基于内容的图像检索研究
摘要
大量多媒体化信息的产生使得基于内容的检索技术成为研究的热点。基于内容的图像检索(Content Based Image Retrieval，简称CBIR)，是指直接根据描述图像内容的各种特征进行检索，目前主要集中于底层特征的相似度匹配的研究，包括颜色、纹理、形状等。
颜色是图像内容组成的基本要素，是人识别图像的主要感知特性之一。基于颜色直方图的检索方法是使用最为普遍的方法，该过程主要涉及图像颜色空间的选择、颜色空间的量化、颜色直方图定义以及直方图空间中距离的定义等。本文提出了一种基于分块策略的检索方法，取得了较好的效果。
纹理是图像中一个重要而又难于描述的特征，通常采用统计方法、结构方法以及频谱方法进行分析。灰度共生矩阵法是一种有效的统计方法，本文实现了从灰度共生矩阵抽取统计特征来进行基于纹理的检索。
基于图像内物体形状的检索是基于内容检索当中最具挑战性的问题之一，因为寻找符合人眼感知特性的形状特征并不是一件简单的工作。对于形状的描述通常从边界和区域两方面进行，其中傅立叶描述符和不变矩是两种成功的表达方法。本文通过试验验证了七个不变矩对平移、旋转、缩放等的不变性。
最后介绍了典型的基于内容的图像检索系统的结构，通过综述指出了目前研究中存在的主要问题并指出了今后的研究方向。
The Creation of large multimedia information makes the content-based retrieval technology become a research focus. Content Based Image Retrieval (CBIR) means retrieving images based on the image content description features directly. The present research on CBIR focuses on the similarity-matching of lower-features, such as color, texture and shape.
Color is basal element of image content and is one of the main sensing features for recognizing images. Color histogram is used widely for retrieving images, and the processing mostly concerns the choice and quantization of color space, the definition of color histogram and the distance of two points in color histogram space. This paper presents a method based on dividing-parts strategy and getting better retrieval results.
Texture is an important image feature that is hard to describe. The analysis methods mostly include statistic method, structure method and frequency method. Gray scale co-existing matrix is an effective method for describing texture. This paper gives the procedure for retrieving images based on the characters extracted form it.
Retrieval based on the object shape in an image is one of the most challenging problems in CBIR, because looking for the shape characters according with the human vision perception is not a simple work. Boundary and region are two aspects for describing shape. Most successful expression methods are Fruior Descriptors and Invariant Moments. The experiments show that seven Hu-Moments are invariant to displacement, rotation and scaling.
Finally, we introduce the typical system framework of CBIR. Based on the survey, some open issues, which need to be researched further, are presented, and the future research trends are also given.
颜色是图像内容组成的基本要素，是人识别图像的主要感知特性之一。基于颜色直方图的检索方法是使用最为普遍的方法，该过程主要涉及图像颜色空间的选择、颜色空间的量化、颜色直方图定义以及直方图空间中距离的定义等。本文提出了一种基于分块策略的检索方法，取得了较好的效果。
纹理是图像中一个重要而又难于描述的特征，通常采用统计方法、结构方法以及频谱方法进行分析。灰度共生矩阵法是一种有效的统计方法，本文实现了从灰度共生矩阵抽取统计特征来进行基于纹理的检索。
基于图像内物体形状的检索是基于内容检索当中最具挑战性的问题之一，因为寻找符合人眼感知特性的形状特征并不是一件简单的工作。对于形状的描述通常从边界和区域两方面进行，其中傅立叶描述符和不变矩是两种成功的表达方法。本文通过试验验证了七个不变矩对平移、旋转、缩放等的不变性。
最后介绍了典型的基于内容的图像检索系统的结构，通过综述指出了目前研究中存在的主要问题并指出了今后的研究方向。
The Creation of large multimedia information makes the content-based retrieval technology become a research focus. Content Based Image Retrieval (CBIR) means retrieving images based on the image content description features directly. The present research on CBIR focuses on the similarity-matching of lower-features, such as color, texture and shape.
Color is basal element of image content and is one of the main sensing features for recognizing images. Color histogram is used widely for retrieving images, and the processing mostly concerns the choice and quantization of color space, the definition of color histogram and the distance of two points in color histogram space. This paper presents a method based on dividing-parts strategy and getting better retrieval results.
