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數字圖像的檢索

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1. 摘要

隨著互聯網發展的日新月異，人們對于信息的需求不再是簡單的文字，大量的圖像、語音和視頻信息爆發式的出現，其包涵的信息遠遠超過文本。傳統的檢索方式已經不再滿足人類的需求，就圖像信息而言，數字圖像的檢索技術應運而生。本人所研究的數字圖像檢索技術主要是基于顏色和形狀的特征，在此基礎上提出了一種檢索算法，最終通過MATLAB平臺構建了一個數字圖像檢索系統。所研究主要內容如下：
首先對圖像的顏色和形狀特征的提取方法進行了探索和研究，并實現了基于HSV顏色矩和Hu不變矩兩種特征的提取。其次在檢索方法上以特征的距離作為檢索依據，進而尋找最佳檢索結果。為了提高檢索的效率，設計了一種先對圖像進行粗掃描后進行細掃描的辦法，大大提高了檢索效率。最后，使用MATLAB的GUI平臺搭建了所研究的數字圖像檢索系統，并得到了很好的測試效果。

關鍵詞：顏色矩，HSV，Hu不變矩，GUI

2.目 錄

第1章 緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國內外的研究現狀 2
1.3本文闡述的內容 3
第2章 圖像檢索的原理 4
2.1檢索系統的結構設計 4
2.2檢索系統各模塊分析 4
2.2.1描述模塊 4
2.2.2查詢模塊 4
2.2.3匹配模塊 5
第3章 圖像特征的提取 6
3.1顏色特征的提取 6
3.1.1顏色特征的描述 6
3.1.2顏色特征的提取 8
3.2形狀特征的提取 10
3.2.1形狀特征的描述 10
3.2.2形狀特征的提取 11
第4章 圖像檢索系統測試和分析結果 12
4.1 顏色特征的檢索仿真實現 13
4.1.1 圖像文件的檢索 13
4.1.2 圖像中物體的檢索 13
4.2形狀特征的檢索仿真實現 14
4.2.1 圖像文件的檢索 14
4.2.2 圖像中物體的檢索 15
4.3性能分析 16
第5章 小結 17
參考文獻 18

