编码选择哈希算法解决大规模图像检索问题

哈希算法已被广泛应用于解决大规模图像检索的问题. 在已有的哈希算法中, 无监督哈希算法因为不需要数据库中图片的语义信息而被广泛应用. 平移不变核局部敏感哈希(SKLSH)算法就是一种较为代表性的无监督哈希算法.该算法随机的产生哈希函数, 并没有考虑所产生的哈希函数的具体检索效果. 因此, SKLSH算法可能产生一些检索效果表现较差的哈希函数. 在本文中, 提出了编码选择哈希算法(BSH). BSH算法根据SKLSH算法产生的哈希函数的具体检索效果来进行挑选. 挑选的标准主要根据哈希函数在3个方面的表现: 相似性符合度, 信息包含量, 和编码独立性. 然后,BSH算法还使用了一种基于贪心的选择方法来找到哈希函数的最优组合. BSH算法和其他代表性的哈希算法在两个真实图像库上进行了检索效果的对比实验. 实验结果表明, 相比于最初的SKLSH算法和其他哈希算法, BSH算法在检索准确度上有着明显的提高.     

基于稀疏自编码的无监督图像哈希算法

哈希方法因快速及低内存的特点广泛应用于大规模图像检索中,但在哈希函数构造过程中对数据稀疏性缺乏研究。为此,提出一种无监督稀疏自编码的图像哈希算法。在哈希函数的学习过程中加入稀疏构造过程和自动编码器,利用稀疏自编码的KL差异对哈希码进行稀疏约束,以增强局部保持映射过程中的判别性。在CIFAR-10数据集和YouTube Faces数据集上进行实验,结果表明,该算法平均准确率优于DH算法。     

基于伪成对标签的深度无监督哈希学习

无监督的深度哈希学习方法由于缺少相似性监督信息,难以获取高质量的哈希编码.因此,文中提出端到端的基于伪成对标签的深度无监督哈希学习模型.首先对由预训练的深度卷积神经网络得到的图像特征进行统计分析,用于构造数据的语义相似性标签.再进行基于成对标签的有监督哈希学习.在两个常用的图像数据集CIFAR-10、NUS-WIDE上的实验表明,经文中方法得到的哈希编码在图像检索上的性能较优.     

具备高层语义特征的离散哈希图像检索算法

深度哈希在图像搜索领域取得了很好的应用，然而，先前的深度哈希方法存在语义信息未被充分利用的局限性。开发了一个基于深度监督的离散哈希算法，假设学习的二进制代码应该是分类的理想选择，成对标签信息和分类信息在一个框架内用于学习哈希码，将最后一层的输出直接限制为二进制代码。由于哈希码的离散性质，使用交替最小化方法来优化目标函数。该算法在三个图像检索数据库CIFAR-10、NUS-WIDE和SUN397中进行验证，其准确率优于其他监督哈希方法。     

基于对比学习的无监督三元哈希方法

为了解决现有无监督二元哈希方法由于存在较大量化损失而导致检索精度较低的问题,在CIBHash方法的基础上,提出了一种新的基于对比学习的无监督三元哈希方法——CUTHash,将三元哈希编码用于图像检索。具体来说,首先,使用融合了解耦对比损失的对比学习框架,在目标数据集上进行无监督的图像特征学习;接着,为了得到三元哈希编码,对学习到的图像特征使用平滑函数进行量化操作,解决离散函数量化后导致的零梯度问题;最后,应用改进后的对比损失,约束同属一张图像的增强视图的特征在哈希空间中尽可能地接近,从而使得三元哈希编码具有一定的辨识力,使其更好地应用于无监督图像检索任务。在CIFAR-10、NUS-WIDE、MSCOCO以及ImageNet100数据集上进行了大量对比实验,取得了较当前主流的无监督哈希方法更好的检索性能,从而验证了CUTHash方法的有效性。     

