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图像数据库系统的设计与实现
图象数据库系统的设计与实现
摘要:
此刻的CBIR技术
与在上面4.4部份中相反的系统描述的基于内容的方式,CBIR在一完全地不同的原则上操作,检索贮存了来自一个搜集的图像自动地比较特点从图像摘录他们自己。
最通常的特点用是对颜色的数学衡量,图像或形状;因此事实上所有此刻的CBIR系统,是不是商业的或实验的,操作在水平1。
一个典型的系统(看见第5.5节在下面为此刻的CBIR系统的细节)许诺利用者委托正被寻觅的图像类型的一个例子制定疑问,尽管一些例如来自调色板的选择提供替代方案或刻画略图输入。
系统然后识别那些贮存为价值作广告的图像最接近地相配那疑问的那些,而且显示屏幕错误上的这些图像的大拇指的指甲!
叁考来源没发觉。
一些更普遍用的作为图像检索的特点类型在下面被描述。
颜色检索
以颜色类似为基础检索图像的一些方式中被描述,可是大部份是相同的大体上的转变主意。
每一个图像增加到搜集被分析计算一个在图像里面展现每一个颜色的图素比例的颜色柱状图。
颜色柱状图为每一个图像然后被贮存在数据库中。
在搜寻,利用者罐子或叙述每一个颜色(75%橄榄绿色的和25%红色的,举例来讲)的被需要的比例,或从哪个一个颜色柱状图是有计画的委托一个例子图像。
任一方式,那然后相配程序检索那些把柱状图涂颜色的图像最接近地相配那疑问的那些。
那最普遍相配技术用,柱状图十字路口,是第一的被Swain和Ballard进展[1991]。
技术的变体此刻被在此刻的CBIR系统的高比例顶用.在Swain和Ballard's最初的技术上改良的方式包括积存的颜色柱状图的利用[Stricker和Orengo,1995],用联合柱状图十字路口空间的相配一些元素[Stricker和Dimai,1996],和以区域为基础的颜色问的利用[Carsonetal,1997]。
来自一些系统的结果能看起来相当给人深刻象。
关键词:
图像数据库系统设计
第一章综言――――――――――――――――――3
1.1图像数据库的概述
1.2图像数据库与基于内容图像检索技术的进展与利用
1.3本课题提出的意义与达到的目标
第2章图像数据库系统的设计―――――――――6
2.1图像数据库系统功能设计
2.2图像数据库系统界面设计
2.3.图像数据库系统特点数据库表结构设计
第3章图像数据库系统开发――――――――――15
3.1基于图像内容的图像检索系统结构
3.2数据库系统开发工具(环境)的选择
3.3基于内容的图像检索的实现
3.4图像数据库系统大体功能的编程实现
第4章总结与展望―――――――――――――26
参考文献―――――――――――――――――――27
谢辞―――――――――――――――――――――28
第1章综言
1.1图像数据库的概述
自八十年代初提出图像数据库概念以来,图像数据库的理论及其应用一直是图像处置和模式识别领域研究的热点之一。
图像处置和图像数据库是随着多媒体技术的进展而兴起的一项新技术。
图像作为多媒体的重要内容应用日趋普遍,图像数据库的规模愈来愈大,对可视信息进行有效的治理成为迫切需要解决的问题。
目前关于图像数据的治理多数采纳表+实体的方式,即图像数据以文件形式寄存于指定的运算机目录下,在数据库表中只反映图像数据文件的存储路径。
这种治理模式,给数据的保护增加了难度,同时,也给数据的安全带来必然的隐患。
