[科普中国]-图像服务器

简介

图像服务器（image server）是一种专门用于处理图像文件和存储的特殊计算机。图像服务器一般提供以下服务：图像接收、图像暂存、图像路由、图像检索和图像预取等服务。图像服务器最大特点是能加快图像数据处理进程。在很多领域都有应用，例如医学中医疗影像数据的存取以及图像识别中都需要专门图像服务器来加快图像数据的计算和存取过程。图像服务器一般都有专门图形处理器。

服务器在网络环境中或在具有客户——服务器结构的分布式处理环境中，为客户的请求提供服务的结点计算机。服务器通常是一个计算机系统，由中央处理机、存储器、输入输出设备和软件系统组成。服务器可提供文件、数据库、打印、通信、图形、图像、安全、保密、系统管理以及网络管理等服务。

图像检索概述从20世纪70年代开始，有关图像检索的研究就已开始，当时主要是基于文本的图像检索技术（Text-based Image Retrieval，简称TBIR），利用文本描述的方式描述图像的特征，如绘画作品的作者、年代、流派、尺寸等。到90年代以后，出现了对图像的内容语义，如图像的颜色、纹理、布局等进行分析和检索的图像检索技术，即基于内容的图像检索（Content-based Image Retrieval，简称CBIR）技术。CBIR属于基于内容检索（Content-based Retrieval，简称CBR）的一种，CBR中还包括对动态视频、音频等其它形式多媒体信息的检索技术。在检索原理上，无论是基于文本的图像检索还是基于内容的图像检索，主要包括三方面：一方面对用户需求的分析和转化，形成可以检索索引数据库的提问；另一方面，收集和加工图像资源，提取特征，分析并进行标引，建立图像的索引数据库；最后一方面是根据相似度算法，计算用户提问与索引数据库中记录的相似度大小，提取出满足阈值的记录作为结果，按照相似度降序的方式输出1。

文本检索基于文本的图像检索沿用了传统文本检索技术，回避对图像可视化元素的分析，而是从图像名称、图像尺寸、压缩类型、作者、年代等方面标引图像，一般以关键词形式的提问查询图像，或者是根据等级目录的形式浏览查找特定类目下的图像，如Getty AAT使用近133,000个术语来描述艺术、艺术史、建筑以及其它文化方面的对象，并推出30多个等级目录，从7方面描述图像的概念、物理属性、类型和刊号等。又如Gograph）将图像分为动态图像、照片、图标、背景、艺术剪辑图、插图、壁纸、界面、成套图像8个一级类，下设数量不等的子类。在图像数字化之前，档案管理者、图书管理员都是采用这种方式组织和管理图像。 图像所在页面的主题、图像的文件名称、与图像密切环绕的文字内容、图像的链接地址等都被用作图像分析的依据，根据这些文本分析结果推断其中图像的特征。

内容检索基于内容的图像检索根据图像、图像的内容语义以及上下文联系进行查找，以图像语义特征为线索从图像数据库中检出具有相似特性的其它图像。因为图像的规模一般要大于纯粹的文本信息，因此，基于内容的图像检索在检索的速度和效率上要求更高。目前已有不少应用于实践环境的基于内容图像检索系统，如由IBM公司开发的最早商业化QBIC系统，以及由哥伦比亚大学研发的WebSeek系统、麻省理工学院研发的Photobook系统等。通过基于内容的技术检索Web图像，首先需要从Web中剥离图像，组成图像集，对图像集中的各个对象进行基于内容的特征分析、相似度匹配。基于内容的图像检索系统一般包括图像处理模块、查询模块、对象库和特征库和知识库。

图像数据图像是人对视觉感知的物质再现。图像可以由光学设备获取，如照相机、镜子、望远镜及显微镜等；也可以人为创作，如手工绘画。图像可以记录、保存在纸质媒介、胶片等等对光信号敏感的介质上。随着数字采集技术和信号处理理论的发展，越来越多的图像以数字形式存储。因而，有些情况下“图像”一词实际上是指数字图像。数字图像，是二维图像用有限数字数值像素的表示。通常，像素在计算机中保存为二维整数数组的光栅图像，这些值经常用压缩格式进行传输和储存。

图像数据（Image Data）是指用数值表示的各像素（pixel）的灰度值的集合。对真实世界的图像一般由图像上每一点光的强弱和频谱（颜色）来表示，把图像信息转换成数据信息时，须将图像分解为很多小区域，这些小区域称为像素，可以用一个数值来表示它的灰度，对于彩色图像常用红、绿、蓝三原色（trichromatic）分量表示。顺序地抽取每一个像素的信息，就可以用一个离散的阵列来代表一幅连续的图像。在地理信息系统中一般指栅格数据。

图形处理器图形处理器（英语：graphics processing unit，缩写：GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片或图形处理器，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上运行绘图运算工作的微处理器。

图形处理器是英伟达公司（NVIDIA）在1999年8月发表精视 256（GeForce 256）绘图处理芯片时首先提出的概念，在此之前，电脑中处理视频输出的显示芯片，通常很少被视为是一个独立的运算单元。而对手冶天科技（ATi）亦提出视觉处理器（Visual Processing Unit）概念。图形处理器使显卡减少了对中央处理器的依赖，并分担了部分原本是由中央处理器所担当的工作，尤其是在进行三维绘图运算时，功效更加明显。图形处理器所采用的核心技术有硬件座标转换与光源、立体环境材质贴图和顶点混合、纹理压缩和凹凸映射贴图、双重纹理四像素256位渲染引擎等。

图形处理器可单独与专用电路板以及附属组件组成显卡，或单独一片芯片直接内嵌入到主板上，或者内置于主板的北桥芯片中，现在也有内置于CPU上组成SoC的。个人电脑领域中，在2007年，90%以上的新型台式电脑和笔记本型电脑拥有嵌入式图形处理器，但是在性能上往往低于不少独立显卡。但2009年以后，AMD和英特尔都各自大力发展内置于中央处理器内的高性能集成式图形处理核心，它们的性能在2012年时已经胜于那些低级独立显卡，这使得不少低级的独立显卡逐渐失去市场需求，两大个人电脑图形处理器研发巨头中，AMD以AMD APU产品线取代旗下大部分的低级独立显示核心产品线，NVIDIA更是超过3年没有更新低级独立显示核心的架构。而在手持设备领域上，随着一些像是平板电脑等设备对图形处理能力的需求越来越高，不少厂商像是高通（Qualcomm）、PowerVR、ARM、NVIDIA等，也在这个领域里纷纷“大展拳脚”。

GPU不同于传统的CPU，如Intel i5或i7处理器，其内核数量较少，专为通用计算而设计。 相反，GPU是一种特殊类型的处理器，具有数百或数千个内核，经过优化，可并行运行大量计算。 虽然GPU在游戏中以3D渲染而闻名，但它们对运行分析，深度学习和机器学习算法尤其有用。 GPU允许某些计算比传统CPU上运行相同的计算速度快10倍至100倍。