自监督深度离散哈希图像检索

目的 基于深度学习的图像哈希检索是图像检索领域的热点研究问题。现有的深度哈希方法忽略了深度图像特征在深度哈希函数训练中的指导作用,并且由于采用松弛优化,不能有效处理二进制量化误差较大导致的生成次优哈希码的问题。对此,提出一种自监督的深度离散哈希方法（self-supervised deep discrete hashing,SSDDH）。方法 利用卷积神经网络提取的深度特征矩阵和图像标签矩阵,计算得到二进制哈希码并作为自监督信息指导深度哈希函数的训练。构造成对损失函数,同时保持连续哈希码之间相似性以及连续哈希码与二进制哈希码之间的相似性,并利用离散优化算法求解得到哈希码,有效降低二进制量化误差。结果 将本文方法在3个公共数据集上进行测试,并与其他哈希算法进行实验对比。在CIFAR-10、NUS-WIDE（web image dataset from National University of Singapore）和Flickr数据集上,本文方法的检索精度均为最高,本文方法的准确率比次优算法DPSH（deep pairwise-supervised hashing）分别高3%、3%和1%。结论 本文提出的基于自监督的深度离散哈希的图像检索方法能有效利用深度特征信息和图像标签信息,并指导深度哈希函数的训练,且能有效减少二进制量化误差。实验结果表明,SSDDH在平均准确率上优于其他同类算法,可以有效完成图像检索任务。     

深度哈希图像检索方法综述

随着网络上图像和视频数据的快速增长,传统图像检索方法已难以高效处理海量数据。在面向大规模图像检索时,特征哈希与深度学习结合的深度哈希技术已成为发展趋势,为全面认识和理解深度哈希图像检索方法,本文对其进行梳理和综述。根据是否使用标签信息将深度哈希方法分为无监督、半监督和监督深度哈希方法,根据无监督和半监督深度哈希方法的主要研究点进一步分为基于卷积神经网络（convolutional neural networks,CNN）和基于生成对抗网络（generative adversarial networks,GAN）的无监督/半监督深度哈希方法,根据数据标签信息差异将监督深度哈希方法进一步分为基于三元组和基于成对监督信息的深度哈希方法,根据各种方法使用损失函数的不同对每类方法中一些经典方法的原理及特性进行介绍,对各种方法的优缺点进行分析。通过分析和比较各种深度哈希方法在CIFAR-10和NUS-WIDE数据集上的检索性能,以及深度哈希算法在西安邮电大学图像与信息处理研究所（Center for Image and Information Processing,CⅡP）自建的两个特色数据库上的测试结果,对基于深度哈希的检索技术进行总结,分析了深度哈希的检索技术未来的发展前景。监督深度哈希的图像检索方法虽然取得了较高的检索精度。但由于监督深度哈希方法高度依赖数据标签,无监督深度哈希技术更加受到关注。基于深度哈希技术进行图像检索是实现大规模图像数据高效检索的有效方法,但存在亟待攻克的技术难点。针对实际应用需求,关于无监督深度哈希算法的研究仍需要更多关注。     

面向Web图像检索的基于语义迁移的无监督深度哈希

当前主流的Web图像检索方法仅考虑了视觉特征,没有充分利用Web图像附带的文本信息,并忽略了相关文本中涉及的有价值的语义,从而导致其图像表达能力不强。针对这一问题,提出了一种新的无监督图像哈希方法——基于语义迁移的深度图像哈希（semantic transfer deep visual hashing,STDVH）。该方法首先利用谱聚类挖掘训练文本的语义信息;然后构建深度卷积神经网络将文本语义信息迁移到图像哈希码的学习中;最后在统一框架中训练得到图像的哈希码和哈希函数,在低维汉明空间中完成对大规模Web图像数据的有效检索。通过在Wiki和MIR Flickr这两个公开的Web图像集上进行实验,证明了该方法相比其他先进的哈希算法的优越性。     

基于PCA的哈希图像检索算法

为了解决传统图像检索算法低效和耗时的缺点,提出一种基于PCA哈希的图像检索算法。具体地,首先通过结合PCA与流形学习将原始高维数据降维,然后通过最小方差旋转得到哈希函数和二值化阈值。进而将原始数据矩阵转换为哈希编码矩阵。最后通过计算样本间汉明距离得到样本相似性。在三个公开数据集上的实验结果表明本文提出的哈希算法在多个评价指标下均优于现有算法。     

