电脑编程技巧与维护 基于 HSV颜色特征 图像检索算法在 Matlab中的实现 王彦林 (武汉商学 院信息工程系 ，武汉 430056) 摘 要 ：在分析基于颜 色特征 的图像检索算法基础上 ，并实现 了基 于 HSV颜 色特征 图像检 索算 法，实验证 明 ，该算 法 的有 效性 和 实 用性 。 关键词 ：图像检 索 ；颜色特征 ；HSV颜 色 The Im plem ent of Im age Retrieval Algorithm Based on HSV in M atlab (Information Engineering Department of W uhan Business University，W uhan 430056，China) W ANG Yan-lin Abstract：The image retrieval algorithm based on HSV is implemented by analyzing image retrieval algorithm based on col— or feature．Experiment has illustrated the effectiveness and practicality of the algorithm． Key words： image retrieval；color feature；HSV color 1 图像 检 索算 法研 究现状 图 像 的检 索 ，而 且 无 需 人 工 标 注 ，计 算 机 自动 分 析 检 索 ，节 随 着 科 技 的 不 断 进 步 和 多 媒 体 技 术 的 不 断 发 展 ． 以 图 省 大量 的人 力 和 物 力 。 片 、图 表 、 动 画 和 视 频 为 主 要 形 式 的数 字 多 媒 体 的 数 据 量 日 基 于 内容 的 图 像 检 索 算 法 根 据 图 像 特 征 的 类 型 ， 可 以 分 益 庞 大 。尤 其 是 在 科 学 计 算 、可 视 化 、工 程 制 图 及 其 他 众 多 为 基 于 色 彩 特 征 的 图像 检 索 算 法 、基 于 纹 理 特 征 的 图 像 检 索 领 域 如 图字 图 书 馆 、 知识 产 权 保 护 、 医 疗 图像 管 理 、 交 通 检 算 法 、基 于形 状 特 征 的 图 像 检 索 算 法 和 基 于 空 间 关 系 的 图像 测 、GIS等 领 域 ，每 天 都 有 数 据 量 惊 人 的 图 像 信 息 在 不 断 地 检 索 算 法 。 主 要 研 究 基 于 色 彩 特 征 的 图 像 检 索 算 法 ，并 根 据 产 生 与 更 新 。 另 外 ，伴 随 网 络 技 术 不 断 地 深 人 人 们 的 日常 工 其 原 理 ，用 Maflab实 现 了 基 于 HSV 色 彩 特 征 的 图 像 检 索 算 作 、生 活 、 娱 乐 等 活 动 ，网 络 上 传 输 的 数 字 图 像 信 息 也 正 以 法 ，实 验证 明 ，该 算 法 的 正 确性 和有 效 性 。 指 数 级 增 长 。 这 些 数 字 图 像 信 息 在 网 络 站 点 上 是 无 序 的 、无 2 基 于 色彩特 征 的图像检 索算 法 索 引 的 ，在 这 种 环 境 下 查 询 相 关 数 字 图 像 资 料 时 非 常 耗 时 ． 色 彩 是 反 映 了 对 象 的一 种 视 觉 特 性 ，每 种 物 体 都 有 其 特 因 此 ，人 们 迫 切 需 要 一 种 有 效 的 图像 信 息 检 索 工 具 来 满 足 检 有 的色 彩 特 征 ，譬 如 绿 色 往 往 与 树 木 、草 原 相 关 ，而 同一 类 索 需 求 。 物 体 往 往 有 着 相 似 的 色 彩 特 征 。 因 此 可 以 根 据 色 彩 特 征 来 区 传 统 的 图 像 检 索 技 术 是 基 于 文 本 索 引 的 图 像 检 索 ，它 通 分 图 像 。使 用 色 彩 特 征 来 检 索 图 像 可 追 溯 到 Swain和 Ballard 过 用 文 本 描 述 图像 ，然 后 在 这 些 图像 文 本 标 注 基 础 上 应 用 成 提 出 的色 彩 直 方 图 的 方 法 日。 由 于 色 彩 直 方 图具 有 简 单 且 随 图 熟 的文 本 搜 索 算 法 ，为 用 户 搜 索 预期 的 图像 。 虽 然 检 索 比较 像 的 大小 、旋 转 变 化 不 敏 感 等 特 点 ，得 到 了 研 究 人 员 的广 泛 准 确 而 且 速 度 很 快 ．但 是 随 着 图 像 数 据 库 规 模 的 不 断 增 大 。 关 注 ．归 纳 起 来 主 要 可 分 为 两 类 ：全 局 色 彩 特 征 索 引 和 局 部 这 种 检 索 消 耗 的 时 间 也 大 大 增 加 。 另 外 ， 人 工 标 注 具 有 强 烈 色 彩 特 征 索 引 。