Structural Similarity Index

时间: 2024-03-08 20:44:18 浏览: 130
结构相似性指数(Structural Similarity Index,简称SSIM)是一种用于衡量两幅图像之间相似度的指标。它不仅考虑了图像的亮度、对比度和结构信息,还考虑了人眼感知的特性。 SSIM的计算基于以下三个方面: 1. 亮度相似度(Luminance Similarity):衡量图像的亮度信息是否相似。 2. 对比度相似度(Contrast Similarity):衡量图像的对比度信息是否相似。 3. 结构相似度(Structure Similarity):衡量图像的结构信息是否相似。 SSIM的取值范围在0到1之间,值越接近1表示两幅图像越相似,值越接近0表示两幅图像越不相似。
相关问题

采用 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio)和 SSIM(Structural Similarity Index)两个指标进行评价一个算法,这个算法的功能是将黑白人像照片进行彩色化,给出完整代码

这里是一个简单的彩色化算法,使用PyTorch实现,并且使用PSNR和SSIM两个指标进行评价: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim from torchvision import transforms, datasets from torch.utils.data import DataLoader from PIL import Image from skimage.measure import compare_psnr, compare_ssim # 定义彩色化模型 class ColorizationModel(nn.Module): def __init__(self): super(ColorizationModel, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(1, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv2 = nn.Conv2d(64, 64, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.conv3 = nn.Conv2d(64, 128, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv4 = nn.Conv2d(128, 128, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.conv5 = nn.Conv2d(128, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv6 = nn.Conv2d(256, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv7 = nn.Conv2d(256, 256, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.conv8 = nn.Conv2d(256, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv9 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv10 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.conv11 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv12 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv13 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv14 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv15 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.conv16 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv17 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv18 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv19 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv20 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv21 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.conv22 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv23 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv24 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv25 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv26 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv27 = nn.ConvTranspose2d(512, 256, kernel_size=4, stride=2, padding=1) self.conv28 = nn.Conv2d(256, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv29 = nn.Conv2d(256, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv30 = nn.ConvTranspose2d(256, 128, kernel_size=4, stride=2, padding=1) self.conv31 = nn.Conv2d(128, 128, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv32 = nn.ConvTranspose2d(128, 64, kernel_size=4, stride=2, padding=1) self.conv33 = nn.Conv2d(64, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.conv34 = nn.Conv2d(64, 2, kernel_size=3, stride=1, padding=1) def forward(self, x): x = nn.functional.relu(self.conv1(x)) x = nn.functional.relu(self.conv2(x)) x = nn.functional.relu(self.conv3(x)) x = nn.functional.relu(self.conv4(x)) x = nn.functional.relu(self.conv5(x)) x = nn.functional.relu(self.conv6(x)) x = nn.functional.relu(self.conv7(x)) x = nn.functional.relu(self.conv8(x)) x = nn.functional.relu(self.conv9(x)) x = nn.functional.relu(self.conv10(x)) x = nn.functional.relu(self.conv11(x)) x = nn.functional.relu(self.conv12(x)) x = nn.functional.relu(self.conv13(x)) x = nn.functional.relu(self.conv14(x)) x = nn.functional.relu(self.conv15(x)) x = nn.functional.relu(self.conv16(x)) x = nn.functional.relu(self.conv17(x)) x = nn.functional.relu(self.conv18(x)) x = nn.functional.relu(self.conv19(x)) x = nn.functional.relu(self.conv20(x)) x = nn.functional.relu(self.conv21(x)) x = nn.functional.relu(self.conv22(x)) x = nn.functional.relu(self.conv23(x)) x = nn.functional.relu(self.conv24(x)) x = nn.functional.relu(self.conv25(x)) x = nn.functional.relu(self.conv26(x)) x = nn.functional.relu(self.conv27(x)) x = nn.functional.relu(self.conv28(x)) x = nn.functional.relu(self.conv29(x)) x = nn.functional.relu(self.conv30(x)) x = nn.functional.relu(self.conv31(x)) x = nn.functional.relu(self.conv32(x)) x = nn.functional.tanh(self.conv33(x)) x = nn.functional.sigmoid(self.conv34(x)) return x # 定义训练函数 def train(model, train_loader, criterion, optimizer): model.train() for inputs, targets in train_loader: optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) loss.backward() optimizer.step() # 定义测试函数 def test(model, test_loader): model.eval() psnr_total = 0 ssim_total = 0 for inputs, targets in test_loader: outputs = model(inputs) psnr_total += compare_psnr(targets[0].numpy().transpose(1, 2, 0), outputs[0].detach().numpy().transpose(1, 2, 0), data_range=1) ssim_total += compare_ssim(targets[0].numpy().transpose(1, 2, 0), outputs[0].detach().numpy().transpose(1, 2, 0), multichannel=True) psnr_avg = psnr_total / len(test_loader) ssim_avg = ssim_total / len(test_loader) return psnr_avg, ssim_avg # 定义数据集加载函数 def load_data(data_dir, batch_size): train_transforms = transforms.Compose([ transforms.Resize(256), transforms.RandomCrop(224), transforms.RandomHorizontalFlip(), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5,), (0.5,)) ]) test_transforms = transforms.Compose([ transforms.Resize(256), transforms.CenterCrop(224), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5,), (0.5,)) ]) train_dataset = datasets.ImageFolder(root=data_dir + '/train', transform=train_transforms) train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True) test_dataset = datasets.ImageFolder(root=data_dir + '/test', transform=test_transforms) test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=1, shuffle=False) return train_loader, test_loader # 设置超参数 data_dir = './data' batch_size = 64 lr = 0.001 num_epochs = 10 # 加载数据 train_loader, test_loader = load_data(data_dir, batch_size) # 初始化模型、损失函数和优化器 model = ColorizationModel() criterion = nn.MSELoss() optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=lr) # 训练模型 for epoch in range(num_epochs): train(model, train_loader, criterion, optimizer) psnr, ssim = test(model, test_loader) print('Epoch [{}/{}], PSNR: {:.4f}, SSIM: {:.4f}'.format(epoch+1, num_epochs, psnr, ssim)) # 保存模型 torch.save(model.state_dict(), 'colorization_model.pth') ``` 注:此代码仅为示例,实际应用中还可以进行更多的优化和改进。

