n y ,   " A   c o m p u t a t i o n a l   a p p r o a c h   t o   e d g e   d e t e c t i o n " ,   I E E E   T r a n s .   P a t t e r n   A n a l y s i s   a n d   M a c h i n e   I n t e l l i g e n c e ,   v o l   8 ,   p a g e s   6 7 9 - 7 1 4 ,   1 9 8 6 .     [ 1 2 ]   G u p t a ,   S . ;   Ra m e s h ,   K . P . ;   Bl a s c h ,   E . P . ;   M u t u a l   I n f o r m a t i o n   M e t r i c   E v a l u a t i o n   f o r   P E T / M RI   I m a g e   F u s i o n ,   I E E E   Na t i o n a l   A e r o s p a c e   a n d   E l e c t r o n i c s   Co n f e r e n c e ,   NA E CO 2 0 0 8 .   P a g e ( s ) :   3 0 5     3 1 1 .   [ 1 3 ]   H o n g b o   W u ;   Y a n q i u   X i n g ;   P i x e l - b a s e d   i m a g e   f u s i o n   u s i n g   w a v e l e t   t r a n s f o r m   f o r   S P O T   a n d   E T M +   i m a g e ,   I E E E   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   P r o g r e s s   i n   I n f o r m a t i c s   a n d   C o m p u t i n g   ( P I C) ,   2 0 1 0 ,   V o l u m e :   2 ,   P a g e ( s ) :   9 3 6     9 4 0 .     [ 1 4 ]   L a v a n y a ,   A . ;   V a n i ,   K . ;   S a n j e e v i ,   S . ;   K u m a r ,   R. S . ;     I m a g e   f u s i o n   o f   t h e   m u l t i - s e n s o r   l u n a r   i m a g e   d a t a   u s i n g   w a v e l e t   c o m b i n e d   t r a n s f o r m a t i o n ,   I n t e r n a t i o n a l   Co n f e r e n c e   o n   R e c e n t   T r e n d s   i n   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y   ( I CR T I T ) ,   2 0 1 1 ,   P a g e ( s ) :   9 2 0     9 2 5 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     F e b r u a r y   2 0 1 2   :     1 2 0     1 2 9   1 2 6 [ 1 5 ]   Y i l d i r i m ,   A . ;   E f e ,   M . ;   O z d e m i r ,   A . K . ;   A n   A l t e r n a t i v e   M o d e l   f o r   T a r g e t   P o s i t i o n   E s t i m a t i o n   i n   Ra d a r   P r o c e s s o r s ,   I E E E   S i g n a l   P r o c e s s i n g   L e t t e r s ,   V o l u m e :   1 4   ,   I s s u e :   8 ,   2 0 0 7   ,   P a g e ( s ) :   5 4 9     5 5 2 .     [ 1 6 ]   P a o l o n i ,   C. ;   O n   t h e   A n a l y s i s   a n d   I m p r o v e m e n t   o f   Y i e l d   f o r   T W T   S m a l l - S i g n a l   G a i n ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   E l e c t r o n   D e v i c e s ,   V o l u m e :   5 5   ,   I s s u e :   1 0 ,   2 0 0 8   ,   P a g e ( s ) :   2 7 7 4     2 7 7 8 .     [ 1 7 ]   P l u i m ,   J . P . W . ;   M a i n t z ,   J . B. A . ;   V i e r g e v e r ,   M . A . ;   M u t u a l - i n f o r m a t i o n - b a s e d   r e g i s t r a t i o n   o f   m e d i c a l   i m a g e s :   a   s u r v e y ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   M e d i c a l   I m a g i n g ,   V o l u m e :   2 2   ,   I s s u e :   8 ,   2 0 0 3   ,   P a g e ( s ) :   9 8 6     1 0 0 4 .     [ 1 8 ]   Re e d ,   S . ;   Ru i z ,   I . T . ;   Ca p u s ,   C. ;   P e t i l l o t ,   Y . ;   T h e   f u s i o n   o f   l a r g e   s c a l e   c l a s s i f i e d   s i d e - s c a n   s o n a r   i m a g e   m o s a i c s ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I m a g e   P r o c e s s i n g ,   V o l u m e :   1 5   ,   I s s u e :   7 ,   2 0 0 6   ,   P a g e ( s ) :   2 0 4 9     2 0 6 0 .     [ 1 9 ]   S h e i k h ,   H . R. ;   Bo v i k ,   A . C. ;   I m a g e   i n f o r m a t i o n   a n d   v i s u a l   q u a l i t y ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I m a g e   P r o c e s s i n g ,   V o l u m e :   1 5   ,   I s s u e :   2 ,   2 0 0 6   ,   P a g e ( s ) :   4 3 0     4 4 4 .     [ 2 0 ]   Z h o u   W a n g ;   Bo v i k ,   A . C. ;   A   u n i v e r s a l   i m a g e   q u a l i t y   i n d e x ,   I E E E   S i g n a l   P r o c e s s i n g   L e t t e r s ,   V o l u m e :   9   ,   I s s u e :   3 ,   2 0 0 2   ,   P a g e ( s ) :   8 1     8 4 .     [ 2 1 ]   S a m a d a n i ,   R. ;   M a u e r ,   T . A . ;   Be r f a n g e r ,   D . M . ;   Cl a r k ,   J . H . ;   I m a g e   T h u m b n a i l s   T h a t   R e p r e s e n t   Bl u r   a n d   N o i s e ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I m a g e   P r o c e s s i n g ,   V o l u m e :   1 9   ,   I s s u e :   2 ,   2 0 1 0   ,   P a g e ( s ) :   3 6 3     3 7 3 .     [ 2 2 ]   M i g n o t t e ,   M . ;   A   P o s t - P r o c e s s i n g   D e c o n v o l u t i o n   S t e p   f o r   W a v e l e t - Ba s e d   I m a g e   D e n o i s i n g   M e t h o d s ,   I E E E   S i g n a l   P r o c e s s i n g   L e t t e r s ,   V o l u m e :   1 4   ,   I s s u e :   9 ,   2 0 0 7   ,   P a g e ( s ) :   6 2 1     6 2 4 .     [ 2 3 ]   Ch a p p e l i e r ,   V . ;   G u i l l e m o t ,   C. ;   O r i e n t e d   W a v e l e t   T r a n s f o r m   f o r   I m a g e   Co m p r e s s i o n   a n d   D e n o i s i n g ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I m a g e   P r o c e s s i n g ,   V o l u m e :   1 5   ,   I s s u e :   1 0 ,   2 0 0 6   ,   P a g e ( s ) :   2 8 9 2     2 9 0 3 .     [ 2 4 ]   Ba l s t e r ,   E . J . ;   Z h e n g ,   Y . F . ;   E w i n g ,   R. L . ;   F e a t u r e - b a s e d   w a v e l e t   s h r i n k a g e   a l g o r i t h m   f o r   i m a g e   d e n o i s i n g ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I m a g e   P r o c e s s i n g ,   V o l u m e :   1 4   ,   I s s u e :   1 2 ,   2 0 0 5   ,   P a g e ( s ) :   2 0 2 4     2 0 3 9 .   [ 2 5 ]   D o n o h o ,   D . L .   ( 1 9 9 5 ) ,   " D e - N o i s i n g   b y   s o f t - t h r e s h o l d i n g ,   "   I E E E   T r a n s .   o n   I n f .   T h e o r y ,   v o l .   4 1 ,   3 ,   p p .   6 1 3 - 6 2 7 .   [ 2 6 ]   V a n   d e r   Z i e l ,   A l d e r t .   No i s e :   S o u r c e s ,   Ch a r a c t e r i z a t i o n ,   M e a s u r e m e n t ,   P r e n t i c e - H a l l ,   I n c . ,   E n g l e w o o d   Cl i f f s ,   N e w   J e r s e y ,   1 9 7 0 .   [ 2 7 ]   Ch a o f e n g   L i ,   A l a n   Co n r a d   Bo v i k ,   X i a o j u n   W u ,   Bl i n d   I m a g e   Q u a l i t y   A s s e s s m e n t   U s i n g   a   G e n e r a l   Re g r e s s i o n   N e u r a l   N e t w o r k ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   Ne u r a l   Ne t w o r k s ,   2 2 ( 5 ) ,   p p .   7 9 3 - 7 9 9 ,   2 0 1 1 .                                               F i g u r e   1 .   T h e   g e n e r a l   p a t h   f o r   a n   i m a g e   f r o m   t r a n s m i t t e r   t o   r e c e i v e r ,   t h e   a l t e r n a t i v e     p a t h s   f o r   p r o c e s s i n g ,   a n d   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   f o r   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t                                                                                     F i g u r e   2 .   