基于内容的图像检索技术

基于内容的图像检索
基于内容的图像检索（Content-Based Image Retrieval, CBIR），也称为内容视觉检索，是一种能够从图像库中自动找到和用户提供的图像或者用户视觉描述相似的图像的技术。

它可以利用图像中存在的特征和类别，进行快速准确的信息检索。

基于内容的图像检索的原理是，首先将图像进行处理，形成和其中的特性相关的特征向量，然后将提取到的特征向量传入到模型中，计算和检索图像之间的相似性，从而进行图像内容检索。

基于内容的图像检索技术有很多优势，包括精确性和可处理信息量大等特点。

相比于表面检索技术，基于内容的图像检索技术不仅可以检索出更高质量的图像，还可更好地提高搜索效率。

此外，基于内容的图像检索技术还可以根据不同的图像特征，进行更加详细和准确的检索，从而实现更快的检索速度。

基于内容的图像检索技术的典型应用是基于用户上传的图像或口头描述，进行图像模糊检索或类似图像检索，从而使用户能够快速检索到自己想要的内容信息。

同时，基于内容的图像检索技术还可以用于商业图像检索、监控视频搜索等多种不同的任务。

总的来说，基于内容的图像检索是一种发展很快的技术，它已经被广泛应用在信息检索、图像检索、人工智能等方面。

它能
够提高信息检索的准确性和效率，为用户提供快速、准确、全面的搜索服务。

大数据时代的图像检索与排序算法研究在现代社会的数字化浪潮和信息技术的高速发展下，大数据和人工智能已经成为当今最为热门和前沿的话题之一。

在这样的背景下，图像检索与排序算法也开始逐渐引起人们的关注。

在大数据时代，图像数量的急剧增加与人类对高效、精准检索的需求之间的矛盾正逐渐显现。

在这种情况下，如何通过先进的算法和技术来实现高效、精准的图像检索和排序，成为了一个亟待解决的问题。

一、图像检索与排序算法的研究现状1、基于内容的图像检索技术（CBIR）基于内容的图像检索技术，又称为CBIR（Content-based image retrieval），是指通过对图像中的色彩、纹理、形状等图像特征进行提取和分析，在大型图像数据库中搜索和获取与查询图像相似的图像的过程。

其基本原理是：将图像转换成计算机能够理解的格式，通过对图像的特征提取、描述和匹配实现图像的检索和排序。

CBIR技术可以大大提高图像的检索效率，减少人工干预，具有广泛的应用前景。

2、深度学习在图像检索与排序中的应用深度学习是一种基于多层神经网络结构的机器学习算法，具有较强的表征学习和分类能力。

随着GPU计算能力和神经网络模型的不断发展，深度学习在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域中取得了快速的进展。

在图像检索与排序领域中，深度学习技术也被广泛应用，例如卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）等模型。

这些模型可以有效提取图像的高级特征，实现高精度的图像检索和排序。

二、图像检索与排序算法的关键问题及挑战1、图像特征提取在图像检索与排序中，如何从海量的图像中提取有效的特征是一个关键问题。

传统的图像特征提取方法主要基于色彩、纹理和形状等低级特征，这些特征对旋转、尺度和畸变等变化较为敏感，难以满足实际应用需求。

而深度学习技术可以自动学习高级特征，在图像的准确匹配和分类方面表现更为优异。

2、图像相似度度量在图像检索中，图像的相似度度量是一个核心问题。

D S IG N N WS []6技术专题图像技术随着信息社会的到来和Int er ne t 技术的普及,人们越来越频繁地接触到图像和视频信息。

同时,每天还有大量信息在不断产生,如卫星、医疗、安全等方面。

因此,对这些信息地有效组织、管理和检索便成为需要解决的问题。

传统数据库检索采用基于关键词的检索方式,早期图像数据库如K odak Pi c t ur e Ec ha nge Syst e m(K PX )、t he Pr essL i nk L i br ar y 和t he T i m e A r chi v e C oll ect ion 沿袭了这种检索方式,采用描述性文本进行检索。

但一般来说,这种检索技术往往不能满足人们的需要。

由于图像息的内容具有丰富的内涵,在许多情况下仅用几个关键词难以充分描述,而且作为关键词图像特征的选取也有很大主观性。

于是,基于内容检索(Cont e nt B a se d Iage Ret r ie v al,C B I R )技术应运而生。

它区别于传统的检索手段,融合了图像理解技术,从而可以提供一种从巨大容量的图像库中,根据人们提出的要求进行有效检索的方法。

在基于内容的图像检索中，较常用关键技术包括从颜色、形状、纹理、空间关系、对象特征进行检索。

基于颜色特征的图像信息检索人类在对环境和物体的感知中,颜色往往起着十分重要的作用。

在许多情况下(特别是对于自然景物来说),颜色是描述一幅图像最简便而有效的特征。

颜色内容包含两个一般的概念，一个对应于全局颜色分布，一个对应于局部颜色信息。

按照全局颜色分布来索引图像可通过计算每种颜色的像素个数，并构造出颜色直方图来实现，这对检索具有相似总体颜色内容的图像是一个很好的途径。

局部颜色信息是指局部相似的颜色区域，考虑了颜色的分类与一些初级的几何特征。

颜色直方图是最常用的颜色特征表示方法。

直方图的值反映了图像的统计特征，包括平均值、标准偏差、中间值和像素个数，颜色集中的地方峰值较高。

简述基于内容的图像检索技术基于内容的图像检索技术是一种利用图像的视觉特征，通过计算机技术进行图像匹配和相似度计算，从而实现高效的图像检索。

它可以帮助用户快速地查找到需要的图片，也可以为图像分析和计算机视觉领域的研究提供支持。

本文将详细介绍基于内容的图像检索技术。

一、图像特征提取图像特征提取是基于内容的图像检索技术的核心步骤，其目的是从图像中提取出代表其内容的特征。

常用的特征提取方法包括颜色特征、纹理特征、形状特征、边缘特征等。

其中，颜色特征是最为常用的特征之一，它可以通过统计图像中各像素的颜色分布来提取颜色特征。

二、相似度计算相似度计算是基于内容的图像检索技术的关键步骤，其目的是计算待查询图像和数据库中图像之间的相似度。

常用的相似度计算方法包括欧氏距离、余弦相似度、汉明距离等。

其中，余弦相似度是最为常用的相似度计算方法之一，它可以用于计算图像之间的相似度。

三、图像检索算法基于内容的图像检索技术采用不同的算法进行图像检索，其中最常用的算法包括基于特征的检索算法和基于深度学习的检索算法。

基于特征的检索算法主要利用图像的视觉特征进行相似度计算和图像匹配，例如SIFT、SURF等算法。

基于深度学习的检索算法则是利用深度神经网络对图像进行特征提取和相似度计算，例如基于卷积神经网络的图像检索算法。

四、图像检索应用基于内容的图像检索技术在许多应用领域都得到了广泛的应用。

例如在电商领域，可以利用图像检索技术实现商品搜索和推荐；在娱乐领域，可以利用图像检索技术实现图像搜索引擎和相册管理；在医学领域，可以利用图像检索技术实现医学图像检索和诊断等。

五、图像检索的挑战基于内容的图像检索技术还面临着一些挑战。

其中最主要的挑战是图像的复杂性和多样性。

不同的图像可能存在着相同的特征，而相似的图像可能存在着不同的特征。

此外，图像的噪声、失真等因素也会影响图像检索的效果。

六、总结基于内容的图像检索技术是一种通过计算机技术实现高效的图像检索的方法。

何谓图像检索从20世纪70年代开始，有关图像检索的研究就已开始，当时主要是基于文本的图像检索技术（Text-based Image Retrieval，简称TBIR），利用文本描述的方式描述图像的特征，如绘画作品的作者、年代、流派、尺寸等。

到90年代以后，出现了对图像的内容语义，如图像的颜色、纹理、布局等进行分析和检索的图像检索技术，即基于内容的图像检索（Content-based Image Retrieval，简称CBIR）技术。

CBIR属于基于内容检索（Content-based Retrieval，简称CBR）的一种，CBR中还包括对动态视频、音频等其它形式多媒体信息的检索技术。

在检索原理上，无论是基于文本的图像检索还是基于内容的图像检索，主要包括三方面：一方面对用户需求的分析和转化，形成可以检索索引数据库的提问；另一方面，收集和加工图像资源，提取特征，分析并进行标引，建立图像的索引数据库；最后一方面是根据相似度算法，计算用户提问与索引数据库中记录的相似度大小，提取出满足阈值的记录作为结果，按照相似度降序的方式输出。

为了进一步提高检索的准确性，许多系统结合相关反馈技术来收集用户对检索结果的反馈信息，这在CBIR中显得更为突出，因为CBIR实现的是逐步求精的图像检索过程，在同一次检索过程中需要不断地与用户进行交互。

编辑本段基于文本的图像检索技术基于文本的图像检索沿用了传统文本检索技术，回避对图像可视化元素的分析，而是从图像名称、图像尺寸、压缩类型、作者、年代等方面标引图像，一般以关键词形式的提问查询图像，或者是根据等级目录的形式浏览查找特定类目下的图像，如Getty AAT使用近133,000个术语来描述艺术、艺术史、建筑以及其它文化方面的对象，并推出30多个等级目录，从7方面描述图像的概念、物理属性、类型和刊号等。

又如Gograph将图像分为动态图像、照片、图标、背景、艺术剪辑图、插图、壁纸、界面、成套图像8个一级类，下设数量不等的子类。

第二部分 基于内容的图像检索技术近年来，随着多媒体技术和计算机网络的飞速发展，全世界的数字图像的容量正以惊人的速度增长。

无论是军用还是民用设备，每天都会产生容量相当于数千兆字节的图像。

这些数字图像中包含了大量有用的信息。

然而，由于这些图像是无序地分布在世界各地，图像中包含的信息无法被有效地访问和利用。

这就要求有一种能够快速而且准确地查找访问图像的技术，也就是所谓的图像检索技术。

自从20世纪70年代以来，在数据库系统和计算机视觉两大研究领域的共同推动下，图像检索技术已逐渐成为一个非常活跃的研究领域。

数据库和计算机视觉两大领域是从不同的角度来研究图像检索技术的，前者基于文本的，而后者是基于视觉的。

基于文本的图像检索技术（text-based image retrieval）的历史可以追溯到20世纪70年代末期。

当时流行的图像检索系统是将图像作为数据库中存储的一个对象，用关键字或自由文本对其进行描述。

查询操作是基于该图像的文本描述进行精确匹配或概率匹配，有些系统的检索模型还是有词典支持的。

另外，图像数据模型、多维索引、查询评价等技术都在这样一个框架之下发展起来。

然而，完全基于文本的图像检索技术存在着严重的问题。

首先，目前的计算机视觉和人工智能技术都无法自动对图像进行标注，而必须依赖于人工对图像做出标注。

这项工作不但费时费力，而且手工的标注往往是不准确或不完整的，还不可避免地带有主观偏差。

也就是说，不同的人对同一幅图像有不同的理解方法，这种主观理解的差异将导致图像检索中的失配错误。

此外，图像中所包含的丰富的视觉特征（颜色或纹理等）往往无法用文本进行客观地描述的。

90年代初期，随着大规模数字图像库的出现，上述的问题变得越来越尖锐。

为克服这些问题，基于内容的图像检索技术（content-based image retrieval）应运而生。

区别于原有系统中对图像进行人工标注的做法，基于内容的检索技术自动提取每幅图像的视觉内容特征作为其索引，如色彩、纹理、形状等。

3科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON 2008N O .24SC I ENC E &TEC HN OLO GY I NFO RM ATI O N 学术论坛随着信息社会的发展,大容量存储设备和数字化设备的发展和广泛使用,以及多媒体技术和因特网的迅速普及，图像、视频数据呈现几何级数的增长趋势,于是出现了大容量的图像及视频数据库。

近年迅速、准确地从图像数据库中检索到所需图像成了多媒体领域的研究热点。

一般的文字搜索引擎对于图形图像而言,几乎束手无策。

因此,对图像的有效检索成为获取图像信息的关键问题。

图像检索的发展和现状:数据库管理和计算机视觉的迅速发展，图像检索一直是多媒体领域研究的热门,已成为国内外广泛关注的焦点,并在许多领域都有应用。

其发展主要有基于文本的图像检索(T B I R ,Text -B a se d I m a ge Ret r i eval )和基于内容的图像检索(CBI R,Cont e nt -Ba s e d I m age R et r i eval )两个阶段。

基于文本的图像检索技术查询操作是基于该图像的文本描述进行精确匹配或概率匹配，对于图像库中的每一幅图像的归纳和注释，检索完全依赖于图像的名称、编号、人工注释等信息。

具有:①图像信息需要人工进行注释;②人工注释具有很强的主观性;③人工注释无法精确表达图像的内涵;④世界语言语义的差距,检索方法无法统一等诸多难以克服的缺点。

基于内容的图像检索:为实现自动化、智能化的图像检索和管理方式,使检索者可以实现方便、快速、准确的查找,使管理者可以从大量单调的人工管理工作中解放出来,实现管理工作的无人干预，于是基于内容的图像检索技术被提出并迅速发展起来。

C BI R 是建立在计算机视觉和图像理解理论基础上，综合人工智能、面向对象技术、认知心理学、数据库等多学科知识，从图像中自动提取视觉特征进行相似匹配的过程。

基于内容的SAR图像检索基于内容的图像检索技术动态自从20世纪70年代以来，在数据库系统和计算机视觉两大研究领域的共同推动下，图像检索技术已逐渐成为一个非常活跃的研究领域。

数据库和计算机视觉两大领域是从不同的角度来研究图像检索技术的，前者基于文本的，而后者是基于视觉的。

70年代产生的图像检索是基于文本方式，但目前，计算机视觉技术还不成熟，达不到对图像的描述性关键字和语义信息的准确识别和自动提取。

另外，基于文本的图像检索并不能客观反映图像内容的多样性，尤其当图像库的数据量非常大时，这种检索方式存在两大困难:其一，手工注释工作量太大，图像注解的主观性和不精确性可能导致检索过程失败;其二，图像的某些可视信息，例如:纹理、形状、区域等.很难用文本准确描述。

因此，90年代初研究者们提出了基于内容的图像检索(CBIR)技术。

这种技术由机器自动提取包含图像内容的可视特征：颜色、纹理、形状、目标的位置和相互关系、区域等，形成数据库中图像和查询样本图像的特征空间，在特征空间内进行相似匹配，检索出与样本相似的图像。

1.3.1 纹理特征纹理特征在图像检索中占据非常重要的位置。

纹理分析的方法通常可以分为基于统计分析和基于结构分析两种方法。

在结构分析方法中,纹理被认为是由它的基元和偏移规则的描述来表述纹理特征。

在统计方法中,纹理是由选定的特征统计量来描述。

Julesz[47] 提出了人类视觉系统是利用一阶和二阶统计量(纹理元)来作为进行纹理判断的观点。

A. Gagalowize [48] 提出了一种从纹理场的二阶统计量估计进行纹理综合的算法。

Chen 和Pavlidis[49]提出基于二维均匀Gauss 模型的纹理分割算法。

Chellappa 和Rashyap[50]提出用二维回归非因果模型综合视觉上类似的自然纹理,它们利用邻域内象素灰度和加性噪声的线性组合来表示纹理特征。

小波变换在纹理特征提取领域也得到了广泛的应用。

研究表明，树型小波变换更适合应用于纹理分析中[51]Chang和Kuo[52]用树型小波进一步提高了分类精度。