基于内容的细菌病毒检索系统设计

随着互联网的兴起，尤其是手机等移动通讯设备的普及，以图片、声音、视频等形式为主体的多媒体技术[1]越来越多的应用于各行各业。信息化的应用程度逐渐加深，出现了大数据等新概念，各类信息、资料以爆发的方式增长。人们迫切需要对周围事物更加形象化、具体化的认识。以文字语义为主体的信息存储和检索方式越来越不适应快速发展的信息化潮流，因此对于图片信息的存储、分类、使用、检索等业务的需求越来越强烈。在各行各业中，陆续出现了多种基于内容的检索系统[2,3]：基于内容的中草药检索系统、基于内容的文物检索系统、基于内容的商标信息检索系统等，甚至在二维图像的基础上，出现基于内容的三维模型检索系统。各大公司、高校、科研院所也投入了相当多的精力研究该类系统：例如IBM的QBIC系统、麻省理工的photobook系统等。这些技术的推广和普及一方面可以方便不同对象的图片信息进行存储和使用，另一方面也更加便利于该对象的应用和发展。

人类的发展史就是人和自然的博弈史，这中间有很多次人类遭遇各种瘟疫、传染类疾病的影响。有的大规模瘟疫甚至可以改变历史的进程。2003年的非典型肺炎造成了很多人员伤亡，国家采取了很大的力度来控制疫情的进一步传播，投入了非常多的人力、财力和物力；2020年新型冠状病毒突然在我国湖北省大面积传播，造成了非常大的经济损失。因此人类对传染类疾病的认识也在逐渐提高，对其重视程度也在一直增加。

大多数传染类疾病都是由于病毒、细菌引起的。然而目前大多数人对于致病性细菌、病毒的认识还停留在文字描述阶段，现阶段比较缺乏可视化的、更加具体的了解方式。而人类往往对声音、图片类信息更加敏感，因为该类信息可以直接刺激人类的感官，但由于缺乏形象的了解和认识，很多人对于传染类疾病危害的认识也停留在表面，没有发生在身边的病例就很容易麻痹大意、掉以轻心。因此对容易导致传染类疾病的病毒、细菌图片类信息进行系统的管理、特征描述、更新、维护，不但可以方便普通人了解、掌握这些病毒、细菌的基本特征、特点，从而能够有效的提高人们对其危险性的认识，更好的对其进行防范和预防工作；而且对于科研人员也具有一定的参考价值，可以方便他们查询、比对不同病毒、细菌样本的外在特点，从而有利于对新出现病毒、细菌进行寻根溯源等工作。也可以对不同类型的病毒、细菌进行跟踪、比较，发现其相似之处，从而更好的制定相应的预防和治疗策略。

1 基本原理

一般来说，细菌个体较大，病毒体型较小。有的甚至可以到10nm。采用一般的光学显微镜很难看到，因此也很难进行分析。只能通过电子显微镜来进行观察。当病毒通过伪装的方式进入了细胞，侵入到生物机体内部后，形成包涵体，可以通过特殊素对其进行显示。不同类型的病毒有不同的形状。病毒的常见形状有几种：球形、丝形、杆形、砖形、蝌蚪形、子弹形等。一般来说，噬菌体形态主要有蝌蚪形、丝形等；动物病毒有球形、砖形、卵形几种；植物病毒的形态主要有杆形、球形、丝形等。在电子显微镜下，不同类型的病毒有不同的形状特征，通过特殊摄影方式对其进行拍摄，可以保留病毒样本图片信息。几种主要的病毒在电子显微镜下的形态如图1所示。

疱疹病毒

天花病毒

埃博拉病毒

马尔堡病毒图1 常见病毒

从图1可以看出，不同病毒具有不同的外形特征，很多病毒具有自己独特的特征，因此通过外形特征可以在一定程度上对不同种类的病毒进行界定和划分，同时可以形象的对该类病毒进行描述，让人类对该类病毒有最直观的认识。

在所有病毒中，冠状病毒的传播性较强。不仅可以通过共用生活用品的方式传播，而且可以在空气中通过飞沫进行传播，因此其致病能力非常强。而且很多冠状病毒在传播过程中也在进化，很多产生了变种，从而给预防和治疗带来了非常大的难度。近几十年来，冠状病毒不停对人类生命安全造成威胁，每隔数年就有人们因为感染了冠状病毒而致死的报道。在外形上，冠状病毒也具有自己的特点。

非典病毒

普通冠状病毒

新型冠状病毒图2 冠状病毒

从图1、图2中，可以看出非典病毒、新型冠状病毒和普通冠状病毒在几何外形上具有一定的相似性。因此如果建立一个流行病毒图片库，通过一定的相似性度量算法，就可以从数字图像处理的角度通过人工智能算法对冠状病毒和非典病毒进行一些比较，从而找到其相似性，可以快速对新出现的冠状病毒进行一定的分析和预警。

文章来源：《系统科学学报》 网址: http://www.xtkxxb.cn/qikandaodu/2021/0629/554.html