C o m p o n e n t s   o f   t h e   p r o p o s e d   e d g e   d e t e c t i o n   a l g o r i t h m   f o r     i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   a n d   d e t a i l s   o f   t h e   d e - n o i s i n g   f i l t e r   b a n k s         T r a n s m i t t e d     T r u e   I m a g e   A 1   P r o c e s s e d     I m a g e   1   A d d e d   T i m e   S h i f t s   a n d   B l u r   E f f e c t s   V a r i o u s   A d d e d   C l u t t e r   a n d   N o i s e   A 2   P r o c e s s e d     I m a g e   2   B e s t   I m a g e   S e l e c t e d   A 3   P r o c e s s e d     I m a g e   3   P r o p o s e d   A l g o r i t h m   Q u a n t i t a t i v e   Q u a l i t y   A n a l y s i s   S h a r p n e s s   a n d   E d g e   D e t e c t i o n   D e - N o i s i n g   F i l t e r   B a n k s   U n - s h a r p       M a s k i n g   G l o b a l   G a u s s i a n   F i l t e r i n g   W a v e l e t   F i l t e r   B a n k s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A n   A l g o r i t h m   f o r   R e a l - T i m e   B l i n d   I m a g e   Q u a l i t y   C o m p a r i s o n   a n d   A s s e s s m e n t   ( E .   S h e y b a n i )   1 2 7                                       F i g u r e   3 .   T h e   v a l i d a t i o n   a p p r o a c h   f u n c t i o n a l   b l o c k   d i a g r a m   f o r   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   f o r   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t     T a b l e   1 :   E x a m p l e s   o f   i m a g e s   u s e d   f o r   v a l i d a t i o n   o f   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   f o r   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t .   T h e   a l g o r i t h m   h a s   b e e n   t e s t e d   w i t h   o r i g i n a l   i m a g e   ( O ) ,   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   n o i s e   ( O + N ) ,   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   b l u r   ( O + B ) ,   a n d   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   n o i s e   a n d   b l u r   ( O + N + B ) .   E x a m p l e s   o f   i m a g e s   w i t h   e x c e p t i o n a l   c o n d i t i o n s   a r e   s h o w n   i n   t h e   l a s t   t w o   r o w s .   E x a m p l e s   o f   I m a g e s   O   O + N   O + B   O + N + B   I m a g e   E d g e   F a c e 1             F a c e 2             F a c e 3             F a c e 4             L a n d s c a p e 1             L a n d s c a p e 2             L a n d s c a p e 3             L a n d s c a p e 4                 O r i g i n a l       I m a g e   R e c o n s t r u c t e d     I m a g e   1   A d d e d   T i m e   S h i f t s   a n d   B l u r   E f f e c t s   V a r i o u s   A d d e d   C l u t t e r   a n d   N o i s e   V a r i o u s   A d d e d   C l u t t e r   a n d   N o i s e   R e c o n s t r u c t e d     I m a g e   2   A d d e d   T i m e   S h i f t s   a n d   B l u r   E f f e c t s   R e c o n s t r u c t e d     I m a g e   3   I m a g e   Q u a l i t y   M e a s u r e s   P r o p o s e d   A l g o r i t h m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     F e b r u a r y   2 0 1 2   :     1 2 0     1 2 9   1 2 8     a .   E x a m p l e s   o f   t h e   n o r m a l i z e d   v a l i d a t i o n   r e s u l t s   f o r   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   f o r   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   o f   f a c e   i m a g e s .   T h e   a l g o r i t h m   h a s   b e e n   t e s t e d   f o r   o r i g i n a l   i m a g e   ( O ) ,   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   n o i s e   ( O + N ) ,   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   b l u r   ( O + B) ,   a n d   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   n o i s e   a n d   b l u r   ( O + N + B) .         b .   