时间：2022-11-25 12:30:01 | 来源：信息时代
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图像数据管理 : 在传统数据库管理系统(DBMS)或图像数据库管理系统(IDBMS)支持下,对图像数据库(IDB)中的数字图像进行管理的技术,其中包括对图像、图像数据库和图像数据库管理系统的研究。
1. 图像(image)
图像是指采用各种光电设备或观察系统以不同的形式及手段观测客观世界而获得的,可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的信息实体。如通过人的视觉系统观测得到的图像就是客观景物在人眼中形成的影像。视觉是人类观察、认知客观世界的重要手段。据统计,人类从外界获取的信息有75%以上来自视觉系统,这不仅说明视觉信息量的庞大,更表明视觉信息对人类有很高的利用率。视觉信息主要来源于图像,这里图像具有广泛的含义,包括图形、照片、动画、视频图像等。通常,图像中包含了大量的信息,所谓“百闻不如一见”、“一图值千金”,就是这个道理。图像信息的重要性使它在多媒体技术中占据了重要地位,并促进了图像数据库的产生与发展。
客观世界在空间上是三维(3 dimension,3D)的,但大部分成像装置都将3D世界投影到二维(2dimension,2D)像平面上,因此人们所观察到的图像基本上是2D的。通常,一幅图像可用一个2D数组f(x,y)来表示,这里,x和y表示2D空间XY中一个坐标点的位置,而f代表图像在点(x,y)的某种性质F的数值。通常,人们所见的图像多是连续的,即f、x、y的值是任意的实数,为适应在图像数据库中存储图像和对图像数据进行处理,需要将连续图像的坐标空间XY和性质空间F离散化。这种离散化了的图像被称为数字图像。表达数字图像的2D数组f(x,y)中,f、x、y都在整数集合中取值。
早期人们将picture译为图像,随着近年来数字技术的发展,现在都采用image来表示离散化了的数字图像,因此,人们理解的图像及图像数据库就具有这样的含义。通常,数字图像中的每个基本单元称为图像元素,简称像素(pixel)。图像在空间上的分辨率与它所包含的像素的个数有关,单位尺寸上像素的个数越多,图像的分辨率就越高。
近年来,计算机图形学和图像处理技术的进步,使图像的概念有了很大拓展。除2D、3D图像、立体图像外,彩色图像、多光谱图像、多视图像等逐渐出现,而且从静止的单幅图像发展到图像序列、运动图像(视频图像)。因此,可以将图像的概念扩展为“反映景物辐射和反射的电磁波谱强度的连续多维信息”,在数学上可将其表示为多元函数:I=f(x,y,z,t,λ)。I是图像的强度,它是三维空间坐标x、y、z的函数,也是时间t和光波(包括电磁波等)波长λ(反映色彩变化)的函数。对一般的静止二维图片或图像来说,I与z无关,它是一个简单的二维函数:I=f(x,y)。当t变化时,就是运动图像或动画图像;当λ变化时,就会得到不同用途的图像。例如,由可见光可得到普通图片或电视图像; 利用伽马射线(λ=0.003～0.03毫微米)和X-射线(λ=0.03～3毫微米)可得到医学图像: 利用可见光和红外线(λ=0.38～10微米)可得到卫星遥感图像。图像概念的扩展,开拓了图像数据库和图像处理技术应用的广阔空间。
2. 图像数据库(image database)
图像数据库,简称图像库(image base),是多媒体数据库中的一种。图像数据库中存储的是与图形、图像有关联的数据集合,它包括图像(或图形)的特征,图像内某一对象的意义,图像之间的逻辑关系等。图像数据库与通常事务处理用的数据库不同,其操作对象是图像数据,并提供对图像数据的存储、检索和有效处理。通常,对存储量十分庞大的图像库,在分布式环境下可以采用客户机/服务器及Web方式实现对图像数据的存储、检索和管理。采用图像数据库来管理图像数据可以提高系统处理图像数据的能力,同时又能保证图像操作的响应时间。由于图像数据是一种复杂的对象,其信息量非常庞大,信息间的联系十分密切,而且又要考虑图像在处理和传输过程中的各种复杂问题,因此,需要通过图像数据库管理系统来实现对图像数据的有效管理。
3. 图像数据库管理系统(image data base management system,IDBMS)
较之传统的DBMS,IDBMS具有如下特点:①除常规的属性数据外,其主要管理、操作的对象是具有各种格式和不同结构的图像,以及图像内的图像实体、实体之间的关系等; ②要提供用于图像运算和图像处理的图像(可视)操作语言(如基于Icon的图像查询语言)。以查询为例,一般要同时涉及常规属性数据的操作和图像操作这两种截然不同的处理。为此,IDBMS要向用户提供常规数据查询语言和图像查询语言,并应妥善解决两者之间的结合问题; ③系统除可输出各种文字字符、报表外,还可直接输出图像; ④要满足各种图像处理(如图像特征提取、图像变换、图像分割、图像增强、图像复原、图像重建、图像混合和图像分析等)的特殊要求; ⑤针对某些专门应用而生成的IDBMS,往往依赖于问题的扩充部分,如特殊的图像理解算法和特殊的相似检索算法等。
在图像数据库管理系统中,对图像的存储和管理还有一些特殊的要求: ①为节省存储空间和提高查询效率,应将图像的像素值表示为灰度值、热辐射量等,并将物理图像转换为逻辑图像,该图像的像素值代表一定类别,它可由某类特定信息来度量或由图像实体的特征关系来表示。②在图像数据库中,将图像实体的几何特征及其相互关系用图像实体属性(属性文件形式)来表示,这样,图像数据就对应着图像数据库中的图像实体属性,对它可以像对图像属性数据一样来操作; ③图像数据存储在图像库中应按一定的格式进行相应的组织,其描述信息包括图像类型、存储方式、空间坐标、波段数、尺寸等信息。通常,库文件头及图像的注释信息,还应同图像的物理记录存储在一起,用以说明图像的来源、图像数据的特点等。在图像格式化记录中,有时还需要记录图像处理(图像增强、边缘增强、色彩、阈值、几何与拓扑结构等)方面的图像描述与注释信息。
在图像数据库中,将图像实体的几何特征及其相互关系用属性数据库文件的形式表示,这样,对图像数据库中图像数据的操作就相当于对图像实体属性一样来进行操作处理。
无论是矢量形式或位图形式的图像,都需将一些说明图像特性的信息,以图像注释记录的形式同图像一起存储在图像数据库中。图像注释记录可附在图像数据的前面或后面,用以说明图像的来源、图像数据的特点、图像数据的类型及格式、何时何地及进行何种处理等。
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