海洋生物图

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海洋生物图是中国的一个科技名词。

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名词解释

海洋生物图是指基于内容的图像检索技术主要是通过提取图像的颜色、形状、纹理等可视特征作为图像检索依据，对图像库进行近似检索。针对海洋生物图像的特点，将离散余弦变换技术应用到图像检索中，计算基于圆环分割的图像块的DCT能量矩得到图像的纹理信息。

检索方法

国家科技部2010年已建立了“国家自然科技资源平台”，该平台整合了各种各样的海洋生物资源，这些资源的属性很丰富，其中绝大部分都具有图像表达属性。但是海洋生物种类繁多，结构复杂，单纯依靠关键字的组合分类进行检索，其效率不高。因此，研究先进的海洋生物图像检索算法以提高图像检索的准确性、高效性，更好地实现海洋生物资源的共享，已成为一个迫切需要解决的问题，这也是优化海洋生物科技资源平台的重要构件。

多数图像检索采用了基于内容的图像检索技术来实现，该技术的研究集中在五个方面：一是如何提取与表达图像的特征，二是如何建立与管理图像检索数据库，三是如何度量图像特征的相似性，四是如何评价图像检索系统的性能，五是如何实现图像检索的网络化应用。已经开发出来的基于内容的图像检索系统主要包括：UIUC的MARS系统、MIT的Photobook系统、IBM的QBIC系统、Columbia的Visualseek和Webseek系统等。基于内容的图像检索技术的核心是提取图像颜色、纹理、形状等方面的特征。但是海洋生物图像由于拍摄光线等原因，对颜色特征不敏感。笔者主要围绕海洋生物图像的纹理及形状特征，做了以下三个方面的研究工作：一是海洋生物图像的纹理特征的表达、描述及提取；二是海洋生物图像的形状特征的表达、描述及提取；三是将纹理特征和形状特征有效整合。经过深入研究，笔者提出了一种基于DCT的快速有效提取能量矩特征的方法，并结合基于Hu不变矩的形状特征，设计一种用于海洋生物图像的多矩特征的图像检索方法。最后通过实验对比证实该算法有较好的图像检索准确率，且对图像旋转、尺寸变化等有较强的鲁棒性。

海洋生物图像纹理特征的表达

在基于内容的图像检索技术中，如何提取图像特征以及如何表达图像特征是非常关键的。通常对于一幅图像而言，其表现出的图像特征不止一个，可能是N个。即便针对这N个特征中的一个具体特征而言，其特征表达方法也是不限定，可能是M种方法。在基于内容的图像检索技术中研究图像特征主要集中在三个方面：第一是图像的颜色，第二是图像的形状，第三是图像的纹理。考虑到海洋生物图像的颜色特征不敏感特性，本文提取图像的纹理和形状特征作为内容表达。对于物体表面所呈现出的共有内在特性是通过纹理特征来表达的，该特征不仅体现了物体与周围环境之间的联系，还包含了物体表面结构组织排列的关键信息。学术界普遍认为图像的纹理分析主要有两类方法：结构分析法和统计分析法。其中，结构分析法的规则通常包括形态学算子，边界图等。统计分析法的规则包括：马尔可夫随机场、分形模型、Tamura纹理特征、共生矩阵、Gabor等多分辨率分析方法以及小波变换等等。一般而言，如果一幅图像的纹理比较规则，那么分析其纹理特征时选择结构分析法就非常有效。离散余弦变换是一个基于实数的正交变换，由于其较高的压缩性能和实现算法快速简单，被广泛应用于各种视频和图像编码标准中。笔者在利用离散余弦变换技术表达图像纹理特征方面进行了重点研究实验，并将该技术应用拓展到海洋生物图像检索领域，提出了一种基于离散余弦变换能量矩提取海洋生物图像纹理特征的方法。简言之，第一步几何划分待检索的海洋生物图像并生成m个子块，第二步取得m个子块各自的DCT变换系数的直流分量，第三步计算能量的均值和方差来描述海洋生物图像的纹理特征。鉴于能量的均值和方差在描述图像纹理统计特性方面的突出作用，可以考虑使用均值和方差作为图像间匹配的重要依据。

基于Hu不变矩的海洋生物图像形状特征

形状特征在二维海洋生物图像检索应用中，是必须要关注的一个因素。由于海洋生物图像的形状特征非常稳定，不会伴随图像颜色的变化而发生改变，所以形状特征显得格外重要。一般而言，图像形状特征既可以采用基于边界轮廓特征的方法，也可以采用基于区域特征的方法表达。前者包括：傅立叶形状描述符、边界直方图、链编码、曲率尺度空间等，其中傅立叶形状描述符被公认为典型的边界轮廓特征表示方法。后者包括形状不变矩、形状参数、区域面积等。

研究结论

研究提出了一种新的基于纹理的图像检索方法，首先将图像进行圆环几何分割，然后提取各圆环图像块的DCT变换系数的直流分量，并计算其均值和方差作为图像的纹理特征，实现了以较少的特征向量表达较多的图像信息，从而快速地获得较好的检索效果。并在此基础上，采用Hu不变矩来表示图像的形状特征，提出了一种综合DCT能量矩和Hu不变矩的多特征海洋生物图像检索的算法。实验表明，本文提出的算法检索效果较好且计算简单方便，并且对图像平移、图像旋转和图像缩放等几何变换具有不变性，具有一定的实用意义。未来笔者在此基础上，将更加深入地研究如何合理设置综合检索中的权重，及其他相关反馈技术来进一步提高图像检索的精度。