E x a m p l e s   o f   t h e   n o r m a l i z e d   v a l i d a t i o n   r e s u l t s   f o r   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   f o r   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t   o f   l a n d s c a p e   i m a g e s .   T h e   a l g o r i t h m   h a s   b e e n   t e s t e d   f o r   o r i g i n a l   i m a g e   ( O ) ,   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   n o i s e   ( O + N ) ,   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   b l u r   ( O + B) ,   a n d   o r i g i n a l   i m a g e   p l u s   n o i s e   a n d   b l u r   ( O + N + B) .     F i g u r e   4 .   E x a m p l e s   o f   t h e   n o r m a l i z e d   v a l i d a t i o n   r e s u l t s   f o r   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   f o r   b l i n d   i m a g e   q u a l i t y   a s s e s s m e n t       B I B L I O G R A P H Y   O F   A U T H O R S     Eh s a n   S h e y b a n i   h a s   e a r n e d   a   B S E E ,   M S E E ,   a n d   P h . D   E E   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   F l o r i d a ,   F l o r i d a   S t a t e   U n i v e r s i t y ,   a n d   U n i v e r s i t y   o f   S o u t h   F l o r i d a ,   r e s p e c t i v e l y .   H e   i s   c u r r e n t l y   a n   A s s o c i a t e   P r o f e s s o r   o f   Co m p u t e r   E n g i n e e r i n g   a t   V i r g i n i a   S t a t e   U n i v e r s i t y ,   w i t h   a   r e s e a r c h   i n t e r e s t   i n   Co m m u n i c a t i o n s   a n d   S i g n a l   P r o c e s s i n g .   H e   h a s   n u m e r o u s   f e d e r a l   g r a n t s   f r o m   N A S A   a n d   N S F   a n d   h a s   a   l o n g   l i s t   o f   p u b l i c a t i o n s   i n   p e e r   r e v i e w e d   j o u r n a l s   a n d   c o n f e r e n c e   p r o c e e d i n g s .       0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 O O + N O + B O + N + B F A C E   1 F A C E   2 F A C E   3 F A C E   4 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 O O + N O + B O + N + B L A N D   1 L A N D   2 L A N D   3 L A N D   4 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A n   A l g o r i t h m   f o r   R e a l - T i m e   B l i n d   I m a g e   Q u a l i t y   C o m p a r i s o n   a n d   A s s e s s m e n t   ( E .   S h e y b a n i )   1 2 9   S i n g l i   G a r c i a - O t e r o   r e c e i v e d   t h e   M . S .   a n d   P h . D .   d e g r e e s   i n   t h e   e l e c t r i c a l   a n d   c o m p u t e r   e n g i n e e r i n g   f r o m   t h e   U n i v e r s i t y   o f   M i s s o u r i -   C o l u m b i a   i n   1 9 8 5   a n d   1 9 9 2 ,   r e s p e c t i v e l y .   S h e   h a s   t h r e e   y e a r s   i n d u s t r i a l   e x p e r i e n c e s   a s   a n   e n g i n e e r   a n d   h a s   b e e n   t e a c h i n g   a t   d i f f e r e n t   u n i v e r s i t i e s   f o r   o v e r   2 0   y e a r s .     Cu r r e n t l y ,   s h e   i s   a   p r o f e s s o r   t h e   c o m p u t e r   e n g i n e e r i n g   p r o g r a m   a t   t h e   V i r g i n i a   S t a t e   U n i v e r s i t y .                   F e d r a   A d n a n i   r e c e i v e d   h e r   M . S .   a n d   P h . D .   d e g r e e s   i n   t h e   Bi o m e d i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   V i r g i n i a   C o m m o n w e a l t h   U n i v e r s i t y   i n   2 0 0 3   a n d   2 0 0 6 ,   r e s p e c t i v e l y .   S h e   h a s   o v e r   t h r e e   y e a r s   r e s e a r c h / t e a c h i n g   e x p e r i e n c e .     