圖像數(shù)據(jù)管理(數(shù)據(jù)庫(kù))

時(shí)間：2022-11-25 12:30:01 | 來(lái)源：信息時(shí)代

時(shí)間：2022-11-25 12:30:01 來(lái)源：信息時(shí)代

    圖像數(shù)據(jù)管理 : 在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)或圖像數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(IDBMS)支持下,對(duì)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)(IDB)中的數(shù)字圖像進(jìn)行管理的技術(shù),其中包括對(duì)圖像、圖像數(shù)據(jù)庫(kù)和圖像數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的研究。
1. 圖像(image)
圖像是指采用各種光電設(shè)備或觀察系統(tǒng)以不同的形式及手段觀測(cè)客觀世界而獲得的,可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺(jué)的信息實(shí)體。如通過(guò)人的視覺(jué)系統(tǒng)觀測(cè)得到的圖像就是客觀景物在人眼中形成的影像。視覺(jué)是人類(lèi)觀察、認(rèn)知客觀世界的重要手段。據(jù)統(tǒng)計(jì),人類(lèi)從外界獲取的信息有75%以上來(lái)自視覺(jué)系統(tǒng),這不僅說(shuō)明視覺(jué)信息量的龐大,更表明視覺(jué)信息對(duì)人類(lèi)有很高的利用率。視覺(jué)信息主要來(lái)源于圖像,這里圖像具有廣泛的含義,包括圖形、照片、動(dòng)畫(huà)、視頻圖像等。通常,圖像中包含了大量的信息,所謂“百聞不如一見(jiàn)”、“一圖值千金”,就是這個(gè)道理。圖像信息的重要性使它在多媒體技術(shù)中占據(jù)了重要地位,并促進(jìn)了圖像數(shù)據(jù)庫(kù)的產(chǎn)生與發(fā)展。
客觀世界在空間上是三維(3 dimension,3D)的,但大部分成像裝置都將3D世界投影到二維(2dimension,2D)像平面上,因此人們所觀察到的圖像基本上是2D的。通常,一幅圖像可用一個(gè)2D數(shù)組f(x,y)來(lái)表示,這里,x和y表示2D空間XY中一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的位置,而f代表圖像在點(diǎn)(x,y)的某種性質(zhì)F的數(shù)值。通常,人們所見(jiàn)的圖像多是連續(xù)的,即f、x、y的值是任意的實(shí)數(shù),為適應(yīng)在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)圖像和對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,需要將連續(xù)圖像的坐標(biāo)空間XY和性質(zhì)空間F離散化。這種離散化了的圖像被稱(chēng)為數(shù)字圖像。表達(dá)數(shù)字圖像的2D數(shù)組f(x,y)中,f、x、y都在整數(shù)集合中取值。
早期人們將picture譯為圖像,隨著近年來(lái)數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在都采用image來(lái)表示離散化了的數(shù)字圖像,因此,人們理解的圖像及圖像數(shù)據(jù)庫(kù)就具有這樣的含義。通常,數(shù)字圖像中的每個(gè)基本單元稱(chēng)為圖像元素,簡(jiǎn)稱(chēng)像素(pixel)。圖像在空間上的分辨率與它所包含的像素的個(gè)數(shù)有關(guān),單位尺寸上像素的個(gè)數(shù)越多,圖像的分辨率就越高。
近年來(lái),計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)的進(jìn)步,使圖像的概念有了很大拓展。除2D、3D圖像、立體圖像外,彩色圖像、多光譜圖像、多視圖像等逐漸出現(xiàn),而且從靜止的單幅圖像發(fā)展到圖像序列、運(yùn)動(dòng)圖像(視頻圖像)。因此,可以將圖像的概念擴(kuò)展為“反映景物輻射和反射的電磁波譜強(qiáng)度的連續(xù)多維信息”,在數(shù)學(xué)上可將其表示為多元函數(shù):I=f(x,y,z,t,λ)。I是圖像的強(qiáng)度,它是三維空間坐標(biāo)x、y、z的函數(shù),也是時(shí)間t和光波(包括電磁波等)波長(zhǎng)λ(反映色彩變化)的函數(shù)。對(duì)一般的靜止二維圖片或圖像來(lái)說(shuō),I與z無(wú)關(guān),它是一個(gè)簡(jiǎn)單的二維函數(shù):I=f(x,y)。當(dāng)t變化時(shí),就是運(yùn)動(dòng)圖像或動(dòng)畫(huà)圖像;當(dāng)λ變化時(shí),就會(huì)得到不同用途的圖像。例如,由可見(jiàn)光可得到普通圖片或電視圖像; 利用伽馬射線(λ=0.003～0.03毫微米)和X-射線(λ=0.03～3毫微米)可得到醫(yī)學(xué)圖像: 利用可見(jiàn)光和紅外線(λ=0.38～10微米)可得到衛(wèi)星遙感圖像。圖像概念的擴(kuò)展,開(kāi)拓了圖像數(shù)據(jù)庫(kù)和圖像處理技術(shù)應(yīng)用的廣闊空間。
2. 圖像數(shù)據(jù)庫(kù)(image database)
