dizertační práce

Kvalita obrazu v multimediálních systémech pro virtuální realitu

Text práce 32.25 MB Teze 32.25 MB

Autor práce: Ing. Marek Šimka, Ph.D.

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: doc. Ing. Ladislav Polák, Ph.D.

Oponenti: Ing. Lukáš Krasula, Ph.D., Assoc. Prof. Jesús Gutiérrez Sánchez

Abstrakt:

Nároky na uložiště a přenos všesměrových (360°) snímků jsou výrazně vyšší než v případě běžných 2D obrazů. Proto jsou nezbytné pokročilé algoritmy pro komprimaci obrazu a spolehlivé metody hodnocení kvality obrazu (IQA) pro jejich praktické nasazení. Tato disertační práce se zabývá problematikou hodnocení kvality všesměrových obrazů komprimovaných pomocí nových kodeků, což představuje reálný aplikační scénář, v němž je nutné snížit datový objem při současném zachování vysoké úrovně vnímané vizuální kvality. Nejprve je zkoumána použitelnost kompresních standardů (JPEG XL, HEIC, AVIF) pro 360° obrazy a jejich vyhodnocení s využitím běžných IQA metrik. Následně je představena databáze pro hodnocení kvality všesměrových obrazů (OMNIQAD), unikátní dataset zahrnující zkreslení vyvolané novými kodeky (první dataset obsahující JPEG XL a AVIF) a šumové degradace, která umožňuje reprodukovatelný výzkum. Rozsáhlý subjektivní experiment, doplněný o data z eye-trackingu, tuto databázi dále obohacuje a poskytuje počáteční poznatky o tom, jak uživatelé s různými vlastnosti (např. zkušenosti s VR, vady zraku) vnímají vizuální kvalitu obrazu. Zásadní část práce se zaměřuje na hlubokou analýzu výkonnosti konvenčních objektivních IQA metrik na komprimovaných 360° obrazech ve srovnání se subjektivními výsledky. S přispěním těchto poznatků je navržena nová metoda OIQA založená na fúzi více příznakových metrik, která vykazuje vysokou korelaci s lidským vnímáním. Navržený přístup je validován na databázích OMNIQAD a CVIQ, přičemž je provedeno i prvotní srovnání výkonnosti vůči modelům založeným na hlubokém učení. Celkově tato práce přináší originální poznatky v oblasti hodnocení kvality všesměrových obrazů komprimovaných moderními kodeky, představuje databázi OMNIQAD pro účely výzkumu i dalšího vývoje a navrhuje rozšířenou metodologii hodnocení založenou na fúzi metrik, ověřenou na vícero datasetech.

Klíčová slova:

Všesměrový obraz, 360° obraz, Virtuální realita, VR obsah, Obrazová databáze, Hodnocení kvality obrazu, Komprimace obrazu, Nové kompresní algoritmy, JPEG, JPEG XL, HEIC, AVIF

Termín obhajoby

16.12.2025

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaPznamka

Průběh obhajoby

Ph.D. student Ing. Marek Simka presented the core of his work, familiarized the committee with his motivation for addressing the area of evaluating the quality of multimedia systems for virtual reality, and with the results achieved. After reading the reviews, he responded to a number of questions and comments from the reviewers and answered questions from the committee members. In conclusion, the committee agreed that the student had demonstrated the ability to conduct independent scientific work at a high level and unanimously agreed that Marek Simka had met the conditions for the award of the academic title of Doctor.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Elektronika a komunikační technologie (DPC-EKT)

Složení komise

prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Řeřábek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Vítek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Kamil Říha, Ph.D. (člen)
Assoc. Prof. Jesús Gutiérrey (člen)
Ing. Lukáš Krasula, Ph.D. (člen)

Ph.D. student Ing. Marek Šimka, in his dissertation titled “Image Quality in Multimedia Systems for Virtual Reality”, deals with the evaluation of visual quality of omnidirectional images compressed by emerging codecs. The thesis is structured into four main parts.

The first part examines the applicability of advanced image codecs, such as JPEG XL, HEIC, and AVIF, for compressing omnidirectional images, with performance assessed using conventional objective quality metrics. The second part introduces a new database, named OMNIQAD, which contains omnidirectional images compressed using codecs JPEG, JPEG XL, AVIF and HEIC. The database also includes eye-tracking data collected through a large-scale subjective quality assessment conducted in cooperation with university CTU. The third part forms the core of the dissertation and presents extensive cross-laboratory evaluations of image quality metrics applied to compressed omnidirectional images. These evaluations employ advanced statistical methodologies to ensure robustness and reliability of the provided study. In the fourth part, a new full-reference objective metric, named QFCOI, is proposed for assessing the visual quality of omnidirectional images compressed with advanced image compression algorithms. The objective metric was thoroughly validated using rigorous statistical procedures and benchmarked against several machine learning-based approaches. All relevant outputs of the thesis, including the OMNIQAD database and the source code of the proposed objective metric, have been made publicly available to the research community. The most significant scientific contributions are contained in the third and fourth parts of the thesis. The dissertation was written in English and was completed and submitted to the faculty’s scientific department at the end of the fourth year of full-time doctoral study.

Throughout his doctoral studies, Marek Šimka worked conscientiously and demonstrated a strong interest in his chosen research area. The main results of his dissertation were presented at four international conferences and published in two scientific journals. In addition, he is the author or co-author of seven further scientific publications in the field of mobile and wireless communications. According to the Web of Science database, his articles have received 34 citations (excluding self-citations). According to SCOPUS and Google Scholar databases, this number is 62 and 80, respectively. These results clearly confirm his ability to conduct independent scientific work and to contribute new knowledge to his field.

Ing. Marek Šimka also played an important role in several grant projects carried out by his supervisor and the Department of Radio Electronics. Moreover, he participated in teaching activities, particularly laboratory exercises in the course Television Technology and Multimedia, and he supervised two bachelor theses.

In my opinion, Ing. Marek Šimka has demonstrated all the necessary qualifications for independent scientific work, and he fully meets the requirements expected of a graduate doctoral program. I therefore highly recommend the submitted dissertation for defense.
viz pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 286,51 kB

viz pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 1,19 MB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová