Các vùng hoặc đối tƣợng với các đặc tính màu và kết cấu tƣơng tự có thể đƣợc phân biệt dễ dàng bằng việc tận dụng các ràng buộc không gian. Thí dụ, các vùng bầu trời màu xanh và biển xanh có thể có các lƣợc đồ màu tƣơng tự, nhƣng các vị trí không gian của chúng trong các ảnh là khác nhau. Do đó, vị trí không gian của các vùng (hoặc các đối tƣợng) hoặc quan hệ không gian giữa nhiều vùng (hoặc đối tƣợng) trong một ảnh thì rất hữu ích cho tìm kiếm các ảnh.
Thu thông tin không gian của các đối tƣợng trong một ảnh là một quá trình quan trọng đối với các hệ thống GIS. Quá trình này bao gồm việc biểu diễn vị trí không gian tuyệt đối và cũng bao gồm vị trí không gian tƣơng đối của các đối tƣợng. Các thao tác nhƣ giao và chồng đƣợc sử dụng. Bố cục màu kết hợp thông tin không gian với thông tin màu xuất hiện trong ảnh và tạo ra một đặc trƣng rất quan trọng trong quá trình tra cứu, gọi là đặc trƣng màu – không gian.
Biểu diễn quan hệ không gian đƣợc sử dụng rộng rãi nhất là các xâu 2D đƣợc đề xuất bởi Chang và cộng sự. Nó đƣợc xây dựng bởi việc chiếu các ảnh dọc theo các hƣớng x và y. Hai tập ký hiệu, V và A, đƣợc định nghĩa trên hình chiếu. Mỗi ký hiệu trong V biểu diễn một đối tƣợng trong ảnh. Mỗi ký hiệu trong A biểu diễn một loại quan hệ không gian giữa các đối tƣợng. Do sự biến đổi của nó, xâu 2DG
cắt tất cả các đối tƣợng dọc theo hình hộp tối thiểu của nó và mở rộng các quan hệ không gian thành hai tập toán tử không gian. Một tập định nghĩa các quan hệ không gian cục bộ. Tập còn lại định nghĩa quan hệ không gian toàn cục, chỉ ra rằng hình chiếu của hai đối tƣợng là tách rời, nối tiếp hoặc định vị tại cùng vị trí. Thêm nữa, xâu 2DCđƣợc đề xuất để cực tiểu hoá số các đối tƣợng cắt. Xâu 2DB biểu diễn một đối tƣợng bằng hai ký hiệu, vị trí cho bắt đầu và kết thúc đƣờng bao của đối tƣợng. Tất cả các phƣơng pháp này có thể hỗ trợ ba loại truy vấn. Loại truy vấn 0 tìm tất cả các ảnh chứa đối tƣợng O1,O2,...,On. Loại 1 tìm tất cả các ảnh chứa các đối tƣợng có quan hệ nào đó giữa chúng, nhƣng khoảng cách giữa chúng là không đáng kể. Loại 2 tìm tất cả các ảnh có quan hệ khoảng cách nào đó với mỗi ảnh khác. Thêm với xâu 2D, cây tứ phân không gian, và ảnh ký hiệu cũng đƣợc sử dụng cho biểu diễn thông tin không gian. Tuy nhiên, tìm kiếm các ảnh dựa trên các quan hệ không gian của các vùng còn lại một vấn đề nghiên cứu khó trong tra cứu ảnh dựa vào nội dung, do phân đoạn tin cậy của các đối tƣợng hoặc các vùng thƣờng là không khả thi ngoại trừ các ứng dụng rất giới hạn. Mặc dù một số hệ thống chia các ảnh thành các khối đều, chỉ thu đƣợc sự thành công khiêm tốn với các lƣợc đồ chia không gian nhƣ thế do hầu hết các ảnh tự nhiên không thể ép thành các khối con đều về không gian. Để giải quyết vấn đề này, một phƣơng pháp dựa vào biến đổi radon, tận dụng phân bố không gian của các đặc trƣng trực quan không cần phân đoạn phức tạp.