第1章 緒論
1.1研究背景及意義
計算機和視頻技術的結合促進了多媒體的應運而生，涵蓋語音、圖像和視頻技術的多媒體技術發展越來越受到人們的關注。而圖像作為一種獨特的信息載體，以其強大的可視化和直觀性備受人們的青睞。正是因為圖像越來越多的被選擇作為信息的載體，涌現了海量的圖像信息，如何在海量的數據信息中尋找到想要得到的目標圖像，已經成為當今的人們問題。只有高效、準確并有組織的檢索到圖像信息，才能真正方便快捷的利用這些信息。因此基于顏色、形狀、紋理、內容等多特征圖像檢索技術成為20世界90年代研究者們研究的熱點。
首先，圖像檢索是一門新興的技術，它與計算機視覺相關領域密不可分，又區別于傳統的基于本文的圖像檢索。對于傳統的檢索方式，檢索的準確性受到如下因素的影響：第一、傳統的圖像檢索是給圖像加上文本描述，然后通過對文本的檢索匹配來達到目的，如果文字的標準發生變化，就需要重新制定圖像的標識文本。第二、對于相似圖像的描述存在一定的難度，而且海量圖像的描述需要一定的工作量。第三、由于圖像的標示是由人完成的，所以對圖像的描述會存在很大的主觀因素，即使是相同的圖像，不同的人也會有不同的主觀感受。所以不僅檢索方法有失準確性，檢索的目標也存在很大的不確定性。而基于圖像特征的檢索方式就很好的避免了這些問題，通過計算機強大的計算能力將人類無法直接得到的特征（比如：顏色、形狀、紋理、頻譜等）進行量化，這樣就將帶有主觀性的描述、提出和識別轉化為客觀的計算數據。這樣就有效的避免了關鍵詞的不準確和人為的主觀因素影響。
其次，圖像檢索的“新”主要體現在它使用圖像特征的相似性匹配，與圖像處理庫、計算機視覺和模式識別等專門的圖像處理和分析有很大的區別，但是又與這些領域相結合作為基礎?；趫D像特征的研究方法需要深入的研究圖像特征的描述方法、特征的提出和匹配方法，還要處理相似性度量和檢索效率的算法問題。這些問題的研究都將促進圖像檢索的準確性和效率。
現代科學技術的突飛猛進，尤其伴隨著網絡技術、多媒體技術和通信技術的日新月異，已經給人們的生產生活方式帶來了巨大的變革，也極大地改變了人們對傳統信息的看法，尤其是廣闊的應用前景將推動我國互聯網技術和多媒體技術的發展。
圖像的形狀和顏色兩種特征是兩個非?；A的特征，包含著豐富的圖像信息，很多應用這兩種方式的檢索方式已經被驗證是十分有效的。本文主要對這兩種特征進行了深入的探索，并對兩種算法進行了MATLAB實現。
現今，大量的圖像存在于各種數據庫中，從幾十到幾萬甚至幾百萬張不等。圖像數據庫的研究主要支持以下三個領域：一、多媒體數據旅游景點。二、衛星遙感圖像。三、地理信息系統。多媒體技術結合因特網的日新月異，使圖像逐漸成為人們日常生活中必不可少的信息。大量的罪犯圖像信息，利用圖像處理能讓公安機關快速破案；通過大量衛星圖像的支持，天氣預報的準確度大大提高。總之，大量圖像信息的出現，所出現的圖像處理技術，讓圖像信息漸漸和人們的日常生活密不可分。如何組織、表達、存儲、查詢、管理和檢索這些海量的圖像數據，是當今數據庫所面臨的首要問題。因此，如何提高數字圖像處理的準確度，建立高效的圖像檢索系統已成為目前亟待解決的問題。
1.2國內外的研究現狀
目前，圖像檢索的研究與應用已經成為最人們的方向之一，應用最為廣泛也是最成熟的主要是基于圖像顏色特征、形狀特征和物體空間方位的檢索。
近年來，作為計算機視覺和模式識別交叉學科的圖像檢索備受研究者們的青睞。在國外，特別是一些發達國家如美國，圖像檢索更成為了一項研究熱點。越來越多的科研部門、高等院校、商業公司、甚至政府機構都投入了大量的人力、物力和財力進行檢索系統的研究和開發，以此想達到迅速占領該領域的目的。目前美國的IBM公司、Virage和Excalibur都已經開發出了基于多特征的圖像檢索系統，并且提供了演示的網站。
在國內，浙江大學基于圖像形狀特征的檢索系統Photo Engine和基于顏色特征的檢索系統Photo Navigate；中科院計算機研究所所提出的基于多特征的多媒體檢索系統；南京郵電大學所研發的基于顏色和紋理的圖像檢索系統……具有很強的代表性。這些索系統的查詢框架基本類似，只是采用了不同的算法來提取圖像的特征，當然其性能也各有差異。
顏色和形狀特征在成熟的檢索系統中是應用最為廣泛的兩種特征。對于顏色特征，顏色直方圖，顏色矩，顏色集等都可以用來表示圖像的特征，通過這些方法提取顏色特征往往都是對圖像中所有像素進行操作，因此在操作的過程中會出現很多冗余信息，為了消除冗余，一般現先尋找感興趣的點在進行操作。對于形狀特征，主要分為基于區域和基于輪廓的兩類，由于圖像的形狀特征不會隨著圖像的平移，顏色等的變化而變化，因此基于形狀的檢索系統更容易識別目標，也有著相對高的檢索準確性。本文所提出的基于形狀的檢索系統就是使用Hu不變矩，具有很好的旋轉和尺度不變性。
1.3本文闡述的內容
第一章：緒論。主要介紹了本文的研究背景與意義、國內外的研究狀況和本文的研究內容。
第二章：介紹了圖像檢索系統的框架和實現的原理。
第三章：介紹了顏色特征和形狀特征的描述、提取和匹配方法。并對各個圖像模型和算法的準確性和魯棒性進行了分析。
第四章：通過MATLAB的GUI平臺對所提出的檢索算法進行實現，并對兩種特征的優缺性進行分析，針對不同特征的檢索目標利用不同的檢索方式。
第五章：對全文的內容進行總結，并對數字圖像檢索的前景進行展望。

參考文獻

[1] 章毓晉.圖像處理[M].北京：清華大學出版社，2011
[2] 唐立軍.段立娟.高文.基于內容的圖像檢索系統[J].計算機應用研究，2001
[3] 徐建華.圖像處理與分析[M].北京：科學出版社，2002
[4] 阮秋琪.數字圖像的處理與MATLAB實現[M].北京：清華大學出版社，2012
[5] Rafael C.Gonzalez.Digital Image Processing Using Matlab[M].Mc Graw Hill.1999
[6] Pingke Deng.Multiple-image encryption using spectral cropping and spatial multiplexing.2015

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于颜色特征，形状特征和纹理特征的数字图像的检索（Digital Image Retrieval）MATLAB GUI实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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