基于顏色直方圖的圖像檢索(實(shí)驗(yàn)分析)

基于顏色直方圖的圖像檢索基于顏色直方圖的圖像檢索 作者 吳亞平 學(xué)號(hào) 1 概述概述 在過(guò)去的十幾年間 有許多知名機(jī)構(gòu)都對(duì)圖像檢索系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究 病開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的檢索系統(tǒng) 例如 IBM Almaden 研究中心研制的 QBIC 系統(tǒng) Virage 公司研發(fā)的 VIRAGE 系統(tǒng) 麻省理工大學(xué)多媒體實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的 Photobook 系統(tǒng) 哥倫比亞大學(xué)研發(fā)的 VisualSeek 系統(tǒng) 斯坦福大學(xué)研發(fā) 的 WBIIS 系統(tǒng) U C 伯克利分校研發(fā)的 Blobworld 系統(tǒng)等等 這些檢索系統(tǒng)的基本特征都是基于圖像像素值的特征提取相應(yīng)的規(guī)則圖像 例如形狀 顏色 紋理等 并以此為依據(jù)對(duì)圖像進(jìn)行比較檢索 在這篇論文中 系統(tǒng)采用了基于顏色特征提取的檢索 基于直方圖在兩個(gè)顏色空間對(duì)圖像特征 進(jìn)行判定檢索 這兩個(gè)顏色空間是 RGB 和 HSV 通過(guò)對(duì)兩副圖像對(duì)應(yīng)的 RGB 和 HSV 值計(jì)算其距離 依據(jù)距離的遠(yuǎn)近來(lái)判斷相似性 這種方法簡(jiǎn)單易行 由 于丟棄了圖像的形狀 顏色 紋理等信息 判定的計(jì)算量相對(duì)較小 當(dāng)然這也 導(dǎo)致了兩副圖像之間的判定沒(méi)有實(shí)際的語(yǔ)義上的關(guān)聯(lián) 也就是說(shuō) 距離相近的 圖像并不一定有事實(shí)上的相應(yīng)聯(lián)系 但是 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的判定 這種基于直方圖 的圖像檢索系統(tǒng)能夠?yàn)閳D片檢索提供相對(duì)精確的檢索結(jié)果 2 相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 2 1 RGB 顏色空間顏色空間 RGB 顏色模型中每種顏色都是由紅綠藍(lán)三種顏色組成 這種顏色模型在許 多 CRT 顯示器和彩色光柵圖形設(shè)備中被廣泛使用 這三種顏色被認(rèn)為是其他顏 色的添加劑 對(duì)于所需要的顏色通過(guò)對(duì)這三種顏色進(jìn)行不同的比例進(jìn)行相加即 可得到 RGB 模型可以用如下的顏色坐標(biāo)系表示 注意從 0 0 0 到 1 1 1 的對(duì)角線 白色代表了灰階 RGB 色彩模式俯視從白色開(kāi)始的 2 2 HSV 顏色空間 也稱(chēng)顏色空間 也稱(chēng) HIS 顏色空間 顏色空間 HSV 字母分別代表了色度 Hue 飽和度 Saturation 色調(diào) 上面 的錐形圖說(shuō)明 HSV 的顏色模型 Value 代表了顏色的強(qiáng)度 他是從圖像信息中 分離出來(lái) 可以表示相關(guān)信息的部分 色度和飽和度代表了顏色在人眼中的生 理特征 色度與紅色等顏色從 0 到 1 的表示不同 色度是從紅色通過(guò)黃 綠 青 藍(lán) 洋紅色 再回到紅色 飽和度的區(qū)分是從 0 到 1 他通過(guò)值大小來(lái)影 響顏色的飽和度 對(duì)于色調(diào) 也是從 0 到 1 隨著他的增大 圖像的顏色就會(huì) 越來(lái)越亮 2 3 顏色模型之間的轉(zhuǎn)換顏色模型之間的轉(zhuǎn)換 為了針對(duì)特定的應(yīng)用更好的使用顏色 顏色空間的顏色轉(zhuǎn)換是非常必要的 一個(gè)好的顏色空間必須能夠很好的表示兩種顏色之間的顏色差別 也就是說(shuō) 數(shù)值表示的顏色可以近似的表示人類(lèi)可以感覺(jué)的顏色的差別 2 4 距離距離 3 算法原理算法原理 一個(gè)圖像的顏色直方圖是通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖像各個(gè)顏色的像素個(gè)數(shù)構(gòu)成的 其處 理過(guò)程 1 選擇顏色空間 2 對(duì)顏色空間進(jìn)行量化 3 統(tǒng)計(jì)直方圖 4 推 到直方圖的距離函數(shù) 5 通過(guò)索引指出最相近的圖像 算法中的每一步對(duì)于結(jié) 果的可能都是至關(guān)重要的 通過(guò)直方圖檢索也存在幾個(gè)問(wèn)題 首先 顏色直方圖有很高的維度 即便 是經(jīng)過(guò)極度的量化處理 圖像的直方圖特征空間也將占據(jù)超過(guò) 100 的特征值 這種高維度就要求在處理過(guò)程中要減少統(tǒng)計(jì)特征 提前進(jìn)行過(guò)濾以及對(duì)圖像的 分層級(jí)進(jìn)行索引 同時(shí) 這些大數(shù)據(jù)量也增加了計(jì)算距離函數(shù)的計(jì)算量和計(jì)算 復(fù)雜度 對(duì)于穿越距離的情況 這樣的問(wèn)題會(huì)更加的復(fù)雜 4 