Texture is an important image feature that is hard to describe. The analysis methods mostly include statistic method, structure method and frequency method. Gray scale co-existing matrix is an effective method for describing texture. This paper gives the procedure for retrieving images based on the characters extracted form it.
Retrieval based on the object shape in an image is one of the most challenging problems in CBIR, because looking for the shape characters according with the human vision perception is not a simple work. Boundary and region are two aspects for describing shape. Most successful expression methods are Fruior Descriptors and Invariant Moments. The experiments show that seven Hu-Moments are invariant to displacement, rotation and scaling.
Finally, we introduce the typical system framework of CBIR. Based on the survey, some open issues, which need to be researched further, are presented, and the future research trends are also given.
引文
1. H.Wang, F.Guo, A Signature for Content-based Image Retrieval Using a Geometrical Transform: 229-233
2. Stricker M, Similarity of color images, SPIE 1995 2420:381-392
3. Mandal M K, Image indexing using translation and scale-invariant moments and wavelets, SPIE 1997,3022:380-389
4. Swain M, Ballard D, Color Indexing, International Journal of Computer Vision, 1991,7(1):651-658
5. Smith J R. Chang S F. Single Color Processing and Image Query, Proc IEEE Int Conf On Image Proc, 1995:80-88
6. Furth B, et al. Video and Image Processing in Multimedia Systems, Boston: Kluwer Academic Publishers, 1995:226-270
7. Rui Y, She AC, Huang T S, Modified Fourier Descriptors for Shape Representation-A Practical Approach, In: Proc of First International Workshop on Image Databases and Multimedia Search, 1996:456-461
8. Hu M K, Visual Pattern Recognition by Moment Invariants, Computer Methods in Image Analysis, IRE Trans on Information Theory, 1962,8:459
9．庄越挺 潘云鹤，基于内容的图像检索综述，模式识别与人工智能，1999，Vol．12．No．2：170-177
10．袁昕、朱淼良，基于主色匹配的图像检索系统，计算机辅助设计与图形学学报，2000，Vol．12,No．12：917-921
11．徐旭、朱淼良等，一种用于CBIR系统的主色提取及表示方法，计算机辅助设计与图形学学报，1999，Vol．11，No．5：385-388
12．何清法、李国杰，综合分块主色和相关反馈技术的图像检索方法，计算机辅助设计与图形学学报，2001，Vol．13,No．10：912-917
13．石跃祥，基于内容的链码检索方法，计算机应用研究，2001年第10期：49-50
14．周丽华、周纪勤等，基于图像信息熵的商标图像检索，计算机应用，2000，Vol．20,No．2：21-23
15．李向阳、鲁东明、潘云鹤，基于色彩的图像数据库检索方法的研究，计算机研究与发展，1999，Vol．36,No．3：359-363
16．王上飞、陈恩红等，基于内容的交互式感性图像检索，中国图象图形学报，2001，Vol．6(A)，No．10：969-973