圖像數(shù)據(jù)庫(kù),簡(jiǎn)稱(chēng)圖像庫(kù)(image base),是多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中的一種。圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的是與圖形、圖像有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合,它包括圖像(或圖形)的特征,圖像內(nèi)某一對(duì)象的意義,圖像之間的邏輯關(guān)系等。圖像數(shù)據(jù)庫(kù)與通常事務(wù)處理用的數(shù)據(jù)庫(kù)不同,其操作對(duì)象是圖像數(shù)據(jù),并提供對(duì)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索和有效處理。通常,對(duì)存儲(chǔ)量十分龐大的圖像庫(kù),在分布式環(huán)境下可以采用客戶機(jī)/服務(wù)器及Web方式實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索和管理。采用圖像數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理圖像數(shù)據(jù)可以提高系統(tǒng)處理圖像數(shù)據(jù)的能力,同時(shí)又能保證圖像操作的響應(yīng)時(shí)間。由于圖像數(shù)據(jù)是一種復(fù)雜的對(duì)象,其信息量非常龐大,信息間的聯(lián)系十分密切,而且又要考慮圖像在處理和傳輸過(guò)程中的各種復(fù)雜問(wèn)題,因此,需要通過(guò)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的有效管理。
3. 圖像數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(image data base management system,IDBMS)
較之傳統(tǒng)的DBMS,IDBMS具有如下特點(diǎn):①除常規(guī)的屬性數(shù)據(jù)外,其主要管理、操作的對(duì)象是具有各種格式和不同結(jié)構(gòu)的圖像,以及圖像內(nèi)的圖像實(shí)體、實(shí)體之間的關(guān)系等; ②要提供用于圖像運(yùn)算和圖像處理的圖像(可視)操作語(yǔ)言(如基于Icon的圖像查詢語(yǔ)言)。以查詢?yōu)槔?一般要同時(shí)涉及常規(guī)屬性數(shù)據(jù)的操作和圖像操作這兩種截然不同的處理。為此,IDBMS要向用戶提供常規(guī)數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言和圖像查詢語(yǔ)言,并應(yīng)妥善解決兩者之間的結(jié)合問(wèn)題; ③系統(tǒng)除可輸出各種文字字符、報(bào)表外,還可直接輸出圖像; ④要滿足各種圖像處理(如圖像特征提取、圖像變換、圖像分割、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像重建、圖像混合和圖像分析等)的特殊要求; ⑤針對(duì)某些專(zhuān)門(mén)應(yīng)用而生成的IDBMS,往往依賴(lài)于問(wèn)題的擴(kuò)充部分,如特殊的圖像理解算法和特殊的相似檢索算法等。
在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中,對(duì)圖像的存儲(chǔ)和管理還有一些特殊的要求: ①為節(jié)省存儲(chǔ)空間和提高查詢效率,應(yīng)將圖像的像素值表示為灰度值、熱輻射量等,并將物理圖像轉(zhuǎn)換為邏輯圖像,該圖像的像素值代表一定類(lèi)別,它可由某類(lèi)特定信息來(lái)度量或由圖像實(shí)體的特征關(guān)系來(lái)表示。②在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中,將圖像實(shí)體的幾何特征及其相互關(guān)系用圖像實(shí)體屬性(屬性文件形式)來(lái)表示,這樣,圖像數(shù)據(jù)就對(duì)應(yīng)著圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像實(shí)體屬性,對(duì)它可以像對(duì)圖像屬性數(shù)據(jù)一樣來(lái)操作; ③圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在圖像庫(kù)中應(yīng)按一定的格式進(jìn)行相應(yīng)的組織,其描述信息包括圖像類(lèi)型、存儲(chǔ)方式、空間坐標(biāo)、波段數(shù)、尺寸等信息。通常,庫(kù)文件頭及圖像的注釋信息,還應(yīng)同圖像的物理記錄存儲(chǔ)在一起,用以說(shuō)明圖像的來(lái)源、圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)等。在圖像格式化記錄中,有時(shí)還需要記錄圖像處理(圖像增強(qiáng)、邊緣增強(qiáng)、色彩、閾值、幾何與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等)方面的圖像描述與注釋信息。
在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中,將圖像實(shí)體的幾何特征及其相互關(guān)系用屬性數(shù)據(jù)庫(kù)文件的形式表示,這樣,對(duì)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中圖像數(shù)據(jù)的操作就相當(dāng)于對(duì)圖像實(shí)體屬性一樣來(lái)進(jìn)行操作處理。
無(wú)論是矢量形式或位圖形式的圖像,都需將一些說(shuō)明圖像特性的信息,以圖像注釋記錄的形式同圖像一起存儲(chǔ)在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中。圖像注釋記錄可附在圖像數(shù)據(jù)的前面或后面,用以說(shuō)明圖像的來(lái)源、圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、圖像數(shù)據(jù)的類(lèi)型及格式、何時(shí)何地及進(jìn)行何種處理等。