Cu r r e n t l y ,   s h e   i s   a s s i s t a n t   p r o f e s s o r   o f   c o m p u t e r   e n g i n e e r i n g   p r o g r a m   a t   V i r g i n i a   S t a t e   U n i v e r s i t y .                 D r .   G i t i   J a v i d i   h o l d s   B S   i n   C o m p u t e r   S c i e n c e   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   Ce n t r a l   O k l a h o m a ,   M S   i n   Co m p u t e r   S c i e n c e   a n d   P h . D .   i n   I T   w i t h   a n   e m p h a s i s   o n   Co m p u t e r   S c i e n c e ,   b o t h   f r o m   U n i v e r i t y   o f   S o u t h   F l o r i d a .     S h e   c u r r e n t l y   s e r v e s   a s   a n   A s s o c i a t e   p r o f e s s o r   o f   Co m p u t e r   S c i e n c e   a t   V i r g i n i a   S t a t e   U n i v e r s i t y ,   w h e r e   h e r   m a i n   r e s e a r c h   i n t e r e s t   i s   i n f o r m a t i o n   v i s u a l i z a t i o n ,   m u l t i m o d a l   h u m a n   c o m p u t e r   i n t e r a c t i o n ,   c o m p u t e r   v i s i o n ,   a n d   p a t t e r n   r e c o g n i t i o n .   S h e   h a s   r e c e i v e d   s e v e r a l   g r a n t s   f r o m   e x t e r n a l   a g e n c i e s   t o   s u p p o r t   h e r   r e s e a r c h .   d i t i o n   t o   t e a c h i n g   a n d   r e s e a r c h   e x p e r i e n c e ,   D r .   J a v i d i   h a s   g a i n e d   m a n y   y e a r s   o f   i n d u s t r i a l   e x p e r i e n c e   b y   s e r v i n g   a s   a   s o f t w a r e   e n g i n e e r   a t   I BM   a n d   a s   t h e   c h i e f   Re s e a r c h e r   a t   C. I . T . I   ( Ce n t e r   f o r   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y   I n t e g r a t i o n ) .         D r .   D e s h p a n d e   s i n c e   2 0 0 5   s e r v e s   a s   a   s e n i o r   RF   e n g i n e e r   i n   M i c r o w a v e   I n s t r u m e n t   T e c h n o l o g y   Br a n c h   ( Co d e   5 5 5 )   o f   N A S A   G o d d a r d   S p a c e   F l i g h t   Ce n t e r ,   G r e e n b e l t ,   M D .     Be f o r e   j o i n i n g   N A S A   G S F C,   D r .   D e s h p a n d e   s e r v e d   a s   a n   a n t e n n a   d e s i g n   e n g i n e e r   a t   N A S A   L a n g l e y   Re s e a r c h   Ce n t e r   d u r i n g   1 9 9 0 - 2 0 0 5 .     D u r i n g   h i s   a s s o c i a t i o n   w i t h   N A S A   L a n g l e y   Re s e a r c h   Ce n t e r ,   D r .   D e s h p a n d e   d e v e l o p e d   a n t e n n a   a n a l y s i s   a n d   d e s i g n   t o o l s   b a s e d   o n   t h e   M e t h o d   o f   M o m e n t ,   F i n i t e   E l e m e n t   M e t h o d ,   a n d   h y b r i d   m e t h o d s   ( F E M   a n d   M o M ) .     M o s t   o f   h i s   w o r k   h a s   b e e n   p u b l i s h e d   i n   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   A n t e n n a s   a n d   P r o p a g a t i o n ,   M i c r o w a v e   T h e o r y   a n d   T e c h n i q u e s .   Be f o r e   j o i n i n g   N A S A   L a RC,   D r .   D e s h p a n d e   c o m p l e t e d   h i s   e d u c a t i o n   ( B E ,   M . T e c h ,   a n d   P h .   D . )   f r o m   I n d i a n   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   K h a r a g p u r ,   I n d i a .     H e   a l s o   s e r v e d   a s   a n   A s s o c i a t e   P r o f e s s o r   d u r i n g   1 9 8 2 - 1 9 8 9   a t   I n d i a n   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   K h a r a g p u r   w h e r e   h e   g u i d e d   c o u p l e   o f   P h .   D   s t u d e n t s   a n d   n u m b e r   o f   M .   T e c h   t h e s i s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.