17．刘忠伟、章毓晋，综合利用颜色和纹理特征的图像检索，通信学报，1999，
Vol．20,No．5：36-40
18．宴弼成，多媒体图像数据的查询与检索，计算机工程，2001，Vol．27,No．5：136-138
19．李国辉、柳伟、曹莉华，一种基于颜色特征的图像检索方法，中国图象图形学报，1999，Vol．4(A)，No．3：248-251
20．王绍枥，张莉等，基于内容特征的图像和视频检索系统，计算机工程与应用，2001．7：113-117
21．韩炜，吴炜，一个基于颜色分布特征的实用图像检索系统，计算机工程与应用，2000．7：51-53
22．唐立军、段立娟、高文，基于内容的图像检索系统，计算机应用研究，2001．11，41-45
23．柏正尧，周纪勤，基于复数矩不变性的图像检索方法研究，计算机应用，2000，Vol．20,No．10：42-44
24．刘继敏、史忠植，一种基于形状的图像信息检索方法，软件学报，2001，11(1)：110-115
25．樊凌涛，陈健，图像和视频的检索技术，计算机工程与应用，2001．9：71-76
26．姚玉荣、章毓晋，利用小波和矩进行基于形状的图像检索，中国图象图形学报，2000，Vol．5(A)，No．1：206-210
27．戴青云、余英林，基于纹理特征与BP神经网络的一类图像检索，计算机科学，2000，Vol．27,No．6：55-57
28．谢毓湘、吴玲达、栾悉道，基于内容的图像检索技术研究，计算机工程与应用，2002．01：35-38
29．何恒、余英林，一种用于图像检索的综合模糊直方图方法，中国图象图形学报，2001，Vol．6(A)，No．7：694-698
30．曹奎、冯玉才、曹忠升，基于颜色和形状特征的彩色图像表示与检索技术，计算机辅助设计与图形学学报，2001，Vol．13,No．10：906-911
31．樊昀、王润生，面向内容检索的彩色图像分割，计算机研究与发展，2002，Vol．39,No．3：376-381
32．陈跃峰、肖自美、杨灿，基于内容检索的图像系统的关键技术及其实现，计算机工程与应用，2000．10，：17-21
33．王文惠、王展等，基于内容的彩色图像颜色特征的抽取方法，计算机辅助设计与图形学学报，2001，Vol．13,No．6：566-569
34．卢汉清、孔维新等，基于内容的视频信号与图像库检索中的图像技术，自动化学报，2001，Vol．27,No．1：56-69
35．谢毓湘、吴玲达、栾悉道，多媒体数据库索引技术的研究与实现，计算机工程与应用，2002．2：4-7
36．韩水华、卢正鼎、陈传波，图像内容的复合距离测度模型，计算机研究与发展，2001，Vol．38,No．7：851-855
37．王文惠、周良柱、万建伟，基于内容的图像检索技术的研究和发展，计算机工程与应用，2001．5：54-56
38．李向阳、庄越挺、潘云鹤，基于内容的图像检索技术与系统，计算机研究与发展，2001，Vol．38，No．3：344-354
39．刘芳、王涛、周登文，基于颜色-空间二维直方图的图像检索，计算机工程与应用，2002．12：85-88
40．李岚、冯刚，MPEG-7与基于内容的图像检索，计算机工程与应用，2002．17：98-100
41．卢官明，基于内容的多媒体信息检索与MPEG-7标准，计算机应用，2000，Vol．20,NO.5：11—13
42．王宇生、陈纯，一种新的基于色彩的图像检索方法，计算机研究与发展，2002，V01．39,No．1：105-109
43．陈剑赟、老松扬、吴玲达，基于内容的图像检索的发展最新趋势，计算机工程与应用，2002．10：47-49
44．孙兴华，博士学位论文，基于内容的图像检索研究，2001
45．王耀南、李树涛等编著，计算机图像处理与识别技术，高等教育出版社，2001
46．章毓晋编著，图像处理和分析(上下册)，清华大学出版社，1999
47．夏德深、傅德胜编著，现代图像处理技术与应用，东南大学出版社，1997
48．夏良正主编，数字图像处理，东南大学出版社，1999
2. Stricker M, Similarity of color images, SPIE 1995 2420:381-392
3. Mandal M K, Image indexing using translation and scale-invariant moments and wavelets, SPIE 1997,3022:380-389
4. Swain M, Ballard D, Color Indexing, International Journal of Computer Vision, 1991,7(1):651-658
5. Smith J R. Chang S F. Single Color Processing and Image Query, Proc IEEE Int Conf On Image Proc, 1995:80-88
6. Furth B, et al. Video and Image Processing in Multimedia Systems, Boston: Kluwer Academic Publishers, 1995:226-270
7. Rui Y, She AC, Huang T S, Modified Fourier Descriptors for Shape Representation-A Practical Approach, In: Proc of First International Workshop on Image Databases and Multimedia Search, 1996:456-461
