江媛媛

[摘要]讀圖時(shí)代，照片檔案的重要性和需求度日益提升。然而，傳統(tǒng)的照片檔案檢索方式已無(wú)法滿足用戶對(duì)信息的獲取需求，也給照片檔案管理帶來(lái)了不便。論文試圖將“以圖搜圖”技術(shù)引入照片檔案管理中，從管理系統(tǒng)框架、收集模塊、整理模塊、查詢模塊幾方面闡述其優(yōu)越性。論文分析了應(yīng)用過(guò)程中可能出現(xiàn)的難點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的解決辦法。

[關(guān)鍵詞]圖像識(shí)別照片檔案檔案檢索系統(tǒng)

[分類號(hào)]G271

Research on Application of Similar Image Search Technology in Management of Photos Archives

Jiang Yuanyuan

（Archives of Southeast University， Nanjing， Jiangsu， 211189）

Abstract： In era of reading pictures， the importance and demand of photo archives is becoming increasingly obvious. However， the traditional method of photo archives retrieval could not meet the users demand of information acquisition， and brings inconvenience to the management of photo archives. This article explores introducing“Similar Image Search”into photo archives management， and expounds the superiority from the aspects of management system framework， collection module， organizing module and query module. Finally， it analyzes the difficulties that may arise in the application process ，and then proposes corresponding solutions.

Keywords： ImageRecognition；PhotoArchives；ArchiveRetrievalSystem

隨著“眼球經(jīng)濟(jì)”的興起，圖像因其能夠以最少的閱讀時(shí)間提供最大信息量，成為信息傳播和獲取的主要方式。與文字相比，圖像直觀、形象，視覺(jué)沖擊力大，內(nèi)容吸引力強(qiáng)，可以突破語(yǔ)言的障礙，打破種種隔閡。以圖像方式傳播信息，內(nèi)容簡(jiǎn)潔明了，易于被理解和接受，閱讀輕松快速，更能滿足現(xiàn)代人快節(jié)奏生活的需求?！坝跋駲n案”是聲像檔案對(duì)“讀圖時(shí)代”適應(yīng)后的產(chǎn)物：報(bào)紙、雜志、電影、電視、錄像、網(wǎng)絡(luò)中各式圖片鋪天蓋地呈現(xiàn)在人們眼前，讀圖已經(jīng)成為時(shí)代的一種風(fēng)尚[1]。

照片是檔案的一種重要記錄形式。新型照片檔案依賴數(shù)碼技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)而形成，屬于電子檔案，其形成、傳輸、存儲(chǔ)和利用都離不開計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化技術(shù)和設(shè)備。照片檔案比文字檔案更生動(dòng)、豐富，歷史憑證作用更為明顯?！坝跋駲n案”為書寫史學(xué)提供“一個(gè)鮮活的影像注腳”，提供了另一種記錄和表述歷史的方式[2]。

用戶需求催生新技術(shù)和新產(chǎn)品，面對(duì)多媒體信息的急劇增加，信息可視化的發(fā)展，使用文本搜索獲取照片檔案的方式已不能滿足用戶的需求，引用“以圖搜圖”新型的照片檢索技術(shù)顯得日趨重要。

1“以圖搜圖”應(yīng)用于照片檔案管理的必要性

1.1“以圖搜圖”技術(shù)簡(jiǎn)介

“以圖搜圖”也稱相似圖片搜索引擎，是以用戶提供的圖像為基礎(chǔ)，搜索與之相似或相關(guān)的圖像等信息。其原理與文本搜索相似，通過(guò)為網(wǎng)上的圖片信息建立索引，使搜索引擎能夠識(shí)別這些索引，然后將能夠代表圖片信息的索引組建成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。在給定查詢圖像的前提下，無(wú)需人工對(duì)圖像進(jìn)行注釋，依據(jù)圖像本身包含的像素信息、顏色、紋理、形狀、空間關(guān)系等客觀視覺(jué)特征，在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索并查找出符合查詢條件的相應(yīng)圖像[3]。

目前，“以圖搜圖”技術(shù)在電子商務(wù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，各大電商及搜索引擎網(wǎng)站都在進(jìn)行著相應(yīng)的開發(fā)，如谷歌、微軟、百度、淘寶等。用戶購(gòu)買目標(biāo)商品時(shí)，可使用圖片搜索功能對(duì)比同款產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格，也能找到更多相似款，充分享用電子商務(wù)帶來(lái)的便捷體驗(yàn)。