前 者 考 虑 全 局 颜 色 分 布 ，它 通 过 计 算 图像 中 的 主 观 性 和 不 确 定 性 。不 同 用 户 对 同 一 图像 的 理 解 有 时 具 有 每 种 颜 色 的 像 素 个 数 并 构 造 颜 色 灰 度 直 方 图 来 实 现 ，后 者 考 很 大 的差 异 ，进 而使 得 文 本 标 注 具 有 很 大 的 差 异 性 ，直 接 导 虑 局 部 相 似 的颜 色 区域 ，它 通 过 颜 色 分 类 与 一 些 几 何 特 性 ． 致 搜 索 的 不 正 确 性 。 鉴 于 上 述 因素 ，人 们 提 出 了一 种 新 的 图 如 颜 色 集 合 (color set) 等 来 抽 取 局 部 颜 色信 息 并 建 立 相 应 的 像 检 索 技术 一 基 于 图像 内容 的 检 索 CBIR (contented—based im． 有 效 索 引 。文 中 实 现 的 算 法 利 用 全 局 色 彩 特 征 来 建 立 索 引 ． age retrieva1)。 通 过 指 明 一 幅 示 例 图 像 ，与 图像 库 中各 图 像 的颜 色 直 方 图 进 基 于 内 容 的 图像 检 索 是 指 根 据 图 像 对 象 的 内容 及 上 下 文 行 相 似 性 匹 配查 询 。 联 系 在 大规 模 多 媒 体 数 据 库 中 进 行 检 索 _J1。 它 的 研 究 目标 是 提 如 何 选 取 合 适 的颜 色 特 征 ，如 何 进 行 有 效 的 特 征 抽 取 决 供 在 没 有 人 类 参 与 的 情 况 下 能 自动 识 别 或 理 解 图像 重 要 特 征 定 了 检 索 算 法 的 相 似 性 比较 和 检 索 效 果 。 所 以 选 择 合 适 的 颜 的 算 法 。 这 里 的特 征 主 要 是 指 图像 的 颜 色 、 纹 理 、 形 状 、 空 色模 型 是 算 法 实 现 中首 要 面 对 的 问 题 。 算 法 实 现 时 常 用 的 颜 间 关 系 等 。 基 于 内 容 的 图 像 检 索 算 法 主 要 思 想 是 ：首 先 以 图 色 模 型 主 要 有 面 向硬 件 的 RGB模 型 和 面 各 人 类 视 觉 的 HSV模 像 对 象 的 某 种 图像 特 征 为 索 引 ，计 算 查 询 图 像 和 目标 图像 的 相 似 距 离 ，然 后 按 相 似 度 匹 配进 行 检 索 ，最 后 根 据 相 似 度 的 作者简 介 ：王彦林 (1983一)，女 ，讲师 ，硕士 ，研究方 向 ： 值 将 结 果 按 照 相 似 程 度 由大 到小 排 列 。 与 传 统 的 基 于 文 本 的 图像 分 析 与识 别 、虚 拟 现 实 、视 频 分 析 。 图 像 检 索 相 比 ，在 具 有 图像 检 索 功 能 的 同 时 ，还 能 完 成 海 量 收 稿 日期 ：2013—05—08 2013 电奠壤程 与雏 技巧与雏护 -黪 

ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND IDENTIFICATION TECHNIQUES 人工智能及 识别技术 型 。 在 RGB模 型 中 ，所 有 颜 色 都 可 看 作 红 (R，red)，绿 (G， V 分 量 使 用 L 4+．s$4+ 合 成 为 特 征 向 量 ， 其 中 L∈ green)和 蓝 (B，blue) 的 3种 颜 色 的不 同组 合 ，各 原 色 分 成 0 [0，255]。 统 计 L中 各 元 素 出 现 的 次 数 P (k)，k--O，1…255。 在 到 255共 256个 等 级 脚。 RGB颜 色 模 型 所 覆 盖 的颜 色 域 取 决 于 Maflab中 ，使 用 如 下 两 条 代 码 完 成 次数 统 计 ：A=reshape (L，1， 显 示 设 备 荧 光 点 的 颜 色 特 征 ，是 与 硬 件 相 关 的 。 在 显 示 屏 上 M N)；count=hist(L，unique(A))；第一条语 句将 MxN数组转化 显 示 颜 色 定 义 时 ．往 往 采 用 这 种 模 式 。 图 像 如 用 于 电 视 、幻 为 l× ( Ⅳ)数 组 ，第 二 条 语 名 统 计 一 组 数 组 中各 元 素 出现 灯 片 、 网 络 、多 媒 体 ．一 般 使 用 RGB模 式 。HSV模 型 是 一 种 次 数 。 符 合 人 类 视 觉 感 知 特 征 的颜 色 空 间 ，特 别 适 合 于 人 类 肉 眼 对 设 71D、 分 别 表 示 检 索 图像 与 被检 索 图 像 的 统 计 直 方 图 ， 颜 色 的 识 别 H，它 把 彩 色 信 号 表 示 为 3种 属 性 ：色 调 H (Hue)、 采 用 欧 氏距 离 法 比较 两 个 图 像 的差 异 ，在 Matlab中 ， 相 似 度 饱 和度 S (Saturation)和 亮度 V (value)。 