图像质量评价（二）针对有参考图像的：SSIM MSSIM LPIPS PSNR

关于全参考比较详细的内容链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/24804170

目前针对有真实参考的图像生成任务，主要有三种评价指标，包括两种简单的人为设计的SSIM和PSNR，也包括深度学习网络抽取到的特征进行对比的LPIPS评价指标（这篇笔记中还写到了MSSIS）

一、结构相似性指数（structural similarity index，SSIM）

SSIM是一个广泛使用的图像质量评价指标，它是基于人眼观看图像时会提取其中的结构化信息的假设。

结构相似性指数（structural similarity index，SSIM）是一种用于量化两幅图像间的结构相似性的指标。与L2损失函数不同，SSIM仿照人类的视觉系统（Human Visual System,HVS）实现了结构相似性的有关理论，对图像的局部结构变化的感知敏感。SSIM从亮度、对比度以及结构量化图像的属性，用均值估计亮度，方差估计对比度，协方差估计结构相似程度。SSIM值的范围为0至1，越大代表图像越相似。如果两张图片完全一样时，SSIM值为1。

SSIM是一种全参考的评价方法，对于图像x和图像y，其SSIM计算方式如下：

 

 

二、MSSIM

上面介绍的单尺度SSIM需要在特定的配置下才能表现良好，而MSSIM对不同分辨率的图像都能保持性能稳定。

 

 

三、PSNR 峰值信噪比

峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR)是一种评价图像质量的度量标准。因为PSNR值具有局限性，所以它只是衡量最大值信号和背景噪音之间的图像质量参考值。PSNR的单位为dB，其值越大，图像失真越少。一般来说，PSNR高于40dB说明图像质量几乎与原图一样好；在30-40dB之间通常表示图像质量的失真损失在可接受范围内；在20-30dB之间说明图像质量比较差；PSNR低于20dB说明图像失真严重。

给定一个大小为m×n的灰度图 I 和噪声图 K，均方误差(MSE, Mean Square Error)公式如下：

 

 

 

四、学习感知图像块相似度(Learned Perceptual Image Patch Similarity, LPIPS)

 学习感知图像块相似度(Learned Perceptual Image Patch Similarity, LPIPS)也称为“感知损失”(perceptual loss)，用于度量两张图像之间的差别。来源于CVPR2018的一篇论文《The Unreasonable Effectiveness of Deep Features as a Perceptual Metric》，该度量标准学习生成图像到Ground Truth的反向映射强制生成器学习从假图像中重构真实图像的反向映射，并优先处理它们之间的感知相似度。LPIPS 比传统方法（比如L2/PSNR, SSIM, FSIM）更符合人类的感知情况。LPIPS的值越低表示两张图像越相似，反之，则差异越大。

 

 

 

https://zhuanlan.zhihu.com/p/309892873