圖像是人類(lèi)對(duì)于自然景物的視覺(jué)認(rèn)知基礎(chǔ),是人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)中最常用的信息載體。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)、圖像采集工具的普及,生活中出現(xiàn)了越來(lái)越多的圖像,人們對(duì)于大規(guī)模圖像檢索的要求也越來(lái)越高。當(dāng)前大規(guī)模圖像數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索有著圖像數(shù)據(jù)量大、特征維度高以及要求響應(yīng)的時(shí)間短等特點(diǎn),基于內(nèi)容的圖像檢索在新的情況下面臨著新的挑戰(zhàn)。原始的線性掃描方法雖然有著較高的檢索精度,但是它的檢索的過(guò)程需要較長(zhǎng)的時(shí)間和較多的內(nèi)存資源。基于樹(shù)的圖像檢索方法在處理低維數(shù)據(jù)時(shí)較線性掃描有較大提升,但是在處理高維數(shù)據(jù)時(shí)其檢索效率大幅度下降,使得基于樹(shù)的圖像檢索方法無(wú)法適用于大規(guī)模圖像的檢索,為此基于哈希的圖像檢索方法被提了出來(lái)。基于哈希的圖像檢索方法將圖像的特征轉(zhuǎn)變?yōu)楣４a,使用漢明距離來(lái)比較圖像的相似性,可以大大減少計(jì)算機(jī)的內(nèi)存消耗和檢索響應(yīng)時(shí)間,因而它能更好的適用于大規(guī)模圖像的檢索。該文在用于大規(guī)模圖像檢索的哈希編碼方法方面做了大量的研究,論文的主要工作和貢獻(xiàn)總結(jié)如下:首先,為了降低哈希圖像檢索編碼時(shí)的信息損失問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種最小損失哈希的圖像檢索算法。通過(guò)結(jié)合主成分分析與拉普拉斯特征映射,將原始高維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理;然后對(duì)特征降維和二進(jìn)制量化的損失函數(shù)求極值得到哈希函數(shù);最后,哈希函數(shù)將原始特征矩陣轉(zhuǎn)換為哈希碼矩陣,計(jì)算圖像哈希碼間的漢明距離得到圖像的相似性。該文所提出的方法分別在四個(gè)數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并與領(lǐng)域相關(guān)方法進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明文中提出的方法可以更好的保護(hù)數(shù)據(jù)的近鄰特征和降低量化編碼過(guò)程中的信息損失,提高了檢索精度。其次,為了解決單比特量化無(wú)法很好的保護(hù)特征的近鄰結(jié)構(gòu)以及曼哈頓量化檢索時(shí)耗時(shí)過(guò)多的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種使用位運(yùn)算的雙比特高效量化方法。該方法采用一種新的編碼方法,在二值編碼時(shí)加入數(shù)據(jù)的位置信息,用來(lái)表示數(shù)據(jù)之間的近鄰關(guān)系。在距離計(jì)算時(shí)設(shè)計(jì)一種經(jīng)過(guò)微調(diào)的漢明距離度量方法,使得在距離計(jì)算時(shí)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)高效的位運(yùn)算能力,以此來(lái)提高計(jì)算速度。該方法分別在四個(gè)數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并與現(xiàn)有的量化方法進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該量化方法確實(shí)在檢索速度和檢索精度方面均有優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN919.81
【部分圖文】：

圖 1.1 KD 樹(shù)的簡(jiǎn)單示例哈希的圖像檢索算法的研究現(xiàn)狀希的圖像檢索方法將原始圖像特征映射到漢明空間中，使用哈希，可有效提高檢索的效率。其中漢明空間也就是得到的哈希碼所，哈希函數(shù)的作用就是將歐式空間的特征數(shù)據(jù)離散化到漢明空希編碼階段將在歐式空間相似的圖像特征映射到漢明空間中，那碼也應(yīng)該是相似的，這就是哈希保護(hù)近鄰關(guān)系的特性。在進(jìn)行圖儲(chǔ)圖像的哈希碼，這就甩掉了存儲(chǔ)大量原始圖像帶來(lái)的內(nèi)存消之間的相似性方面，哈希圖像檢索可以使用計(jì)算機(jī)內(nèi)部計(jì)算器來(lái)計(jì)算圖像之間的漢明距離，從而大幅度降低檢索的響應(yīng)時(shí)間得到的哈希碼一般都要低于圖像的原始特征，這可以有效解決

由原始數(shù)據(jù)點(diǎn)得到二值哈希碼在數(shù)學(xué)上是一個(gè) NP 困難的問(wèn)題，所以現(xiàn)有的哈希算法大都是將這個(gè)過(guò)程分為映射和量化兩個(gè)階段來(lái)處理的�，F(xiàn)在映射階段有許多哈希函數(shù)的設(shè)計(jì)方法。比如數(shù)據(jù)獨(dú)立哈希方法通常使用隨機(jī)投影，數(shù)據(jù)依賴(lài)哈希利用數(shù)據(jù)的分布信息以及各種監(jiān)督信息來(lái)確定哈希函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)。現(xiàn)在最常用的是廣義線性投影形式的哈希函數(shù)，如下公式 2.1 所示：( ) sgn( ( ))Tk k kh x f w x b(2.1)這里的 f ( )是一個(gè)預(yù)定義的函數(shù)，也可能是非線性的。式中要確定的參數(shù)是1{ ,b }Kk k kw ，分別是指映射向量和相對(duì)應(yīng)的常數(shù)項(xiàng)。在量化階段，雖然現(xiàn)在有一些用于量化的方案，但還需要研究者們投入更多的精力。量化一般是將將投影向量轉(zhuǎn)化為一定長(zhǎng)度的二進(jìn)制哈希碼。當(dāng)前，大多數(shù)哈希方法使用的是基于閾值的單比特量化方法，這種方法根據(jù)閾值將每個(gè)投影維度的數(shù)據(jù)二值化為 0 和 1。

圖 2.2 基于哈希的圖像檢索框架基于哈希的圖像檢索一般框架如圖 2.2 所示，整個(gè)過(guò)程大致分為特征提取、哈希編碼、漢明距離排序和重排四個(gè)步驟[62]。(1) 特征提取。首先要對(duì)整個(gè)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行特征提取，這里使用的圖像特征一般是顏色特征、GIST 特征、CNN 特征等高維全局特征。(2) 哈希編碼。這個(gè)過(guò)程一般分為映射和量化兩個(gè)步驟。先將原始圖像特征通過(guò)哈希函數(shù)映射到漢明空間，然后使用量化策略將漢明空間的值量化為二值哈希碼，最后每張圖像都獲得一定長(zhǎng)度的二進(jìn)制串。(3) 漢明距離排序。將查詢(xún)圖像的哈希碼與數(shù)據(jù)庫(kù)中每張圖像的哈希碼值計(jì)算漢明距離，按照得到了漢明距離將圖像排序。(4) 重排。在實(shí)際的工程應(yīng)用中會(huì)有重排這一步，將漢明距離排序后的前 K 張圖像使用歐氏距離再計(jì)算他們的相似度，得到最后的結(jié)果。在研究哈希算法時(shí)一般不需這步。
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本文編號(hào)：2848146