因此,要真正做到各类数据在数据库中安全治理,研究和探讨直接将图像数据存储在数据库关系表中的方式是超级必要的。
图像数据库技术一直致力于解决海量数字图像的有效存储和治理问题。
它是数据库技术的继承和进展,一方面,图像数据和文本数据存在着本质的区别,在文本数据领域得以成功应用的传统数据库技术,若是一成不变的照搬到图像数据库领域,结果往往是低效,乃至无效;另一方面,传统数据库的许多功效,如SQL语言、索引技术等都值得图像数据库借鉴。
上述两个方面的结合成为目前图像数据库技术进展的主流。
图像数据库比传统的文本数据库更具有的优势是:
它是适用于多媒体技术的一项新技术。
不但,能够利用传统的方式来存储数据。
而且还能够利用多媒体技术的方式采纳CCD摄像头及图像搜集板实现原始图像搜集;采纳图像处置算法对原始图像进行图像滑腻及锐化处置;采纳JPEG静止图像紧缩标准对图像数据紧缩存储;和利用数码相机搜集原始图像以光盘存储等先进图像存取技术。
图像数据库的利用开发,一样有这么几个步骤:
第一,也确实是通过量媒体技术或其他技术对图像进行存取。
第二,论述了图像的预处置技术,包括彩色图像灰度化技术、二值化技术、非线性滤波技术和轮廓增强技术,其中论述了基于边缘自适应的中值滤波器和动态模糊轮廓增强技术等其他的算法。
然后,依照不同图像的特点,给出了图像特点参数提取方式。
最后,分析了实际应用中图像数据库的需求特点,并论述图像数据库的实现方案。
1.2图像数据库与基于内容图像检索技术的进展与利用
随着现代信息技术的飞速进展,多媒体信息检索系统对社会各领域产生愈来愈大的阻碍。
图像作为多媒体的重要内容应用日趋普遍,图像数据库的规模愈来愈大,对可视信息进行有效的治理成为迫切需要解决的问题。
灵活、高效、准确的图像检索策略是解决这一问题的关键技术之一。
传统的图像检索是基于标签式的关键词匹配检索方式,即利用关键字或自由文本描述图像数据库中的每幅图像,其对图像内容的描述主若是通过对图像人工添加与其内容相关的文本标注来实现,而人工文本标注除存在主观性、不准确、费时等短处外的图像某些可视信息,例如:
纹理、形状等很难用文本准确描述。
因此,人们提出了基于图像内容的图像检索技术CBIR(Content-BasedImageRetrieval)技术。
这种技术利用特定的算法与技术手腕由运算机自动提取包括图像内容的可视特点如颜色、纹理、形状、对象的位置和彼此关系等,并将提取的不同图像的彼此区别的一组特点存入图像特点数据库,通过对数据库中图像和查询样本图像在特点空间进行相似匹配,检索出与样本相似的图像。
基于内容的图像检索技术融合了图像明白得,模式识别等技术,克服了传统检索方式的缺点,具有无可比拟的优越性,对该技术的研究已成为当前的一大热点。
它们二者的结合利用,能够专门好的解决在多媒体技术下,显现的许多问题。
例如,指纹识别系统、服装业的成衣图像数据库、医学界的脑图像数据库等等。
这些都是图像数据库与基于内容图像检索技术专门好的实现产品。
在多媒体信息检索系统对社会各领域产生愈来愈大的阻碍下,图像数据库与基于内容图像检索技术将有超级大的潜力。
1.3本课题提出的意义与达到的目标
本课题是关于图像内容的检索的图像数据库系统。
它提出的意义是,图像数据库系统有别于以往一般的文本数据库。
一般的文本数据库中,往往保留的是一样的简单数据。
它仍是很少的涉及到一些多媒体的技术。
因此,在现在随着现代信息技术的飞速进展,多媒体信息检索系统对社会各领域产生愈来愈大的阻碍。