具有性能感知排序的深度监督哈希用于多标签图像检索

现实生活中的图像大多具有多种标签属性。对于多标签图像,理想情况下检索到的图像应该按照与查询图像相似程度降序排列,即与查询图像共享的标签数量依次递减。然而,大多数哈希算法主要针对单标签图像检索而设计的,而且现有用于多标签图像检索的深度监督哈希算法忽略了哈希码的排序性能且没有充分地利用标签类别信息。针对此问题,提出了一种具有性能感知排序的深度监督哈希方法（deep supervised hashing with performance-aware ranking,PRDH）,它能够有效地感知和优化模型的性能,改善多标签图像检索的效果。在哈希学习部分,设计了一种排序优化损失函数,以改善哈希码的排序性能;同时,还加入了一种空间划分损失函数,将具有不同数量的共享标签的图像划分到相应的汉明空间中;为了充分地利用标签信息,还鲜明地提出将预测标签用于检索阶段的汉明距离计算,并设计了一种用于多标签分类的损失函数,以实现对汉明距离排序的监督与优化。在三个多标签基准数据集上进行的大量检索实验结果表明,PRDH的各项评估指标均优于现有先进的深度哈希方法。     

FP-CNNH:一种基于深度卷积神经网络的快速图像哈希算法

在大数据时代,图像检索技术在大规模数据上的应用是一个热门的研究领域。近年来,大规模图像检索系统中, 图像哈希算法 由于具备提高图像的检索效率同时减少储存空间的优点而受到广泛的关注。现有的有监督学习哈希算法存在一些问题,主流的有监督的哈希算法需要通过图像特征提取器获取人为构造的图像特征表示,这种做法带来的图像特征损失影响了哈希算法的效果,也不能较好地处理图像数据集中语义的相似性问题。随着深度学习在大规模数据上研究的兴起,一些相关研究尝试通过深度神经网络进行有监督的哈希函数学习,提升了哈希函数的效果,但这类方法需要针对数据集人为设计复杂的深度神经网络,增大了哈希函数设计的难度,而且深度神经网络的训练需要较多的数据和较长的时间,这些问题影响了基于深度学习的哈希算法在大规模数据集上的应用。针对这些问题,提出了一种基于深度卷积神经网络的快速图像哈希算法,该算法通过设计优化问题的求解方法以及使用预训练的大规模深度神经网络,提高了哈希算法的效果,同时明显地缩短了复杂神经网络的训练时间。根据在不同图像数据集上的实验结果分析可知, 与现有的基准算法相比,提出的算法在哈希函数训练效果和训练时间上都具有较大的提高。     

基于深度多监督哈希的快速图像检索

由于较低的检索时间和空间复杂度,哈希方法被广泛应用于大规模图像检索领域。提出深度多监督哈希(Deep Multi-Supervised Hashing,DMSH)方法来学习具有高度判别能力和紧凑的哈希编码,并进行有效的图像检索。设计一个新的卷积神经网络结构来产生相似性保留的哈希编码,用一个识别信号来增加类间距离,用一个验证信号来降低类间距离。同时,通过正则化的方式降低网络输出和二进制哈希编码之间的损失并使二进制哈希值在每一维上均匀分布使网络输出更接近离散的哈希值。在两个数据集上的实验证明了该方法能够快速编码任意新的图像并取得先进的检索结果。     

基于生成对抗网络的无目标深度检索哈希攻击算法

近年来深度哈希技术被广泛研究，可应用于大规模图像检索且取得了良好的性能，然而其安全性问题却相对被忽视.为此，本文提出了一种针对深度检索哈希的无目标攻击算法，可用于深度检索哈希的鲁棒性评估和优化设计.在该算法中我们构建了一个用于获得无目标攻击对抗样本的生成对抗网络模型UntargetedGAN.模型训练过程中，首先利用原型网络（PrototypeNet）将图像标签转换为原型网络编码，之后结合原型网络编码、解码器和鉴别器进行联合训练得到期望的UntargetedGAN模型;在测试阶段输入查询图像及其标签即可快速生成对抗样本.实验结果表明，UntargetedGAN生成的对抗样本可有效实现无目标攻击，且与现有的无目标攻击算法相比在攻击性能和对抗样本生成效率方面有显著提升.     

