圖像顏色檢索的一種方法

圖像顏色檢索的一種方法

1顏色定量的方法對于顏色提取，通常采用采樣和量化后的顏色分布直接作為顏色索引，獲得的顏色索引表示圖像中不同顏色的圖像排列。這與傳統(tǒng)的幾何方法不同。顏色索引的方法具有動(dòng)態(tài)的算法，可以適應(yīng)不同的變化。例如，即使改變位置、方向、甚至基本形狀（例如，在桌子上放置襯衫），也不會(huì)影響搜索結(jié)果。然而，這種方法對光非常敏感，因此改變照明強(qiáng)度的變化會(huì)改變算法的結(jié)果。因此，人們提出了一種手動(dòng)測量顏色的方法，以減少光強(qiáng)度的變化對顏色搜索的影響。顏色定量的方法是對圖像進(jìn)行預(yù)處理.為了減少光照情況對查詢結(jié)果的影響,規(guī)范化圖像為標(biāo)準(zhǔn)的光照度,使用顏色定量的方法進(jìn)行管理,并利用在場景中放入幾片光譜反射修補(bǔ)片.盡管利用顏色定量進(jìn)行預(yù)處理的方法工作效果很好,但是,令人不太滿意的是顏色定量的獲得比基于顏色目標(biāo)識(shí)別更困難.簡單的顏色校正方法如:在場景中放入一個(gè)白色的校準(zhǔn)片,這樣做效果不好.因?yàn)閺?fù)合光源和光的反射等原因,導(dǎo)致照明度經(jīng)常在強(qiáng)度和光譜的組成上改變.因此,我們提出了采用顏色常量的方法.2方向?qū)?shù)方向?qū)?shù)它是使用顏色值的對數(shù)的導(dǎo)數(shù)索引的方法(拉普拉斯或方向?qū)?shù)),它得到的結(jié)果是與相臨區(qū)域的變化率.因?yàn)?光照度在一定區(qū)域內(nèi)可以看作為定量.這樣,以顏色變化率為索引,就可以排除光照成分對顏色的影響.2.1兩區(qū)域課外兩方小區(qū)的變換對求導(dǎo)結(jié)果的影響運(yùn)用拉普拉斯公式對象素的三元素求對數(shù)后,再求導(dǎo),則產(chǎn)生一個(gè)新的三元組,這實(shí)際上是把測量顏色面積的方法用測量顏色邊界長度來代替.求導(dǎo)以后,除了兩種顏色區(qū)域邊界外,這個(gè)三元組都近似為0,所有在某一種顏色邊界的象素都會(huì)得到大致相同的三元組.把它們進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并放入直方圖的相應(yīng)項(xiàng)中.故在直方圖中每一項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)值代表了兩個(gè)特定顏色的邊界長度.即使由于偶然光照情況使兩區(qū)域中RGB三元組發(fā)生變化,在這兩個(gè)區(qū)域中RGB三元組的變化率也不會(huì)發(fā)生顯著變化.而由于對數(shù)的導(dǎo)數(shù)正好反映這種變化率,因而求導(dǎo)結(jié)果也不會(huì)發(fā)生大的變化.所以,求導(dǎo)后,三元組仍然可以放入直方圖中的相應(yīng)項(xiàng)中.顯然,光照不會(huì)影響兩種色塊的邊界長.因此,隨著光照度的變化,直方圖中的值不會(huì)隨著光照而改變.但是,由于它是通過求兩種顏色的邊界長的方法實(shí)現(xiàn)顏色的查詢,所以噪音對查詢結(jié)果的影響比測量顏色面積的方法大,并且對于在沒有光照度變化的情況下,它的檢索效果不如測量顏色面積的方法.2.2顏色常數(shù)直方圖的構(gòu)建方法1指定的顏色值的對數(shù)ik(x,y)?ln(ρk(x,y)),k=1,2,3.其中ρk(x,y)表示(x,y)點(diǎn)的R,G,B值.2[fx,y][fx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yfx,yb]n拉普拉斯卷積:dk(x,y)??2ik(x,y),k=1,2,3.?2={[f(x+1,y)?f(x,y)]?[f(x,y)?f(x?1,y)]}+{[f(x,y+1)?f(x,y)]?[f(x,y)?f(x,y?1)]}.?2={[f(x+1,y)-f(x,y)]-[f(x,y)-f(x-1,y)]}+{[f(x,y+1)-f(x,y)]-[f(x,y)-f(x,y-1)]}.4個(gè)方向的導(dǎo)數(shù):dm,k(x,y)??mik(x,y)?k=1???3,m=1,??4.dm,k(x,y)??mik(x,y)?k=1???3,m=1,??4.31直方圖的構(gòu)建拉普拉斯:4個(gè)方向?qū)?shù):3圖像相似距離的計(jì)算圖像的檢索問題可以表示為:任給一個(gè)檢索圖像P,從圖像庫φ中檢索出一個(gè)圖像,使?F∈φ,取minD(f(P),f(F)).