在这种背景下,合法一般的文本数据库力不从心的时候,图像数据库系统的提出正好解决了目前多媒体信息技术进展的难题。
多媒体信息技术进展的同时,使得数据库的容量也急剧膨胀。
图像数据库技术一直致力于解决海量数字图像的有效存储和治理问题。
它是数据库技术的继承和进展,一方面,图像数据和文本数据存在着本质的区别,在文本数据领域得以成功应用的传统数据库技术,若是一成不变的照搬到图像数据库领域,结果往往是低效,乃至无效;另一方面,传统数据库的许多功效,如SQL语言、索引技术等都值得图像数据库借鉴。
上述两个方面的结合成为目前图像数据库技术进展的主流。
因此,现在图像数据库正被愈来愈多的利用。
正在这种多媒体信息技术进展的趋势下,本课题提出的正是关于图像数据库系统的设计。
本课题的图像数据库系统,要有大体的图像数据库系统的保护治理功能。
不但如此,还要有图像数据库系统的基于内容的图像检索的功能和基于图像名称的图像检索的功能。
本课题(图像数据库系统)依照要求需要达到的目标是:
一、图像数据库系统的保护
1.图像数据库系统中图像的添加功能
2.图像数据库系统中图像的删除功能
3.图像数据库系统中图像的修改功能
4、图像数据库系统中图像显示和阅读功能
二、图像数据库系统的检索
2.图像数据库系统中基于内容的图像检索
3.图像数据库系统中基于名称的图像检索
三、图像数据库系统的图像数据库表的设计
第2章图像数据库系统的设计
2.1图像数据库系统功能设计
图像数据库系统的功能:
一、图像数据库的大体保护
一、图像数据库系统中图像的添加功能
图像数据库系统中图像的添加功能的实现是,当用户单击数据库治理界面中的“添加”按钮后,图像数据库系统将弹出一个添加图像信息的对话框。
用户能够在其中添加图像的相应信息(图像名称、图像内容),单击OK后,此图像将被存储到图像数据库系统中供以后查询之用。
这确实是图像数据库系统中图像的添加功能。
二、图像数据库系统中图像的删除功能
图像数据库系统中图像的删除功能是,当用户单击数据库治理界面中的“删除”按钮后,图像数据库系统将弹出一个删除图像信息的确认对话框,让用户再次确认是不是真的需要删除此图像,单击OK后,此图像将被从图像数据库中删除掉。
这确实是图像数据库系统中图像的删除功能。
3、图像数据库系统中图像的修改功能
图像数据库系统中图像的添加功能的实现是,当用户单击数据库治理界面中的“修改”按钮后,图像数据库系统将弹出一个修改图像信息的对话框。
用户能够在其中修改图像的相应信息(图像名称、图像内容),单击OK后,此图像的相应信息将被新的信息所代替。
这确实是图像数据库系统中图像的修改功能。
4、图像数据库系统中图像的显示和阅读功能
图像数据库系统中图像的显示和阅读功能是,当用户单击数据库治理界面中图像名称栏的图像名称时,数据库治理界面左侧的位图显示栏中,显示的确实是对应图像名称的图像。
这确实是图像数据库系统中图像的显示和阅读功能。
二、图像数据库的查询功能
一、基于内容的图像检索(查询)功能
在图像数据库系统的主界面中有一个“查询”按钮。
当主界面左侧的位图显示框中有图像时,单击“查询”按钮,在主界面右边的图像名称显示框中,将出此刻图像数据库中,符合这张图像的特点值的图像名称。
在实现此功能的时候,用到了取得不同图像的特点值的算法。
这确实是基于内容的图像检索(查询)功能。
二、基于图像名称的图像检索(查询)功能
在图像数据库治理界面中,有图像的名称框位于本界面的右边。
当用户单击右边图像名称框中的图像名称时,在图像数据库治理界面左侧的位图显示框中,将会显现相对应于此图像名称的图像。
这确实是基于图像名称的图像检索功能。
三、图像数据库系统的图像数据库表的设计
图像数据库系统的图像数据库表的设计是依照本系统所配套利用的算法,所提取的不同图像的特点值,来确信图像数据库表的属性(字段)。
而且,图像数据库表的属性(字段)还能够设法利用图像数据库特点值组合分解方式。
从而,达到使图像数据库的结构尽可能的简化。
正如上面所说,图像数据库系统的图像数据库表的设计是依照系统所配套利用的算法的不同而转变的。
不同的算法,就会提取图像的不同的图像特点值。
因此,图像数据库的设计是具有很强的灵活性,不是一直不变的。
2.2图像数据库系统界面设计
图像数据库系统大体功能包括在特点数据库中添加图像、查询图像、修改图像的大体资料、删除图像的资料和对数据库中的已存图像进行阅读等。
图2-1到图2-5为系统运行界面。
图像数据库系统的界面简介如下:
4.菜单栏
菜单栏上有文件、编辑、查看及帮忙等主菜单。
在“文件”菜单下有“新建”、“打开”、“保留”及“打印”等文件的大体处置功能;在“编辑”菜单下有“剪切”、“复制”及“粘贴”等功能。
在“查看”菜单下有“工具栏”及“状态栏”显示或隐藏等功能,通过对它们的选择操纵,能使工具栏和状态栏是不是可见。
点击“帮忙”项菜单有一个简要的关于本系统的信息的对话框将被打开;
5.工具栏
工具栏有一系列的工具按钮组成,它们别离与菜单栏中的菜单中命令相对应,实现相应功能;
6.状态栏
状态栏把当前的状态信息及提示信息告知用户。
本系统涉及到图像信息库信息,在系统的图库查询中,为了利用户明白图像数据库中的当前记录总数及当前查询结果的记录位置,本实验系统添加了一个信息行窗格,用于显示这两项内容;
7.主窗体
主窗体左侧有一个显示图像的静态图像控件,显示打开的BMP图像。
在该框下方有四个命令按钮,“查询结果列表”列表会列出数据库中所有与测试样图特点相符图像的图像名;
8.命令按钮
主界面上有四个命令按钮,“图像特点查询”按钮可完成查询当前打开的图像功能;“添加到特点库”按钮完成添加图像及相关信息到图库的功能;“阅读与编辑图库信息”按钮负责完成查看及修改,删除图库信息的功能。
图像数据库系统界面设计及功能:
图2-1图像数据库系统主界面
(1)图2-1是图像数据库系统的主界面,它要紧实现的系统功能有:
图像特点查询、添加图像信息、进入图像数据库的保护界面、绘制色度直方图、查看分割信息和进行加权特点组合选择。
其中图像特点查询、添加图像信息、进入图像数据库的保护界面的功能是本课题需要实现的功能,此刻就在此简单的介绍一下。
当用户从本地添加一副图像到系统后,该图像就会出此刻左侧的位图控件中。
然后用户单击“添加”按钮,即显现图2-5的添加界面,在添加界面中能够输入该图像相关的信息,如图像的名称、图像的描述内容。
当用户输入完相应图像信息后,单击“确信”图像信息便会添加到图像数据库中。
以供尔后基于图像内容的查询利用。
然后单击“查询”按钮,在“查询结果列表”中便会显现符合条件的图像名称。
这就说明图像数据库中有符合要求的图像,单击图像名称后,便会在“查询结果”中显示图像的相关信息。
(图像名称、图像内容)若是图像数据库中没有符合要求的图像时,系统就会弹出一个提示对话框,显示“对不起,您要查找的图片不在本数据库中!