计 算 源 代 码 如 下 ： RGB彩 色模 型 被 广 泛 应 用 于 CRT设 备 显 示 彩 色 图 像 ，但 diff=T0-T； 它 并 不 是 一 个 均 匀 视 觉 的 颜 色 空 间 ，不 符 合 人 对 颜 色 的 感 知 EulerDistance= sqrt(sum (diff． diff))； 心 理 ．并 且 ，RGB颜 色 空 间 上 的距 离 并 不 代 表 人 眼 视 觉 上 的 颜 色 知 觉 差 异 。 因 此 ，本 文 算 法 在 对 彩 色 图 像 进 行 特 征 提 取 时 ．采 用 HSV 模 型 来 描 述 数 字 图像 ， 进 而 通 过 数 量 来 描 述 颜 色 的差 别 。 3 Matlab中基于 HSV颜色特征图像检索算法 基 于 HSV 颜 色 特 征 的 图 像 检 索算 法描 述 如 下 ： Step1：读 示 例 图像 信 息 ，并 将 图 像 转 换 为 HSV模 式 ； Step2：将 示 例 图像 HSV 空 间进 行非 等 间 隔量 化 ； Step3：计 算 示 例 图像 的统 计 直 方 图信 息 ； SteD4：按 照 Stepl～3方 法 循 环 计 算 图 像 库 中各 图 像 的 统 计 直方 图 ； W (k)=EulerDistance； 4 结 语 所 实 现 的基 于 HSV 颜 色 特 征 图像 检 索 算 法 使 用 全 局 颜 色 特 征来 进 行 检 索 ，描 述 了 图 像 或 图 像 区域 所 对 应 景 物 的 表 面 性 质 ，该 算 法 对 于 旋 转 、平 移 、 尺度 变 化 都 不 敏 感 ，表 现 出 很 强 的 鲁 棒 性 ，并 且 颜 色 特 征 计 算 简 单 ， 使 该 算 法 在 图像 检 索 领域 中具 有 很 强 的 适 用 性 。 然 而颜 色 的统 计 直 方 图 存 在 一 定 的 缺 陷 ， 比 如 ， 同样 的 一 个 对 象 在 不 同 的 背 景 中 得 到 的 两 幅 图 片 ，它 们 的 颜 色 直 方 图 可 能 有 很 大 的 差 别 ， 在 计 算 相 似 度 肘 认 为 不 相 似 (特 别 是 对 象 在 图 像 中所 占 的 比例 很 少 时 )， 所 以 如 何 选 择 合 适 的直 方 图 和 相 似 度 的计 算 法 将 是 今 后 研 究 Step5：利 用 统 计 直 方 图 的 欧 氏 距 离 分 别 计 算 示 例 图 像 与 的重 点 。 图像 库 中 图像 的相 似 度 ； 参考 文献 Step6：按 照 相 似 度 由大 到 小 顺 序 显 示 检 索 出的 图 像 。 『11 李 向 阳 ， 庄 越 挺 ， 潘 云 鹤 ．基 于 内 容 的 图像 检 索 技 术 与 上 述算 法 中 ，HSV 空 间进 行 量 化 方 法 如 下 ：设 C (x,y)为 系 统 ．计 算 机 研究 与发 展 [J1．2001，38(3)：344—354． RGB空 问 中大 小 为 MxN 的彩 色 图 像 ， 其 中 ，M、N 为 图像 C 【2】 Swain M J，Ballard D ti．Color indexing．International Journal (x，Y)垂 直 和 水 平 方 向 上 的 像 素 数 目 。利 用 Matlab中 的 [h,s， of Computer Vision，1991，7 f1)：1132． v】 =rgb2hsv (C)函数 将 RGB彩 色 空 间转 换 为 HSV 空 间 ，并 将 H、S、V 分 别 存 放 在 二 维 数 组 h、S、v中 。 将 取 值 范 围为 【3] 曹 奎 ，冯 玉 才 ，曹 忠 升 ．基 于颜 色 和 形 状 特 征 的 彩 色 图 像 表 示 与 检 索 技 术 【J】． 计 算 机 辅 助 设 计 与 图 形 学 学 报 ， 【0，360】、 【0， 1】、 [0， 1】的 H、 S、V 分 量 分 别 量 化 为 16 2001，13 (10)：906-911． f4] 孙 即祥 ，王 晓 华 ，钟 山 ，等 ．模 式识 别 中 特 征 提 取 与 计 算 机 视 学 不 变 量 [M】．北 京 ： 国防 工 业 出 版社 ，2001． 等 级 、4等 级 、4等 级 。 以 V分 量 为 例 ，在 MaⅡab中量 化 的源 代 码 如 下 ： for i= l：M forj= I：N ifV Oj)<--0．15&&v fij)>0 V (ij) =0； end if v (ij)<--0．4&&v (ij)>0．15 V (i’j) = l； end if v (i'j)<--0．75&&v (iJ)>0．4 V Oj) =2： end if v (ij)<=l&&v (ij)>0．75 V (iJ) =3； end end end 在 进 行 统 计 直 方 图 计 算 与 绘 制 前 ， 需 将 量 化 后 的 H、 S、 撬