“以圖搜圖”作為圖像搜索引擎的擴(kuò)展，是當(dāng)前多媒體領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，被認(rèn)為是未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)圖片信息查尋創(chuàng)新應(yīng)用的一種發(fā)展趨勢(shì)。

1.2數(shù)字時(shí)代照片檔案管理存在的問(wèn)題

隨著數(shù)碼照片檔案的替代性普及以及紙質(zhì)照片檔案數(shù)字化的推進(jìn)，電子照片已經(jīng)逐步取代紙質(zhì)照片，成為館藏照片檔案的主體。海量、多渠道的照片擴(kuò)充了檔案館館藏資源的同時(shí)，也給照片檔案的編目、利用等帶來(lái)了困擾。目前照片檔案管理普遍存在一些問(wèn)題。

（1）照片檔案六要素模糊。照片檔案的來(lái)源是相關(guān)業(yè)務(wù)部門，而這些部門普遍對(duì)照片信息描述不重視，照片常以數(shù)碼相機(jī)默認(rèn)名保存，未進(jìn)行規(guī)范化整理與著錄。且照片歸檔到檔案館的過(guò)程中，往往經(jīng)手人較多，攝影者不是照片的歸檔者，歸檔者也不清楚照片的詳細(xì)內(nèi)容。多數(shù)照片未整理或者是被簡(jiǎn)單標(biāo)注后即被交予檔案館。因此，檔案館員在整理著錄時(shí)，很難保證照片檔案的時(shí)間、地點(diǎn)、人物、事由、背景、攝影者六要素的完整與準(zhǔn)確。

（2）照片檔案內(nèi)容孤島。目前，照片檔案的架構(gòu)偏重于大量存儲(chǔ)、長(zhǎng)期保存、快速存取、數(shù)據(jù)安全及數(shù)據(jù)庫(kù)穩(wěn)定等方面，對(duì)其內(nèi)容關(guān)聯(lián)的關(guān)注較少。檔案館員面對(duì)數(shù)量激增的數(shù)碼照片，僅實(shí)施較完善的編目就很困難，已沒(méi)有精力再研究照片間的內(nèi)容聯(lián)系，管理系統(tǒng)也不具備查重能力，每份照片檔案孤立存放，產(chǎn)生了內(nèi)容孤島。對(duì)于歸檔的照片，幾乎“照單全收”，沒(méi)有和館藏照片檔案做對(duì)比，出現(xiàn)了重復(fù)歸檔的情況，加重了檔案館以及管理人員的負(fù)擔(dān)。

（3）查詢利用有局限。目前，照片檔案的主要檢索方式是文本檢索。用戶可通過(guò)檔號(hào)、題名、關(guān)鍵詞、歸檔單位等字段組合檢索，查找目標(biāo)照片。然而，聲像檔案是非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，無(wú)法采用數(shù)據(jù)庫(kù)操作數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行管理，因此，基于關(guān)鍵詞檢索方法進(jìn)行聲像檔案檢索效果不理想。聲像檔案所包含的信息進(jìn)行語(yǔ)義識(shí)別和劃分往往是主觀的，因?yàn)樗荒芟裎谋緮?shù)據(jù)一樣，使用詞法分析等較成熟的方法進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分和識(shí)別[4]。同時(shí)，由于部分照片檔案本身六要素著錄不完備，也影響了查詢結(jié)果的查全率與查準(zhǔn)率。

設(shè)想將“以圖搜圖”技術(shù)應(yīng)用到照片檔案管理中：若想找出與某個(gè)場(chǎng)景類似的照片，只需將此場(chǎng)景的照片作為“檢索詞”輸入，系統(tǒng)將用戶輸入的內(nèi)容與檔案庫(kù)中的內(nèi)容逐一比較，輸出檢索結(jié)果。理論上，此種方式不會(huì)存在由于標(biāo)注不準(zhǔn)確而造成檢索結(jié)果丟失或錯(cuò)誤，勢(shì)必可以大大地緩解館員負(fù)擔(dān)，便于發(fā)現(xiàn)照片檔案間的關(guān)聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)組織，有助于利用好重復(fù)的信息資源。