”。
在图像数据库系统主界面中,除上面介绍的图像数据库系统的大体功能外,还有一些其他辅助的功能。
如:
能从主界面的文件菜单中进行,打开图像文件、保留图像文件、打印图像文件,在主界面的编辑菜单中有“剪切”、“复制”及“粘贴”等功能。
在“查看”菜单下有“工具栏”及“状态栏”显示或隐藏等功能,通过对它们的选择操纵,能使工具栏和状态栏是不是可见。
点击“帮忙”项菜单有一个简要的关于本系统的信息的对话框将被打开。
图2-2阅读与编辑图库信息界面
(2)图2-2是阅读与编辑图库信息界面。
它要紧的功能是,对图像数据库中的数据进行操作保护。
如:
对图像数据库中的图像信息(图像名称、图像内容)进行修改、删除的操作。
此刻就介绍一下阅读与编辑图库信息界面的功能。
当用户单击图2-1中“查看及处置图库信息”按钮后即能够进入图2-2阅读与编辑图库信息界面。
在“图像名称列表”中会显示数据库中记录的所有图像名称。
单击一个图像名称,在右边的位图控件中便会显示相应的图像,在下方相应位置也会显现相关信息。
单击“修改”按钮,便会显现图2-4的修改界面。
输入修改信息后,即可将修改后的数据输入数据库。
单击“删除”按钮,系统会显现一个图2-3的提示对话框,问用户是不是真的要删除。
单击“确信”后,该图像便会从数据库中永久删除。
图2-3删除图像确认框
(3)图2-3是删除图像确认框。
它要紧的功能是,把用户选中的图像永久的从图像数据库中删除。
当用户单击“确信”按钮后,被用户选择的图像将从图像数据库中被删除,包括其相关信息。
因此用户在利用此功能时应该考虑清楚是不是真的要永久删除该图像。
图2-4修改图库信息对话框
(4)图2-4是修改图库信息对话框。
该对话框的要紧功能是,能够修改用户选择的图像的相关信息(图像名称、图像内容),利用新的信息来更新图像数据库中,旧的图像信息。
该对话框的利用步骤是:
当用户在“图像名称”栏中,输入了新的图像名称,而且在“图像内容”栏中也输入了新的图像内容的描述后,单击“确信”按钮,则图像的新的图像名称和新的图像内容的描述就会覆盖掉此图像的原先的图像名称和原先的图像内容的描述,从而达到了修改图像信息的目标。
图2-5添加图库信息对话框
(5)图2-5是添加图库信息对话框。
该对话框的要紧功能有,在图像数据库中,添加新的图像。
添加新的图像时,不单单添加图像名称、图像内容,而且还在暗处添加该图像的各个特点值进入图像数据库。
从而在图像数据库中形成了一个新的图像数据,以供尔后利用。
利用的步骤是:
当用户在“图像名称”栏中,输入了图像名称,而且在“图像内容”栏中也输入了图像内容的描述后,单击“确信”按钮,则图像的图像名称和图像内容的描述都会随着图像一路添加到图像数据库中去,从而实现了图像添加的目标。
2.3.图像数据库系统特点数据库表结构设计
图像数据库系统是利用SQLSERVER2000来作为图像数据库的开发工具。
图像数据库系统在ODBC中概念了一个名为aa、数据库名为aa、表名为P的数据源。
2.3.1关系数据库表结构设计:
本关系数据库表结构设计,是通过本图像数据库系统,所利用的算法,它所要求的提取图像的特点值。
来进行对本关系数据库表结构的设计。
因此,若是图像数据库系统利用了不同的算法,它所要求的提取图像的不同特点值,那么对本关系数据库表结构的设计也将大不相同。
本系统利用的算法是局部阈值算法。
此算法的将在下一章做简单介绍。
本系统的关系数据库表结构设计如下:
列名类型概念说明
picturenameChar(20)(字符型)图像名称
pathChar(50)(字符型)图像文件所在路径
contentChar(100)(字符型)图像内容描述
maincolorDouble(双精度浮点型)图像主色调
blockcolor1···blockcolor10Double(双精度浮点型)图像分块后的各个分块的主色调
pictureindexInteger(长整型)图像的索引值(编号)
clrusedInteger(长整型)图像所用的颜色数
mj1…mj10Integer(长整型)图像分块后的各个分块的面积
2.3.2图像数据库系统特点数据库表各属性的说明
图像数据库系统特点数据库表利用SQLServer2000开发,用于存储不同图像的不同特点值。
然后,图像数据库系统的基于检索的功能,正是通过必然的算法,算出指定图像的特点值。
随后,用算出指定图像的特点值与图像数据库系统特点数据库表中的特点值进行比较。
当两值相互匹配时,就从图像数据库中调出相应的图像显示在图像数据库系统的界面中。
图像数据库系统特点数据库表中各个属性字段的作用如下:
(1)picturename字段(图像名称)
picturename是用于寄存图像数据库系统中图像名称的字段。
