[发明专利]一种基于聚类紧凑特征的海量图像检索系统

权利要求书

1.基于聚类紧凑特征的快速高效的海量图像检索方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：计算样本图像库和测试图像库中图像的局部特征；

步骤二：计算每幅图像的聚类紧凑特征：

对局部特征采用聚类方法获取每类的聚类中心，再统计在每个聚类中的局部特征分布直方图和空间统计信息，生成聚类紧凑特征；

步骤三：随机采样样本图像库中的聚类紧凑特征，对采样所得聚类紧凑特征中聚类中心的分量应用聚类方法生成词汇树，将测试图像库中图像的聚类紧凑特征都量化到词汇树上，生成相应的倒排文件；

步骤四：采用改进的基于词汇树的检索算法进行检索：通过查询词汇树的倒排文件，计算查询图像与图像库图像聚类紧凑特征间的相似度权重进行检索。

2.根据权利要求1所述的基于聚类紧凑特征的快速高效的海量图像检索方法，其特征在于：所述聚类采用K-means聚类或Affinity Propagation(AP)聚类等聚类算法。

3.根据权利要求1所述的基于聚类紧凑特征的快速高效的海量图像检索方法，其特征在于：所述步骤1中的局部特征为SIFT特征，根据所提取出的局部特征每幅图像表示为I={d₁,d₂,…,d_M}∈R^D×M，其中d表示局部特征，D表示局部特征维度，M表示每幅图像局部特征的数目，R表示实数空间。

4.根据权利要求1所述的基于聚类紧凑特征的快速高效的海量图像检索方法，其特征在于：步骤二中，聚类紧凑特征表示为：

I＝{CFC₁,CFC₂,…,CFC_N}

CFC_i＝{μ_i,h_i,v_i}，

①N表示每幅图像聚类的数目；μ_i表示第i个聚类x_i的聚类中心；

②上式中成空间统计向量ρ_i，分别表示第i聚类的特征密度,平均尺度,尺度方差，平均方向和方向方差，在下面的公式中s_j,θ_j分别表示在第i个聚类中第j个局部特征的尺度和方向，ρ表示聚类紧凑特征密度，n(i)表示在聚类区域内，局部特征的数目，d_j为在第i个聚类中第j个局部特征，x_i表示第i个聚类；

ρ_i＝n(i),i＝1,2,…，K

si‾=1ρΣdj∈xisj]]>

σis=1ρΣdj∈xi(sj-si‾)2]]>

θi‾=1ρΣdj∈xiθj]]>

σiθ=1ρΣdj∈xi(θj-θi‾)2]]>

③每个聚类划分为R个小区域，第i聚类的特征分布直方图第r个分量hir=Σj=1k1,ifdisi,j∈disir,r=1,2,...,R0,otherwise,]]>k表示第i聚类中局部特征的数目，根据第i聚类中第j个局部特征到聚类中心的距离统计获得，其中第i聚类中第j个局部特征到聚类中心的距离表示如下：

disi,j=||dj-μi||2,dj∈xi]]>

d_j表示在第i个聚类中第j个局部特征、μ_i表示第i个聚类x_i的聚类中心；

为避免不能包含所有的局部特征或所有的局部特征都划分到直方图的一个分量中，对dis_i,j进行量化：

disi,j=disi,jΣj=1kdisi,j.]]>

5.根据权利要求1所述的基于聚类紧凑特征的快速高效的海量图像检索方法，其特征在于：图像库中查询图像和目标图像间的相似度定义为：

sim(q,d)=·1|Iq||Id|Σi∈Iq,j∈Idf(CFCiq,CFCjd)]]>

其中|I_q|表示查询图像的聚类紧凑特征数目，|I_d|表示目标图像的聚类紧凑特征数目，为聚类紧凑特征间的相似度度量函数

(CFCiq,CFCjd)Σvi∈T(CFCiq),vj∈T(CFCjd)fv(vi,vj)]]>

f_v(v_i,v_j)＝w_i,j(v_i)I(v_i＝v_j)

wi,j(v)=wi,jc(v)×wi,jh(v)×wi,js(v),]]>

①表示每个聚类紧凑特征从词汇树的根节点量化到叶子节点的视觉词汇路径集合，I(·)是一个判断函数，w_i,j(v)表示量化到词汇树上同一个节点的两个聚类紧凑特征，即查询图像第i个聚类紧凑特征和目标图像第j个聚类紧凑特征的相似度权重，由三部分组成，包括聚类中心相似度权重函数特征分布直方图相似度权重函数和空间统计信息相似度权重函数为聚类中心相似度权重函数，为查询图像第i个聚类紧凑特征量化到词汇树节点v的权重，为目标图像第j个聚类紧凑特征量化到词汇树节点v的权重、idf(v)为词汇树节点v的IDF权重、、n^q(v)表示查询图像量化到节点v的聚类紧凑特征数目，ω(v)是一个权重相关系数，可根据经验设置值；

wiq=Σv∈T(CFCiq)ω(v)Σv∈T(CFCiq)ω(v)×nq(v)]]>

②为局部特征分布直方图相似度权重函数，通过计算特征分布直方图相应分量的最小值和最大值的比率之和表示，公式如下:

公式中表示查询图像第i个聚类紧凑特征的局部特征直方图的第r个分量，表示目标图像第j个聚类紧凑特征的局部特征直方图的第r个分量,R表示聚类所划分的区域数目，r＝1,2,…，R，

③为空间统计信息相似度权重函数,

聚类紧凑特征密度相似度权重：

平均尺度相似度权重：

尺度方差相似度权重：

平均方向相似度权重：

方向方差相似度权重：