圖像是人類對于自然景物的視覺認知基礎,是人類社會活動中最常用的信息載體。隨著互聯(lián)網的發(fā)展、大數(shù)據(jù)時代的到來、圖像采集工具的普及,生活中出現(xiàn)了越來越多的圖像,人們對于大規(guī)模圖像檢索的要求也越來越高。當前大規(guī)模圖像數(shù)據(jù)庫的檢索有著圖像數(shù)據(jù)量大、特征維度高以及要求響應的時間短等特點,基于內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,但是它的檢索的過程需要較長的時間和較多的內存資源�；跇涞膱D像檢索方法在處理低維數(shù)據(jù)時較線性掃描有較大提升,但是在處理高維數(shù)據(jù)時其檢索效率大幅度下降,使得基于樹的圖像檢索方法無法適用于大規(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�；诠５膱D像檢索方法將圖像的特征轉變?yōu)楣４a,使用漢明距離來比較圖像的相似性,可以大大減少計算機的內存消耗和檢索響應時間,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總結如下:首先,為了降低哈希圖像檢索編碼時的信息損失問題,設計了一種最小損失哈希的圖像檢索算法。通過結合主成分分析與拉普拉斯特征映射,將原始高維數(shù)據(jù)進行降維處理;然后對特征降維和二進制量化的損失函數(shù)求極值得到哈希函數(shù);最后,哈希函數(shù)將原始特征矩陣轉換為哈希碼矩陣,計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數(shù)據(jù)集上進行實驗,并與領域相關方法進行比較。實驗結果表明文中提出的方法可以更好的保護數(shù)據(jù)的近鄰特征和降低量化編碼過程中的信息損失,提高了檢索精度。其次,為了解決單比特量化無法很好的保護特征的近鄰結構以及曼哈頓量化檢索時耗時過多的缺點,設計了一種使用位運算的雙比特高效量化方法。該方法采用一種新的編碼方法,在二值編碼時加入數(shù)據(jù)的位置信息,用來表示數(shù)據(jù)之間的近鄰關系。在距離計算時設計一種經過微調的漢明距離度量方法,使得在距離計算時充分發(fā)揮計算機高效的位運算能力,以此來提高計算速度。該方法分別在四個數(shù)據(jù)集上進行實驗,并與現(xiàn)有的量化方法進行比較,實驗結果表明該量化方法確實在檢索速度和檢索精度方面均有優(yōu)勢。
【學位單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN919.81
【部分圖文】：

圖 1.1 KD 樹的簡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，那碼也應該是相似的，這就是哈希保護近鄰關系的特性。在進行圖儲圖像的哈希碼，這就甩掉了存儲大量原始圖像帶來的內存消之間的相似性方面，哈希圖像檢索可以使用計算機內部計算器來計算圖像之間的漢明距離，從而大幅度降低檢索的響應時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)點得到二值哈希碼在數(shù)學上是一個 NP 困難的問題，所以現(xiàn)有的哈希算法大都是將這個過程分為映射和量化兩個階段來處理的。現(xiàn)在映射階段有許多哈希函數(shù)的設計方法。比如數(shù)據(jù)獨立哈希方法通常使用隨機投影，數(shù)據(jù)依賴哈希利用數(shù)據(jù)的分布信息以及各種監(jiān)督信息來確定哈希函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)�，F(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 ( )是一個預定義的函數(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應的常數(shù)項。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化為一定長度的二進制哈希碼。當前，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，整個過程大致分為特征提取、哈希編碼、漢明距離排序和重排四個步驟[62]。(1) 特征提取。首先要對整個圖像數(shù)據(jù)庫進行特征提取，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。這個過程一般分為映射和量化兩個步驟。先將原始圖像特征通過哈希函數(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度的二進制串。(3) 漢明距離排序。將查詢圖像的哈希碼與數(shù)據(jù)庫中每張圖像的哈希碼值計算漢明距離，按照得到了漢明距離將圖像排序。(4) 重排。在實際的工程應用中會有重排這一步，將漢明距離排序后的前 K 張圖像使用歐氏距離再計算他們的相似度，得到最后的結果。在研究哈希算法時一般不需這步。
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