2基于“以圖搜圖”技術(shù)的照片檔案管理系統(tǒng)

照片檔案管理系統(tǒng)由檢索、管理、用戶、權(quán)限等模塊構(gòu)成?！耙詧D搜圖”的照片檔案管理系統(tǒng)突出檢索功能，故在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，嵌入“以圖搜圖”搜索模塊，建立圖片特征索引和多重維度的檢索入口，將檢索功能貫穿照片檔案從收集鑒定到查詢利用整個(gè)管理流程，使得照片檔案管理更加智能化、便捷化。

檢索系統(tǒng)有兩件重要工作：一是“翻譯”用戶的需求，讓系統(tǒng)理解用戶的目的；二是進(jìn)行檢索并輸出所需信息?！耙詧D搜圖”照片檔案檢索系統(tǒng)的框架如下：（1）將館藏量巨大的電子照片檔案資源集合，形成圖像集，并分析圖像的內(nèi)容信息，提取圖像的顏色特征、空間關(guān)系特征、紋理特征等，形成特征庫(kù)。對(duì)于有人物的圖片，采用人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行人臉識(shí)別切分，并對(duì)識(shí)別出來(lái)的人物做標(biāo)注。（2）根據(jù)提供的示例圖像，分析圖像信息，得到圖像相應(yīng)特征。（3）對(duì)圖像特征的相似度進(jìn)行匹配，最終將匹配結(jié)果返回給用戶。如圖1所示[5]。

2.1收集模塊——網(wǎng)絡(luò)歸檔，初次鑒定

在檔案的收集階段，兼職檔案員不必再通過(guò)物理方式拷貝歸檔，只需登錄系統(tǒng)，將歸檔的照片上傳至檔案館服務(wù)器即可。利用“以圖搜圖”的照片檔案管理系統(tǒng)可迅速了解照片檔案的主題內(nèi)容與元數(shù)據(jù)信息。通過(guò)照片屬性中的時(shí)間、地點(diǎn)、相機(jī)型號(hào)等信息，結(jié)合照片主題內(nèi)容多維度地篩選歸類，輔助兼職檔案員快速挑選需要?dú)w檔的照片，批量上傳。在上傳的同時(shí)，對(duì)照片檔案進(jìn)行初次鑒定，剔除重復(fù)、清晰度不高、內(nèi)容表達(dá)不清晰的照片，選擇高質(zhì)量與代表性的照片歸檔，有效地提高了歸檔效率和質(zhì)量。

2.2整理模塊——智能著錄，擇優(yōu)發(fā)布

檔案館員在收到上傳歸檔的照片檔案后，即可對(duì)其進(jìn)行整理編目。系統(tǒng)支持相似率的選擇，可快速?gòu)恼掌瑱n案數(shù)據(jù)庫(kù)里找到與歸檔相同或相似的照片，還可利用人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)有人物的照片進(jìn)行識(shí)別及標(biāo)注。對(duì)已識(shí)別或標(biāo)注信息的照片，可以把識(shí)別的圖像內(nèi)容及標(biāo)注內(nèi)容關(guān)聯(lián)，滿足圖像與文字的雙重檢索需求，同時(shí)將新增的相同或相似內(nèi)容的照片自動(dòng)關(guān)聯(lián)?！耙詧D搜圖”的照片檔案管理系統(tǒng)能夠輔助明確照片檔案的六要素，檔案館員在整理著錄照片檔案時(shí)，只需要對(duì)系統(tǒng)智能著錄的條目進(jìn)行審核，確認(rèn)后即可編目，正式歸入檔案數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)可根據(jù)推薦，選擇非涉密的優(yōu)秀照片檔案對(duì)外發(fā)布。

2.3查詢模塊——支持“以圖搜圖”功能，多種檢索途徑結(jié)合

查詢模塊是照片檔案使用效率和質(zhì)量保證的核心所在。當(dāng)用戶登錄系統(tǒng)，進(jìn)入檢索界面后，可以看到文本檢索與圖像檢索等多種檢索界面。如用戶想獲取“六朝松”的相關(guān)照片，可以將“六朝松”作為關(guān)鍵詞，通過(guò)文本方式進(jìn)行檢索。但是這種方式檢索到的結(jié)果較多，比如“XXX在六朝松下留影”也會(huì)作為檢索結(jié)果顯示出來(lái)。在本系統(tǒng)中，用戶可以用一幅“六朝松”的圖像作為檢索詞，系統(tǒng)將用戶所選圖像與館藏照片檔案特征庫(kù)進(jìn)行相似度匹配，按照相似度高低排序返回檢索結(jié)果。用戶可根據(jù)自身需求，選擇適當(dāng)?shù)牟樵兎绞?，也可多種檢索途徑組合查詢，以獲取所需要的照片檔案信息。

