Perceptual Error Logarithm (PEL): um eficiente e eficaz método analítico para avaliação da qualidade de imagem com referência completa

dc.contributor.advisor1Carvalho, José Reginaldo Hughes
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3161958119304780eng
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-3828-7233eng
dc.contributor.referee1Cavalcanti, João Marcos Bastos
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3537707069694606eng
dc.contributor.referee1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1424-2230eng
dc.contributor.referee2Pio, José Luiz de Souza
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1014904168887285eng
dc.contributor.referee2orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5864-8983eng
dc.contributor.referee3Fonseca, Keiko Verônica Ono
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/8827013568855482eng
dc.contributor.referee3orcidhttps://orcid.org/0000-0003-4685-299Xeng
dc.contributor.referee4Pohl, Alexandre de Almeida Prado
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/9118815178885363eng
dc.contributor.referee4orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1300-4679eng
dc.creatorBezerra, Sergio Augusto Coelho
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2717823426841852eng
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0000-0003-0887-6544eng
dc.date.available2999-12-31
dc.date.issued2026-04-17
dc.description.abstractThe growing popularity of multimedia applications has fostered investments in technologies and services to ensure the processing, transmission, and storage of large volumes of data, notably high-quality images and videos. This guarantee required by such multimedia applications is commonly supported by techniques such as super-resolution (SR), compression, restoration, recovery, and object detection in images and videos. Although these techniques have received considerable attention from the academic and industrial communities recently, their processes often introduce artifacts that significantly degrade the quality of images and videos. To mitigate such degradations, researchers have been using perceptual methods for image quality assessment (IQA). However, it is important to emphasize that one of the great challenges currently existing is the development of perceptual methods that are simultaneously efficient and effective. In this sense, this thesis proposes an efficient and effective perceptual analytical method for evaluating the quality of full-reference images (FR-IQA), called the Perceptual Error Logarithm (PEL). Initially, the PEL method creates luminance and chrominance maps, which are generated after the reduction and spatial conversion of colors applied to the input images. The PEL method, through the use of chrominance and luminance maps, generates simple absolute difference maps, as well as special feature maps. The special maps are derived from perceptual feature extractions applied to gradient magnitude maps. These maps are generated immediately after the application of local standard deviation filtering to the luminance maps. Finally, to calculate the PEL score, a logarithmic function is applied to the perceptual error map, which combines the simple and special maps, in addition to adjusting this combination based on the weight of the superpixel similarity and local energy maps. Experimental results and discussions in eight image databases prove that the effectiveness of the proposed method, according to the application of statistical evaluation metrics such as Spearman Rank-Order Correlation Coefficient (SROCC), Kendall Rank-Order Correlation Coefficient (KROCC), Pearson Linear Correlation Coefficient (PLCC), and Root Mean Square Error (RMSE), is much more consistent with subjective evaluations than all nineteen IQA methods in the literature compared. Furthermore, the proposed method turns out to be efficient due to its low computational cost required to perform the average processing on all images. Thereby, PEL can be used as a method for FR-IQA or even as a loss function to support various analytical techniques used in multimedia applications or machine learning-based models, such as Convolutional Neural Networks (CNNs) and Generative Adversarial Networks (GANs), focused on image and video.eng
