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基于内容的大规模图像检索的设计与实现

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摘要

符号说明

1 绪论

1.1 图像检索问题

1.2 图像表示方法

1.3 本文的主要工作

2 相关工作

2.1 图像检索系统

2.2 完整特征-图像检索系统

2.2.1 Kd-树(Kd-Trees,kdt)

2.2.2 局部敏感哈希(Locality Sensitive Hashing,lsh)

2.2.3 分层K-均值(Hierarchical K-Means,hkm)

2.3 词袋-图像检索系统

2.3.1 倒排表(Inverted File,invf)

2.3.2 最小哈希(Min-Hash,minhash)

2.4 存在的问题

2.5 小结

3 解决方案

3.1 压缩Kd-Trees

3.1.1 压缩二进制标签

3.1.2 压缩Kd-Trees图像检索系统

3.2 多字典词袋

3.3 并行化处理

4 实验与分析

4.1 图像数据库

4.1.1 取样图像数据库

4.1.2 干扰图像数据库

4.2 实验环境设置

4.3 相关方法的对比实验

4.3.1 参数设置

4.3.2 实验结果与讨论

4.4 压缩Kd-Trees图像检索系统实验结果与分析

4.4.1 实验环境设置

4.4.2 二进制标签比较

4.4.3 压缩Kd-Trees

4.5 多字典词袋图像检索系统实验结果与分析

4.5.1 实验环境设置

4.5.2 词袋细节

4.5.3 多字典词袋方法

4.5.4 关于模型图像特征

4.5.5 合并模型图像特征和多字典词袋

4.6 小结

5 总结

参考文献

致谢

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摘要

互联网和多媒体技术的快速发展,使得以图像为代表的多媒体数据呈现爆炸性的增长。在一个大规模图像集合中,快速地获取真正感兴趣的特定目标图像,尤其是那些很难用传统文本来清晰表达的图像,已经成为许多应用环境所要面对的日益重要的问题。在此背景下,本文设计并实现了基于内容的大规模图像检索原型系统。其主要研究内容及系统解决方案如下:
  综合比较研究两个主流的图像检索系统:完整特征-图像检索系统,用提取和压缩的方式,来存储图像数据库中所有图像的特征,并用目标图像的每一个特征精确检索数据库;词袋-图像检索系统,把基于量化的特征转变为视觉词汇,并用一个视觉词汇的直方图来表达图像。
  本文介绍了目前实现这两个系统所使用的几种方法:Kd-树(Kd-Trees)、局部敏感哈希(Locality Sensitive Hashing)、分层K-均值(Hierarchical K-Means)、倒排表(Inverted File)、最小哈希(Min-Hash)。给出了这些方法在进行大规模图像检索时的不同性质及实验结果。实验结果表明,完整特征-图像检索系统占用更大的内存,但有较高的识别率;而词袋-图像检索系统虽然性能相对较低但内存使用情况良好。
  针对完整特征运行时间长和存储需求高的问题,提出了相应的大规模图像检索系统的解决方案:压缩Kd-Trees图像检索系统。该方法利用压缩的二进制标签来压缩图像局部特征,同时采用Kd-Trees进行快速最邻近搜索,从而减少数据库中存储的特征,大大压缩了特征的信息量。将该系统在4个实际图像数据实验场景中进行了运行实验,实验结果表明,压缩Kd-Trees,能够削减完整的特征表达在存储器中的使用量和运行时间,同时还能够实现较高的检索性能。
  针对词袋表达方法识别性能较低的问题,提出了相应的大规模图像检索系统的解决方案:多字典词袋-图像检索系统。该方法基于使用不同的独立字典的多视觉单词,而不是增加同一字典多单词的设想。通过在4个实际图像数据实验场景中运行该系统的实验,表明多字典词袋在增加存储和计算量的前提下,能够显著提高词袋的识别性能,并达到完整特征表达方法的水平。

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