8. Hu M K, Visual Pattern Recognition by Moment Invariants, Computer Methods in Image Analysis, IRE Trans on Information Theory, 1962,8:459
9．庄越挺 潘云鹤，基于内容的图像检索综述，模式识别与人工智能，1999，Vol．12．No．2：170-177
10．袁昕、朱淼良，基于主色匹配的图像检索系统，计算机辅助设计与图形学学报，2000，Vol．12,No．12：917-921
11．徐旭、朱淼良等，一种用于CBIR系统的主色提取及表示方法，计算机辅助设计与图形学学报，1999，Vol．11，No．5：385-388
12．何清法、李国杰，综合分块主色和相关反馈技术的图像检索方法，计算机辅助设计与图形学学报，2001，Vol．13,No．10：912-917
13．石跃祥，基于内容的链码检索方法，计算机应用研究，2001年第10期：49-50
14．周丽华、周纪勤等，基于图像信息熵的商标图像检索，计算机应用，2000，Vol．20,No．2：21-23
15．李向阳、鲁东明、潘云鹤，基于色彩的图像数据库检索方法的研究，计算机研究与发展，1999，Vol．36,No．3：359-363
16．王上飞、陈恩红等，基于内容的交互式感性图像检索，中国图象图形学报，2001，Vol．6(A)，No．10：969-973
17．刘忠伟、章毓晋，综合利用颜色和纹理特征的图像检索，通信学报，1999，
Vol．20,No．5：36-40
18．宴弼成，多媒体图像数据的查询与检索，计算机工程，2001，Vol．27,No．5：136-138
19．李国辉、柳伟、曹莉华，一种基于颜色特征的图像检索方法，中国图象图形学报，1999，Vol．4(A)，No．3：248-251
20．王绍枥，张莉等，基于内容特征的图像和视频检索系统，计算机工程与应用，2001．7：113-117
21．韩炜，吴炜，一个基于颜色分布特征的实用图像检索系统，计算机工程与应用，2000．7：51-53
22．唐立军、段立娟、高文，基于内容的图像检索系统，计算机应用研究，2001．11，41-45
23．柏正尧，周纪勤，基于复数矩不变性的图像检索方法研究，计算机应用，2000，Vol．20,No．10：42-44
24．刘继敏、史忠植，一种基于形状的图像信息检索方法，软件学报，2001，11(1)：110-115
25．樊凌涛，陈健，图像和视频的检索技术，计算机工程与应用，2001．9：71-76
26．姚玉荣、章毓晋，利用小波和矩进行基于形状的图像检索，中国图象图形学报，2000，Vol．5(A)，No．1：206-210
27．戴青云、余英林，基于纹理特征与BP神经网络的一类图像检索，计算机科学，2000，Vol．27,No．6：55-57
28．谢毓湘、吴玲达、栾悉道，基于内容的图像检索技术研究，计算机工程与应用，2002．01：35-38
29．何恒、余英林，一种用于图像检索的综合模糊直方图方法，中国图象图形学报，2001，Vol．6(A)，No．7：694-698
30．曹奎、冯玉才、曹忠升，基于颜色和形状特征的彩色图像表示与检索技术，计算机辅助设计与图形学学报，2001，Vol．13,No．10：906-911
31．樊昀、王润生，面向内容检索的彩色图像分割，计算机研究与发展，2002，Vol．39,No．3：376-381
32．陈跃峰、肖自美、杨灿，基于内容检索的图像系统的关键技术及其实现，计算机工程与应用，2000．10，：17-21
33．王文惠、王展等，基于内容的彩色图像颜色特征的抽取方法，计算机辅助设计与图形学学报，2001，Vol．13,No．6：566-569
34．卢汉清、孔维新等，基于内容的视频信号与图像库检索中的图像技术，自动化学报，2001，Vol．27,No．1：56-69
35．谢毓湘、吴玲达、栾悉道，多媒体数据库索引技术的研究与实现，计算机工程与应用，2002．2：4-7
36．韩水华、卢正鼎、陈传波，图像内容的复合距离测度模型，计算机研究与发展，2001，Vol．38,No．7：851-855
37．王文惠、周良柱、万建伟，基于内容的图像检索技术的研究和发展，计算机工程与应用，2001．5：54-56
38．李向阳、庄越挺、潘云鹤，基于内容的图像检索技术与系统，计算机研究与发展，2001，Vol．38，No．3：344-354
39．刘芳、王涛、周登文，基于颜色-空间二维直方图的图像检索，计算机工程与应用，2002．12：85-88
40．李岚、冯刚，MPEG-7与基于内容的图像检索，计算机工程与应用，2002．17：98-100
41．卢官明，基于内容的多媒体信息检索与MPEG-7标准，计算机应用，2000，Vol．20,NO.5：11—13
42．王宇生、陈纯，一种新的基于色彩的图像检索方法，计算机研究与发展，2002，V01．39,No．1：105-109
43．陈剑赟、老松扬、吴玲达，基于内容的图像检索的发展最新趋势，计算机工程与应用，2002．10：47-49
44．孙兴华，博士学位论文，基于内容的图像检索研究，2001
45．王耀南、李树涛等编著，计算机图像处理与识别技术，高等教育出版社，2001
46．章毓晋编著，图像处理和分析(上下册)，清华大学出版社，1999
47．夏德深、傅德胜编著，现代图像处理技术与应用，东南大学出版社，1997
48．夏良正主编，数字图像处理，东南大学出版社，1999