采用 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio)和 SSIM(Structural Similarity Index)两个指标对一个算法进行评价,这个算法的功能是将黑白人像照片进行彩色化,给出完整的评价代码

以下是使用 Python 语言实现的 PSNR 和 SSIM 评价代码: ```python import cv2 import numpy as np def psnr(img1, img2): mse = np.mean((img1 - img2) ** 2) if mse == 0: return float('inf') max_pixel = 255.0 psnr = 20 * np.log10(max_pixel / np.sqrt(mse)) return psnr def ssim(img1, img2): C1 = (0.01 * 255) ** 2 C2 = (0.03 * 255) ** 2 img1 = img1.astype(np.float64) img2 = img2.astype(np.float64) kernel = cv2.getGaussianKernel(11, 1.5) window = np.outer(kernel, kernel.transpose()) mu1 = cv2.filter2D(img1, -1, window)[5:-5, 5:-5] mu2 = cv2.filter2D(img2, -1, window)[5:-5, 5:-5] mu1_sq = mu1 ** 2 mu2_sq = mu2 ** 2 mu1_mu2 = mu1 * mu2 sigma1_sq = cv2.filter2D(img1 ** 2, -1, window)[5:-5, 5:-5] - mu1_sq sigma2_sq = cv2.filter2D(img2 ** 2, -1, window)[5:-5, 5:-5] - mu2_sq sigma12 = cv2.filter2D(img1 * img2, -1, window)[5:-5, 5:-5] - mu1_mu2 ssim_map = ((2 * mu1_mu2 + C1) * (2 * sigma12 + C2)) / ((mu1_sq + mu2_sq + C1) * (sigma1_sq + sigma2_sq + C2)) return np.mean(ssim_map) # 读取原始黑白照片和彩色化后的照片 img1 = cv2.imread('grayscale_photo.jpg') img2 = cv2.imread('colorized_photo.jpg') # 将图像转换为 YUV 格式 img1_yuv = cv2.cvtColor(img1, cv2.COLOR_BGR2YUV) img2_yuv = cv2.cvtColor(img2, cv2.COLOR_BGR2YUV) # 取出 Y 通道 img1_y = img1_yuv[:,:,0] img2_y = img2_yuv[:,:,0] # 计算 PSNR 和 SSIM print("PSNR:", psnr(img1_y, img2_y)) print("SSIM:", ssim(img1_y, img2_y)) ``` 其中,`grayscale_photo.jpg` 是原始的黑白人像照片,`colorized_photo.jpg` 是使用算法彩色化后的照片。可以将两张照片放在同一目录下,并将代码保存为 `.py` 文件,然后在命令行中运行该文件即可输出 PSNR 和 SSIM 的值。
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from PIL import Image import numpy as np import io # 读取原始图像和压缩后图像 original_img = Image.open('test.jpg') compressed_img = Image.open('test_compressed.jpg') # 将图像转换为 NumPy 数组 original_img_arr = np.array(original_img) compressed_img_arr = np.array(compressed_img) # 计算原始图像大小 original_size = original_img_arr.nbytes # 计算压缩后图像大小 compressed_size = compressed_img_arr.nbytes # 计算压缩率 compression_ratio = compressed_size / original_size # 计算峰值信噪比(PSNR) mse = np.mean((original_img_arr - compressed_img_arr) ** 2) psnr = 10 * np.log10(255**2 / mse) # 计算结构相似性指数(SSIM) from skimage.metrics import structural_similarity as ssim ssim_score = ssim(original_img_arr, compressed_img_arr, multichannel=True) # 计算峰值信噪比改进比(PSNR-HVS) from skimage.metrics import peak_signal_noise_ratio as psnr_hvs psnr_hvs_score = psnr_hvs(original_img_arr, compressed_img_arr, data_range=original_img_arr.max()) # 计算多样性信噪比(MS-SSIM) from skimage.metrics import multi_scale_ssim as ms_ssim ms_ssim_score = ms_ssim(original_img_arr, compressed_img_arr, data_range=original_img_arr.max(), win_size=11) # 计算复杂度压缩比(CPC) cpc = psnr / compression_ratio # 输出七种压缩率 print(f"Compression ratio: {compression_ratio:.4f}") print(f"Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR): {psnr:.2f}") print(f"Structural Similarity Index (SSIM): {ssim_score:.4f}") print(f"Peak Signal-to-Noise Ratio - HVS (PSNR-HVS): {psnr_hvs_score:.2f}") print(f"Multi-Scale Structural Similarity (MS-SSIM): {ms_ssim_score:.4f}") print(f"Complexity-Compression Ratio (CPC): {cpc:.2f}") print(f"Original size: {original_size:,}") print(f"Compressed size: {compressed_size:,}")ValueError: operands could not be broadcast together with shapes (417,556,3) (418,558,3)

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