海洋生物圖

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海洋生物圖是中國的一個科技名詞。

漢字是中華民族燦爛文化展台上一顆無可取代、熠熠閃光的明珠。漢字之美，美在莊重典雅，形神兼具。她承載的是中華民族數千年的厚重歷史與燦爛文化。她的美，是無與倫比的。

目錄

名詞解釋

海洋生物圖是指基於內容的圖像檢索技術主要是通過提取圖像的顏色、形狀、紋理等可視特徵作為圖像檢索依據，對圖像庫進行近似檢索。針對海洋生物圖像的特點，將離散餘弦變換技術應用到圖像檢索中，計算基於圓環分割的圖像塊的DCT能量矩得到圖像的紋理信息。

檢索方法

國家科技部2010年已建立了「國家自然科技資源平台」，該平台整合了各種各樣的海洋生物資源，這些資源的屬性很豐富，其中絕大部分都具有圖像表達屬性。但是海洋生物種類繁多，結構複雜，單純依靠關鍵字的組合分類進行檢索，其效率不高。因此，研究先進的海洋生物圖像檢索算法以提高圖像檢索的準確性、高效性，更好地實現海洋生物資源的共享，已成為一個迫切需要解決的問題，這也是優化海洋生物科技資源平台的重要構件。

多數圖像檢索採用了基於內容的圖像檢索技術來實現，該技術的研究集中在五個方面：一是如何提取與表達圖像的特徵，二是如何建立與管理圖像檢索數據庫，三是如何度量圖像特徵的相似性，四是如何評價圖像檢索系統的性能，五是如何實現圖像檢索的網絡化應用。已經開發出來的基於內容的圖像檢索系統主要包括：UIUC的MARS系統、MIT的Photobook系統、IBM的QBIC系統、Columbia的Visualseek和Webseek系統等。基於內容的圖像檢索技術的核心是提取圖像顏色、紋理、形狀等方面的特徵。但是海洋生物圖像由於拍攝光線等原因，對顏色特徵不敏感。筆者主要圍繞海洋生物圖像的紋理及形狀特徵，做了以下三個方面的研究工作：一是海洋生物圖像的紋理特徵的表達、描述及提取；二是海洋生物圖像的形狀特徵的表達、描述及提取；三是將紋理特徵和形狀特徵有效整合。經過深入研究，筆者提出了一種基於DCT的快速有效提取能量矩特徵的方法，並結合基於Hu不變矩的形狀特徵，設計一種用于海洋生物圖像的多矩特徵的圖像檢索方法。最後通過實驗對比證實該算法有較好的圖像檢索準確率，且對圖像旋轉、尺寸變化等有較強的魯棒性。

海洋生物圖像紋理特徵的表達

在基於內容的圖像檢索技術中，如何提取圖像特徵以及如何表達圖像特徵是非常關鍵的。通常對於一幅圖像而言，其表現出的圖像特徵不止一個，可能是N個。即便針對這N個特徵中的一個具體特徵而言，其特徵表達方法也是不限定，可能是M種方法。在基於內容的圖像檢索技術中研究圖像特徵主要集中在三個方面：第一是圖像的顏色，第二是圖像的形狀，第三是圖像的紋理。考慮到海洋生物圖像的顏色特徵不敏感特性，本文提取圖像的紋理和形狀特徵作為內容表達。對於物體表面所呈現出的共有內在特性是通過紋理特徵來表達的，該特徵不僅體現了物體與周圍環境之間的聯繫，還包含了物體表面結構組織排列的關鍵信息。學術界普遍認為圖像的紋理分析主要有兩類方法：結構分析法和統計分析法。其中，結構分析法的規則通常包括形態學算子，邊界圖等。統計分析法的規則包括：馬爾可夫隨機場、分形模型、Tamura紋理特徵、共生矩陣、Gabor等多分辨率分析方法以及小波變換等等。一般而言，如果一幅圖像的紋理比較規則，那麼分析其紋理特徵時選擇結構分析法就非常有效。離散餘弦變換是一個基於實數的正交變換，由於其較高的壓縮性能和實現算法快速簡單，被廣泛應用於各種視頻和圖像編碼標準中。筆者在利用離散餘弦變換技術表達圖像紋理特徵方面進行了重點研究實驗，並將該技術應用拓展到海洋生物圖像檢索領域，提出了一種基於離散餘弦變換能量矩提取海洋生物圖像紋理特徵的方法。簡言之，第一步幾何劃分待檢索的海洋生物圖像並生成m個子塊，第二步取得m個子塊各自的DCT變換係數的直流分量，第三步計算能量的均值和方差來描述海洋生物圖像的紋理特徵。鑑於能量的均值和方差在描述圖像紋理統計特性方面的突出作用，可以考慮使用均值和方差作為圖像間匹配的重要依據。

基於Hu不變矩的海洋生物圖像形狀特徵

形狀特徵在二維海洋生物圖像檢索應用中，是必須要關注的一個因素。由于海洋生物圖像的形狀特徵非常穩定，不會伴隨圖像顏色的變化而發生改變，所以形狀特徵顯得格外重要。一般而言，圖像形狀特徵既可以採用基於邊界輪廓特徵的方法，也可以採用基於區域特徵的方法表達。前者包括：傅立葉形狀描述符、邊界直方圖、鏈編碼、曲率尺度空間等，其中傅立葉形狀描述符被公認為典型的邊界輪廓特徵表示方法。後者包括形狀不變矩、形狀參數、區域面積等。

研究結論

研究提出了一種新的基於紋理的圖像檢索方法，首先將圖像進行圓環幾何分割，然後提取各圓環圖像塊的DCT變換係數的直流分量，並計算其均值和方差作為圖像的紋理特徵，實現了以較少的特徵向量表達較多的圖像信息，從而快速地獲得較好的檢索效果。並在此基礎上，採用Hu不變矩來表示圖像的形狀特徵，提出了一種綜合DCT能量矩和Hu不變矩的多特徵海洋生物圖像檢索的算法。實驗表明，本文提出的算法檢索效果較好且計算簡單方便，並且對圖像平移、圖像旋轉和圖像縮放等幾何變換具有不變性，具有一定的實用意義。未來筆者在此基礎上，將更加深入地研究如何合理設置綜合檢索中的權重，及其他相關反饋技術來進一步提高圖像檢索的精度。