3存在的難點(diǎn)及解決方案

“以圖搜圖”檢索起步不久，在檔案管理領(lǐng)域更是鮮有涉及，因此，“以圖搜圖”技術(shù)在照片檔案管理應(yīng)用中難免會(huì)遇到一些難題。

3.1存在的難點(diǎn)

（1）照片檔案真實(shí)性難以判別

影像材料拷貝件的法律地位（縮微品除外）一直處于爭(zhēng)議之中，在檔案界，聲像檔案的易復(fù)制性給聲像檔案鑒定帶來(lái)了難度[6]。《數(shù)碼照片歸檔與管理規(guī)范》中雖然規(guī)定：“歸檔的數(shù)碼照片應(yīng)是用數(shù)字成像設(shè)備直接拍攝形成的原始圖像文件，不能對(duì)數(shù)碼照片的內(nèi)容和EXIF信息進(jìn)行修改和處理”[7]，但市場(chǎng)上出現(xiàn)了大量的功能強(qiáng)大的圖像處理軟件，給照片的后期處理帶來(lái)了便利，也給照片的真實(shí)性鑒定帶來(lái)了挑戰(zhàn)。此外，數(shù)碼照片檔案的真實(shí)與否，不但取決于圖像是否被修改，還取決于其元數(shù)據(jù)是否真實(shí)、準(zhǔn)確。操作不當(dāng)、相機(jī)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤等都可能造成照片檔案原始參數(shù)信息的更改。這些因素常導(dǎo)致數(shù)碼照片的偽裝性加大，為鑒定工作帶來(lái)困擾。

（2）館藏照片檔案標(biāo)引不完備。

“以圖搜圖”檢索的實(shí)施需要龐大的館藏照片檔案庫(kù)，即將館藏電子照片檔案形成圖像集，提取特征，形成特征庫(kù)，且館藏?cái)?shù)據(jù)庫(kù)本身的建設(shè)需要元數(shù)據(jù)完備、標(biāo)引清晰。但在實(shí)際工作中，館藏照片檔案常由于各種原因沒(méi)有較為完備的標(biāo)引信息，有的照片檔案甚至不是原始照片。館藏目標(biāo)庫(kù)的標(biāo)引不清晰，給圖像識(shí)別工作帶來(lái)了很大的困擾，即便系統(tǒng)通過(guò)特征識(shí)別與人臉識(shí)別技術(shù)檢索出來(lái)了目標(biāo)照片，也會(huì)因?yàn)槟繕?biāo)照片本身標(biāo)引不清晰，并未有更好的提示作用而被迫放棄。

（3）技術(shù)不成熟

目前，“以圖搜圖”的搜索技術(shù)和數(shù)據(jù)儲(chǔ)備還不太成熟，對(duì)于圖像特征描述沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的特征表示往往需要根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)手工來(lái)提取，工作量大，效果不盡如人意，同時(shí)也不符合智能化的要求。此外，一個(gè)關(guān)鍵原因在于可被計(jì)算機(jī)識(shí)別的低水平的圖像像素和人類感知的高水平語(yǔ)義概念之間存在語(yǔ)義鴻溝[8]。同時(shí)由于數(shù)據(jù)量過(guò)大，每次檢索時(shí)間較長(zhǎng)，加重了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，影響了檢索效率和準(zhǔn)確率。

3.2解決方案初探

（1）運(yùn)用前端控制及全程管理思想

我國(guó)照片檔案館的館藏資源權(quán)威性不容置疑，主要是“新華社”新聞發(fā)稿照片，占總數(shù)95%以上。目前，館藏照片的檔案性受到質(zhì)疑的主要原因并不是其載體的特殊性，而是其來(lái)源不具有新華社這種正式組織機(jī)構(gòu)的權(quán)威性。