其中D(f(P),f(F))為圖像P和F的相似距離.那么,如何來計(jì)算圖像之間的相似距離呢?一種方法是由Swain提出的直方圖交集的方法.3.1圖像的初步比較直方圖交集算法,根據(jù)顏色索引檢索出查詢圖像的顏色直方圖,將其與模型圖像(即庫中的每個(gè)圖像)的直方圖取交集,根據(jù)交集的值來選出最佳匹配圖像.直方圖交集的公式如下其中,Ha為查詢圖像直方圖,Hb為圖像庫中的任一圖像直方圖,D(Ha,Hb)為兩圖像的匹配值.D(Ha,Hb)∈(0,1),它的值越接近1,則兩幅圖像越相似.如果兩幅圖像完全一致,則D(Ha,Hb)=1.直方圖交集方法能對兩幅圖像進(jìn)行詳細(xì)的比較.然而,對于許多合成的圖像,例如商標(biāo)等,它們有大量的一致顏色.三維直方圖只有幾個(gè)域的值很高,而其它許多域的顏色信息變化很有限.因而,對于這樣的圖像進(jìn)行過細(xì)的比較是不必要的.又由于在掃描圖像時(shí)容易產(chǎn)生一些噪音,所以,這種過細(xì)的比較容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果.3.2距離公式的建立我們使用了一個(gè)距離查詢方法,將要查詢的圖和模型圖進(jìn)行比較.從我們實(shí)驗(yàn)的查詢結(jié)果可以看出,這種方法對在有噪音的情況下效果更好.我們可以利用歐基里德距離公式(EuclideanDistance)來計(jì)算距離.對于兩個(gè)N維直方圖x,y,兩者的歐式距離可以表示如下d2hist(x,y)=(x1?y1)2+(x2?y2)2+?+(xn?yn)2=(x?y)T(x?y).dhist2(x,y)=(x1-y1)2+(x2-y2)2+?+(xn-yn)2=(x-y)Τ(x-y).這種距離公式雖然簡單,但是與特定的顏色分布無關(guān),因此,我們引入相關(guān)權(quán)值A(chǔ),這里A是一個(gè)N×N維矩陣,此時(shí)距離公式可以表述如下d2hist=(x?y)TA(x?y).dhist2=(x-y)ΤA(x-y).為了簡化運(yùn)算,將直方圖x,y規(guī)范化,使其滿足:0≤xi,yi≤1且.矩陣A=[aij],權(quán)aij表示顏色i和顏色j之間的相似程度.若取z=x-y,則有取定了距離公式后,我們需要找出A的取值,且要保證此矩陣A能夠保證d2hist≥0.然而,這種假設(shè)不是必要條件,因?yàn)橛袟l件存在.我們用dij表示顏色i和顏色j在RGB顏色空間中的距離.取aij=(1-dij/dmax),其中,dmax=maxij(dij).有因?yàn)閯t其中4試驗(yàn)結(jié)果的分析與比較我們對直方圖交集和歐式距離公式的方法從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn).1n正常n庫中的每個(gè)圖像都被作為查詢圖像.2r旋轉(zhuǎn)r對庫中的圖像進(jìn)行了水平旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn).即在二維空間驗(yàn)證同一物體按不同的方向放置是否對查詢結(jié)果產(chǎn)生影響.3方向d對同一物體的不同側(cè)面拍攝的圖像.即在三維空間的變化.4比例圖s同一幅圖像按不同的大小比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn).即為了驗(yàn)證同一幅圖像,圖像的大小比例不同是否會(huì)對查詢結(jié)果產(chǎn)生影響.5圖像旋轉(zhuǎn)非負(fù)局部變化圖像的噪音對查詢結(jié)果的影響.我們隨機(jī)地在圖像中加入各種顏色的噪音,來測量噪音對查詢結(jié)果的影響.以下是對庫中100多幅圖像進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果:由以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,圖像大小比例的變化及在二維空間進(jìn)行圖像的旋轉(zhuǎn),對實(shí)驗(yàn)結(jié)果無影響;圖像在三維空間的方向變化和噪音,降低了檢索的正確率.從直方圖交集方法和歐式距離公式方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比可以看出,歐式距離公式的方法比直方圖