基于颜色直方图的图像检索(实验分析)

基于颜色直方图的图像检索基于颜色直方图的图像检索 作者 吴亚平 学号 1 概述概述 在过去的十几年间 有许多知名机构都对图像检索系统进行了深入的研究 病开发出了相应的检索系统 例如 IBM Almaden 研究中心研制的 QBIC 系统 Virage 公司研发的 VIRAGE 系统 麻省理工大学多媒体实验室研发的 Photobook 系统 哥伦比亚大学研发的 VisualSeek 系统 斯坦福大学研发 的 WBIIS 系统 U C 伯克利分校研发的 Blobworld 系统等等 这些检索系统的基本特征都是基于图像像素值的特征提取相应的规则图像 例如形状 颜色 纹理等 并以此为依据对图像进行比较检索 在这篇论文中 系统采用了基于颜色特征提取的检索 基于直方图在两个颜色空间对图像特征 进行判定检索 这两个颜色空间是 RGB 和 HSV 通过对两副图像对应的 RGB 和 HSV 值计算其距离 依据距离的远近来判断相似性 这种方法简单易行 由 于丢弃了图像的形状 颜色 纹理等信息 判定的计算量相对较小 当然这也 导致了两副图像之间的判定没有实际的语义上的关联 也就是说 距离相近的 图像并不一定有事实上的相应联系 但是 经过试验的判定 这种基于直方图 的图像检索系统能够为图片检索提供相对精确的检索结果 2 相关知识相关知识 2 1 RGB 颜色空间颜色空间 RGB 颜色模型中每种颜色都是由红绿蓝三种颜色组成 这种颜色模型在许 多 CRT 显示器和彩色光栅图形设备中被广泛使用 这三种颜色被认为是其他颜 色的添加剂 对于所需要的颜色通过对这三种颜色进行不同的比例进行相加即 可得到 RGB 模型可以用如下的颜色坐标系表示 注意从 0 0 0 到 1 1 1 的对角线 白色代表了灰阶 RGB 色彩模式俯视从白色开始的 2 2 HSV 颜色空间 也称颜色空间 也称 HIS 颜色空间 颜色空间 HSV 字母分别代表了色度 Hue 饱和度 Saturation 色调 上面 的锥形图说明 HSV 的颜色模型 Value 代表了颜色的强度 他是从图像信息中 分离出来 可以表示相关信息的部分 色度和饱和度代表了颜色在人眼中的生 理特征 色度与红色等颜色从 0 到 1 的表示不同 色度是从红色通过黄 绿 青 蓝 洋红色 再回到红色 饱和度的区分是从 0 到 1 他通过值大小来影 响颜色的饱和度 对于色调 也是从 0 到 1 随着他的增大 图像的颜色就会 越来越亮 2 3 颜色模型之间的转换颜色模型之间的转换 为了针对特定的应用更好的使用颜色 颜色空间的颜色转换是非常必要的 一个好的颜色空间必须能够很好的表示两种颜色之间的颜色差别 也就是说 数值表示的颜色可以近似的表示人类可以感觉的颜色的差别 2 4 距离距离 3 算法原理算法原理 一个图像的颜色直方图是通过统计图像各个颜色的像素个数构成的 其处 理过程 1 选择颜色空间 2 对颜色空间进行量化 3 统计直方图 4 推 到直方图的距离函数 5 通过索引指出最相近的图像 算法中的每一步对于结 果的可能都是至关重要的 通过直方图检索也存在几个问题 首先 颜色直方图有很高的维度 即便 是经过极度的量化处理 图像的直方图特征空间也将占据超过 100 的特征值 这种高维度就要求在处理过程中要减少统计特征 提前进行过滤以及对图像的 分层级进行索引 同时 这些大数据量也增加了计算距离函数的计算量和计算 复杂度 对于穿越距离的情况 这样的问题会更加的复杂 4 算法实现算法实现 4 1 产生图像数据库产生图像数据库 RGB 颜色直方图被生成为颜色直方图被生成为 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 红色 Red h 1 256 7 绿色 Green h 2 256 7 蓝色 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 颜色空间被生成为颜色空间被生成为 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 计算距离计算距离 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 测试结果测试结果 6 结论结论 6 1 论文结论论文结论 基于直方图的图像检索在 RGB 颜色空间具有比 HSV 颜色空间更好的检索效果 从计算时间的观点上来说 使用 HSV 颜色空间使用几何或二次方法比使用 RGB 颜色 空间需要更小的时间开销 在同时考虑计算时间和检索效率的情况下 在 HSV 颜色空间下的直方图交叉检索是 六种方法中最可取的方法 二次距离在计算负担下是不具有效率的 6 2 我的结论我的结论 基于直方图的图像检索在 RGB 颜色空间具有比 HSV 颜色空间更好的检索效果 使用HSV颜色空间需要更小的时间开销 交叉检索没有效率 在考虑时间效率的情况下可以考虑在 HSV 空间下使用直方