因此，有必要借鑒電子文件管理中前端控制與全程管理的理念，檔案館加強(qiáng)對(duì)照片檔案質(zhì)量控制和源頭干預(yù)，建立照片從拍攝、收集、歸檔直至整理、利用全過(guò)程的真實(shí)保障平臺(tái)。從形成部門和人員入手，強(qiáng)調(diào)“部門歸檔”：形成者就是歸檔者。做好數(shù)碼照片檔案歸檔、編目等內(nèi)容的指導(dǎo)，培養(yǎng)移交原始數(shù)碼照片的意識(shí)，保證照片檔案的原始性。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化制定

照片檔案具有無(wú)聲無(wú)字的特殊性，如果脫離了主題背景，其信息獲取和輸出完全依賴于人們直觀的自我解讀。檔案部門需結(jié)合實(shí)際，制定照片檔案文字說(shuō)明的填寫標(biāo)準(zhǔn)，從源頭上規(guī)范文字說(shuō)明填寫，在照片生成后第一時(shí)間做好標(biāo)注。歸檔后，檔案館員還需對(duì)文字說(shuō)明進(jìn)行審核和更正。照片檔案著錄信息的完備需要各部門站在維護(hù)檔案真實(shí)性、完整性的基礎(chǔ)上合作完成。

此外，查全率和查準(zhǔn)率是評(píng)價(jià)檔案檢索系統(tǒng)的兩大指標(biāo)，但由于圖像內(nèi)容本身的復(fù)雜性以及人們認(rèn)知圖像內(nèi)容的主觀性，很難定義出一個(gè)客觀的標(biāo)準(zhǔn)，因而系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系方面未來(lái)還需要進(jìn)一步完善。

（3）技術(shù)改進(jìn)

開發(fā)數(shù)碼照片真實(shí)性鑒定系統(tǒng)，在建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼照片數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，分別對(duì)其中的原始照片數(shù)據(jù)和偽造圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，建立像素點(diǎn)間關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)比原始照片和偽造圖像的數(shù)據(jù)特征，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，在人工干預(yù)下給定相關(guān)參數(shù)值、閾值，藉此對(duì)給定的目標(biāo)數(shù)碼照片進(jìn)行真實(shí)性分析[10]。

由開發(fā)基于內(nèi)容的圖像檢索方法向基于深度學(xué)習(xí)特征的圖像檢索方法轉(zhuǎn)變。基于深度學(xué)習(xí)特征表示在圖像處理領(lǐng)域是通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）提取的，CNN的設(shè)計(jì)是受大腦工作模式的啟發(fā)，將多個(gè)神經(jīng)元組織成一層層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)組合低層單一的特征形成抽象的高層特征，模仿人腦的機(jī)制來(lái)解釋數(shù)據(jù)[11]。

近年來(lái)，很多研究開始尋找視覺(jué)特征的中層表示，以彌補(bǔ)底層特征和高層語(yǔ)義間的差距。這些中間層表示往往是由底層特征組合而成，通過(guò)引入局部特征點(diǎn)的位置信息以反映局部結(jié)構(gòu)，或是采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)出在語(yǔ)義上比較一致并具有一定的結(jié)構(gòu)信息的視覺(jué)模式，這成為近年來(lái)圖像檢索、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的關(guān)鍵問(wèn)題之一[12]。

隨著信息可視化的發(fā)展，圖片作為信息的載體，更加便捷，效率更高。照片檔案作為主要的可視化信息載體愈發(fā)被重視，其查詢需求也逐步增加。從用戶體驗(yàn)的角度來(lái)說(shuō)，“以圖搜圖”搜索引擎的出現(xiàn)，使得用戶搜索照片的操作流程更為簡(jiǎn)化，搜索體驗(yàn)也更加愉悅。雖然相關(guān)技術(shù)條件還不成熟，但是這種搜索模式已經(jīng)可以滿足用戶的大多數(shù)需求?？梢灶A(yù)見，讀圖時(shí)代，“以圖搜圖”搜索將是繼文字搜索后信息搜索領(lǐng)域的又一重要發(fā)展，“以圖搜圖”技術(shù)應(yīng)用于照片檔案管理的需求也會(huì)日益迫切，且潛力巨大。

*本文系江蘇省檔案局科技項(xiàng)目計(jì)劃“圖像識(shí)別在檔案信息化中的應(yīng)用研究”（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：2017-20）的階段性成果。

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