dc.description.resumoA crescente popularidade de aplicações multimídia tem fomentado investimentos em tecnologias e serviços para garantir o processamento, a transmissão e o armazenamento de grandes volumes de dados, notadamente imagens e vídeos de alta qualidade. Essa garantia exigida por tais aplicações multimídia é comumente subsidiada por técnicas, tais como super-resolução (super-resolution, SR), compressão, restauração, recuperação e detecção de objetos em imagem e vídeo. Embora tais técnicas tenham recebido atenção considerável das comunidades acadêmica e industrial nos últimos anos, seus processos frequentemente introduzem artefatos que degradam significativamente a qualidade de imagens e vídeos. Para mitigar tais degradações, os pesquisadores vêm utilizando métodos perceptuais para avaliação da qualidade de imagem (image quality assessment, IQA). Contudo, é importante ressaltar que um dos grandes desafios existentes na atualidade é o desenvolvimento de métodos perceptuais que sejam simultaneamente eficientes e eficazes. Neste sentido, esta tese propõe um método analítico perceptual eficiente e eficaz para avaliação da qualidade de imagens com referência completa (full-reference image quality assessment, FR-IQA), denominado Logaritmo do Erro Perceptual (Perceptual Error Logarithm, PEL). O método PEL cria mapas de luminância e crominância, que são gerados após a redução e a conversão espacial de cores aplicadas às imagens de entrada. Por meio do uso de mapas de crominância e luminância, são gerados mapas simples de diferença absoluta, bem como mapas de características especiais. Os mapas especiais são derivados de extrações de características perceptuais aplicadas a mapas de magnitude de gradiente. Esses mapas são gerados imediatamente após a aplicação da filtragem por desvio padrão local aos mapas de luminância. Por fim, para calcular a pontuação de PEL, uma função logarítmica é aplicada ao mapa de erro perceptual, que combina os mapas simples e especiais, além de ajustar essa combinação com base no peso dos mapas de similaridade de superpíxeis e de energia local. Resultados experimentais e discussões em oito bases de dados de imagens comprovam que a eficácia do método proposto, conforme a aplicação de métricas de avaliação estatísticas como Spearman Rank-Order Correlation Coefficient (SROCC), Kendall Rank-Order Correlation Coefficient (KROCC), Pearson Linear Correlation Coefficient (PLCC) e Root Mean Square Error (RMSE), é muito mais consistente com avaliações subjetivas do que todos os dezenove métodos de IQA da literatura comparados. Além disso, o método proposto mostra-se eficiente em razão do seu baixo custo computacional necessário para realizar o processamento médio sobre todas as imagens. Sendo assim, PEL pode ser utilizado como método para FR-IQA, ou mesmo como função de perda (loss function), a fim de subsidiar diversas técnicas analíticas utilizadas em aplicações multimídia ou modelos baseados em aprendizado, como redes neurais convolucionais (Convolutional Neural Networks, CNNs) e redes adversariais generativas (Generative Adversarial Networks, GANs), voltados à imagem e vídeo.eng
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superioreng
dc.description.sugestaoAumentar a altura do espaço para a assinatura digital do Termo de Autorização e Declaração, pois a figura da assinatura digital, ou esconde a parte de cima, ou a parte de baixo, que identifica quem está assinando. No mais, acho que foi tranquilo.eng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationBEZERRA, Sergio Augusto Coelho. Perceptual Error Logarithm (PEL): um eficiente e eficaz método analítico para avaliação da qualidade de imagem com referência completa. 2026. 131 f. Tese (Doutorado em Informática) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2026.eng
dc.identifier.urihttps://tede.ufam.edu.br/handle/tede/11910
dc.languageporeng
dc.publisherUniversidade Federal do Amazonaseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentInstituto de Computaçãoeng
dc.publisher.initialsUFAMeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Informáticaeng
dc.rightsAcesso Embargado
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectMétodo analítico com referência completapor
dc.subjectAvaliação da qualidade de imagempor
dc.subjectSimilaridade de superpíxeispor
dc.subjectSistema visual humanopor
dc.subjectMagnitude do gradientepor
dc.subjectModelo baseado em aprendizadopor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA: CIENCIA DA COMPUTACAO: METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO: PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)eng
dc.subject.otherProcessamento de imagens - Avaliaçãopor
dc.subject.otherAprendizado do computadorpor
dc.thumbnail.urlhttps://tede.ufam.edu.br/retrieve/97245/TESE_Parcial_SergioBezerra_PPGI.pdf.jpg*
dc.thumbnail.urlhttps://tede.ufam.edu.br/retrieve/97247/ITEM%20INDISPON%c3%8dVEL%20-%20Solicite%20c%c3%b3pia.pdf.jpg*
dc.titlePerceptual Error Logarithm (PEL): um eficiente e eficaz método analítico para avaliação da qualidade de imagem com referência completaeng
dc.title.alternativePerceptual Error Logarithm (PEL): an efficient and effective analytical method for full-reference image quality assessmenteng
dc.typeTeseeng

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