算法實(shí)現(xiàn)算法實(shí)現(xiàn) 4 1 產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)庫(kù) RGB 顏色直方圖被生成為顏色直方圖被生成為 512 列列 r 0 7 g 0 7 b 0 7 8 8 8 function makeRGBHistogramData cd img str head RGB zft str tail txt for file num 0 499 filename sprintf s d s str head file num str tail imname sprintf d jpg file num h imread imname jpg 紅色 Red h 1 256 7 綠色 Green h 2 256 7 藍(lán)色 Blue h 3 256 7 zft zeros 8 8 8 r c size Red for i 1 r for j 1 c zft round Red i j 1 round Green i j 1 round Blue i j 1 zft round Red i j 1 round Green i j 1 round Blue i j 1 1 end end f id fopen filename w fprintf f id d n zft fclose f id end cd return end HSV 顏色空間被生成為顏色空間被生成為 162 列列 h 0 17 s 0 2 v 0 2 18 3 3 function makeHSVHistogramData cd img str head HSV zft str tail txt for file num 0 499 filename sprintf s d s str head file num str tail imname sprintf d jpg file num h imread imname jpg HSV rgb2hsv h Hue HSV 1 1 17 Saturation HSV 2 1 2 Value HSV 3 1 2 zft zeros 18 3 3 r c size Hue for i 1 r for j 1 c zft round Hue i j 1 round Saturation i j 1 round Value i j 1 zft round Hue i j 1 round Saturation i j 1 round Value i j 1 1 end end f id fopen filename w fprintf f id d n zft fclose f id end cd return end 4 2 計(jì)算距離計(jì)算距離 function jl calc RGB euclidean distance id0 id1 cd img filename0 sprintf RGB zft d txt id0 filename1 sprintf RGB zft d txt id1 f id0 fopen filename0 r zft0 zeros 8 8 8 zft0 fscanf f id0 d n fclose f id0 f id1 fopen filename1 r zft1 zeros 8 8 8 zft1 fscanf f id1 d n fclose f id1 jl 0 for i 1 512 jl jl zft0 i zft1 i zft0 i zft1 i end cd return end function jl calc HSV euclidean distance id0 id1 cd img filename0 sprintf HSV zft d txt id0 filename1 sprintf HSV zft d txt id1 f id0 fopen filename0 r zft0 zeros 18 3 3 zft0 fscanf f id0 d n fclose f id0 f id1 fopen filename1 r zft1 zeros 18 3 3 zft1 fscanf f id1 d n fclose f id1 jl 0 for i 1 162 jl jl zft0 i zft1 i zft0 i zft1 i end cd return end 4 3 程序界面程序界面 5 測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果 6 結(jié)論結(jié)論 6 1 論文結(jié)論論文結(jié)論 基于直方圖的圖像檢索在 RGB 顏色空間具有比 HSV 顏色空間更好的檢索效果 從計(jì)算時(shí)間的觀點(diǎn)上來(lái)說(shuō) 使用 HSV 顏色空間使用幾何或二次方法比使用 RGB 顏色 空間需要更小的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo) 在同時(shí)考慮計(jì)算時(shí)間和檢索效率的情況下 在 HSV 顏色空間下的直方圖交叉檢索是 六種方法中最可取的方法 二次距離在計(jì)算負(fù)擔(dān)下是不具有效率的 6 2 我的結(jié)論我的結(jié)論 基于直方圖的圖像檢索在 RGB 顏色空間具有比 HSV 顏色空間更好的檢索效果 使用HSV顏色空間需要更小的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo) 交叉檢索沒(méi)有效率 在考慮時(shí)間效率的情況下可以考慮在 HSV 空間下使用直方