因为要存储图像名称,因此必需将picturename字段的类型设为Char(20)字符型。
(2)content字段(图像描述内容)
content是用于寄存图像数据库系统中图像描述内容的字段。
因为要存储图像描述内容,因此必需将content字段的类型设为Char(50)字符型。
由于,图像描述内容往往会很长,因此必需考虑把content的字符长度设置的大一些。
(3)maincolor字段(整张图像的主色调)
maincolor是用于寄存图像数据库系统中整张图像的主色调的色度值。
因为要存储图像的主色调的色度值,而色度值的计算是通过一个专门用于RGB转换为HIS公式
其中:
R≠G或R≠B
H为使色调归一化至[0,1]范围内。
因此必需将maincolor字段的类型设为Double(双精度浮点型)。
(4)pictureindex字段(图像索引号)
pictureindex是用于寄存图像数据库系统中图像索引号的字段。
因为要存储图像索引号,因此要将pictureindex字段的类型设为Integer(长整型)。
(5)clrused字段(图像用的颜色数)
clrused是用于寄存图像数据库系统中图像总共所用的颜色数。
因为要存储图像的颜色个数,因此要将clrused字段的类型设为Integer(长整型)。
(6)mj1…mj10字段(图像分块后各个分块的面积)
mj1…mj10是用于寄存图像数据库系统中图像分块后各个分块的面积的字段。
它不是胡乱存储的。
它是依照图像分块后各个分块的面积从大到小的顺序进行存储的。
最大的面积被寄存在mj1中,以此类推最小的面积被寄存在mj10中。
(若是图像分了10个分块)因为要存储图像分块后各个分块的面积值,因此要将mj1…mj10字段的类型设为Integer(长整型)。
(7)path字段(图像文件所在的路径)
path是用于寄存图像数据库系统中图像文件所在的路径的字段。
因为要存储图像文件所在的路径,因此path字段的类型必需设为Char(50)(字符型)。
(8)blockcolor1…blockcolor10字段(图像分块后各个分块的主色调)
blockcolor1…blockcolor10是用于寄存图像数据库系统中图像分块后各个分块的主色调的字段。
因为要存储图像分块后各个分块的主色调,而与maincolor字段(整张图像的主色调)的缘故相似,blockcolor1…blockcolor10字段的类型也必需设为Double(双精度浮点型)。
2.3.3减少图像数据库寄存特点值容量的有关方法
一、图像数据库特点值组合分解法
图像数据库往往需要存储海量的数据。
通过必然的算法,提取数据的特点值。
然后,对应的存储在图像数据库中,通过必然的方式进行识别。
因此,咱们为了尽可能的减缓图像数据库的复杂度,利用了图像数据库特点值组合分解方式。
图像数据库中的特点值blockcolor1…blockcolor10字段确实是利用图像数据库特点值组合分解法。
图像数据库特点值组合法具体的实现是:
1)要从blockcolor1…blockcolor10字段的组成开始讲。
blockcolor1…blockcolor10字段的组成是由:
X坐标(图像各个分块的最左上方的X坐标)、Y坐标(图像各个分块的最左上方的Y坐标)、图像分块后各个分块的主色调,三部份组成。
它们三者的组合顺序是:
XY主色调(其中主色调的值应该在3.14之内)例如:
XY2.235648。
2)开始制作这些特点值组合的blockcolor1…blockcolor10字段。
从程序中掏出图像分块后各个分块的位置(X坐标、Y坐标)。
然后,由于blockcolor1…blockcolor10字段的特点值组合顺序是,XY主色调(其中主色调的值应该在3.14之内)。
由于图像是256*256的像素。
因此,先把Y的坐标值掏出乘以10再加上主色调的色度值。
再把X的坐标值掏出乘以10000加上Y的坐标值掏出乘以10再加上主色调的色度值的和。
最后,取得的确实是利用图像数据库特点值组合方式,做出的blockcolor1…blockcolor10字段值。
那个字段值把本来应该分开的图像分块的位置特点值和图像分块的主色调特点值组合在了一路,从而简化了图像数据库。
图像数据库特点值分解法具体的实现是:
当blockcolor1…blockcolor10字段已经利用了图像数据库特点值组合法后,现在若是图像数据库想从blockcolor1…blockcolor10字段组合中,别离分离出X坐标、Y坐标、图像分块的主色调时,就应该
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