MPEG-7描述子(4)——颜色结构描述子CSD

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颜色结构描述符是一个颜色特征描述符，它既包括颜色内容信息（类似于颜色直方图），又包括内容的结构信息。其主要功能是图像与图像的匹配，一般用于静态图像检索。它通过由几个图像采样组成的结构元素，表达了一幅图像中局部颜色结构信息，虽然它与颜色直方图相关，但并不相同：不是突出某种颜色个别图像采样的相对频数，而是突出包含某种颜色图像采样的结构化元素的相对频数。所以，与图像直方图不同，该描述符能够区别如图所示的(a)和(b)两幅图像，给定的颜色Cm以同样的数目存在，但是具有给定颜色的像素组的结构却是不同：(a)是高度结构化的颜色，(b)是高度非结构化的颜色。

                        两幅具有不同颜色结构的图

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CSD原理

1 颜色量化

颜色结构描述符使用HMMD颜色空间定义，允许将颜色空间量化成256，128，64和32维。对HMMD颜色空间的量化是在5个颜色子空间上进行的。首先，将HMMD颜色空间沿着Diff轴划分成5个子空间：0、1、2、3和4，Diff的范围从0到255，子空间划分的分割点是6、20、60、110。接着，对每个颜色子空间沿着Hue和Sum轴进行非均匀量化，不同直方图位数对应的量化技术参见下表，下图给出了128维的量化示意图。

            不同直方图维数对应的量化级数

2 结构化元素空间确定

值得注意的是，该描述符对图像的采样数固定为64。结构化元素的空间范围随着图像分辨率的大小进行调整。下面的规则用于确定结构化元素的空间范围：

p=max(0,round(0.5,log2(width∗height)−8))
K=2p
E=8∗k
其中，width和height分别为图像的宽和高，E*E为结构化元素的空间范围，K是子采样要素，取值可以是K={1，2，4，8，••••}，K=1表示没有子采样，K=2表示水平和垂直方向的子采样数目为2。例如对于320*240的图像，K=1,E=8,结构化元素是8*8的像素，没有子采样。而对于640*480的图像，K=2，E=16，结构化元素的空间范围是16*16，子采样是2*2。下图给出了上述两种情况下的采样示意，只显示了图像的一部分，结构化元素的出事位置位于图像的左上角。

3 结构量化直方图

使用8*8的结构化元素内的量化直方图，来表达结构化元素内的颜色信息，同时保留了一定程度上的颜色含量，累加后得到结构化直方图。
具体实现如下：
1. 用8*8的结构化元素扫描图像，统计包含在其中的某种量化颜色的数目，得到结构化元素内的颜色直方图。
2. 根据结构化元素内的颜色直方图，对结构量化直方图相应的维数进行累加。

3. 重复（1）～（2）直至结构化元素遍历整幅图像，得到结构量化直方图并进行非线性量化。
简单的说，首先，量化颜色空间，设定直方图维数为256，确定子采样个数。用8*8的窗口扫描的时候，所关心的是在该窗口中是否包含某种颜色，而不关心出现在8*8的窗口中相同颜色的个数（根据，结构量化直方图累加示意图也可以看出来，三种颜色在8*8窗口的数目并不相同，然而都执行了加一的操作）。最后，根据映射表（256->128，256->64，256->32）得到最后的直方图。

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CSD实现的接口

ColorStructureExtractionTool::ColorStructureExtractionTool()
int ColorStructureExtractionTool::setSourceImage(MomVop* img)
unsigned long ColorStructureExtractionTool::extract(MomVop *img)
unsigned long ColorStructureExtractionTool::extract(void)
unsigned long ColorStructureExtractionTool::extract(int descriptorSize)
unsigned long ColorStructureExtractionTool::extract(MomVop *img, int  descriptorSize)
ColorStructureDescriptor* ColorStructureExtractionTool::GetDescriptor()