基于深度自学习的图像哈希检索方法

基于监督学习的卷积神经网络被证明在图像识别的任务中具有强大的特征学习能力。然而,利用监督的深度学习方法进行图像检索,需要大量已标注的数据,否则很容易出现过拟合的问题。为了解决这个问题,提出了一种新颖的基于深度自学习的图像哈希检索方法。首先,通过无监督的自编码网络学习到一个具有判别性的特征表达函数,这种方法降低了学习的复杂性,让训练样本不需要依赖于有语义标注的图像,算法被迫在大量未标注的数据上学习更强健的特征。其次,为了加快检索速度,抛弃了传统利用欧氏距离计算相似性的方法,而使用感知哈希算法来进行相似性衡量。这两种技术的结合确保了在获得更好的特征表达的同时,获得了更快的检索速度。实验结果表明,提出的方法优于一些先进的图像检索方法。     

模糊序列感知哈希

为了解决传统哈希算法在图像近邻检索任务中的模糊排序问题,提出了模糊序列感知哈希,旨在学习满足首位区分规则的哈希函数,其可直接利用二值编码本身信息区分模糊序列,从而在近邻检索中无需额外计算比特位权值和加权汉明距离,能以较小的代价区分与查询样本具有相同汉明距离的数据点之间的序列。建立了类似于近邻检索性能评价指标平均准确率的目标函数,其属于序列保持约束条件,能够保证数据点对在汉明空间与欧式空间内具有相同的相对相似性,可确保所提算法适应于近邻检索任务。在训练过程中,对二值编码、汉明距离以及判断函数进行了连续化松弛处理,从而可直接采用批量梯度下降算法优化目标函数,降低了训练复杂度。在三种图像数据集上的对比实验证明,模糊序列感知哈希的近邻检索性能较优。     

多标记收缩哈希方法的人脸属性检索*

哈希方法具有存储成本低、查询速度快等优点.但是,大多数哈希方法只用于处理单标记问题,较少用于图像多标记问题.因此,文中提出多标记收缩哈希方法(MLCH),可以保留多标记图像的多水平语义相似性.MLCH利用数据的多标记作为监督信息,依据优化选择算法选取三元组,并加入收缩约束项以获取更饱和的二进制编码.在数据库CelebA和PubFig上评估MLCH性能,证明收缩约束项的有效性,并证明MLCH在大规模图像检索任务中的优越性.     

融合多层卷积神经网络特征的快速图像检索方法

基于卷积神经网络在图像特征表示方面的良好表现,以及深度哈希可以满足大规模图像检索对检索时间的要求,提出了一种结合卷积神经网络和深度哈希的图像检索方法.针对当前典型图像检索方法仅仅使用全连接层作为图像特征进行检索时,存在有些样本的检索准确率为零的问题,提出融合神经网络不同层的信息作为图像的特征表示;针对直接使用图像特征进行检索时响应时间过长的问题,使用深度哈希的方法将图像特征映射为二进制的哈希码,这样哈希码中既包含底层的边缘信息又包含高层的语义信息;同时,提出了一种相似性度量函数进行相似性匹配.实验结果表明,与已有的图像检索方法相比,该方法在检索准确率上有一定程度的提高.     

基于有监督哈希的肺结节CT图像检索*

针对传统方法在面对大量肺部数据时检索效率不高的问题,提出了一种基于有监督哈希的肺结节CT图像检索方法。首先,通过图像预处理建立肺结节图像库,并从灰度、形态、纹理方面提取图像多特征;然后,利用监督信息构造哈希函数,将多特征映射为低维哈希码;最后,根据设计的自适应权重计算图像相似度,并返回相似的肺结节图像。实验结果表明,本文方法能有效地实现肺结节CT图像的快速检索,对查询病灶的良恶性分类达到89.45%。     

基于元学习的深度哈希检索算法

随着移动互联网技术的发展,图像数据的规模越来越大,大规模图像检索任务已经成为了一个紧要的问题。由于检索速度快和存储消耗低,哈希算法受到了研究者的广泛关注。基于深度学习的哈希算法要达到较好的检索性能,需要一定数量的高质量训练数据来训练模型。然而现存的哈希方法通常忽视了数据集存在数据类别非平衡的问题,而这可能会降低检索性能。针对上述问题,提出了一种基于元学习网络的深度哈希检索算法。所提算法可以直接从数据中自动学习加权函数。该加权函数是只有一个隐含层的多层感知机（MLP）,在少量无偏差元数据的指导下,加权函数的参数可以和模型训练过程中的参数同时进行优化更新。元学习网络参数的更新方程可以解释为：较符合元学习数据的样本权重将被提高,而不符合元学习数据的样本权重将被减小。基于元学习网络的深度哈希检索算法可以有效减少非平衡数据对图像检索的影响,并可以提高模型的鲁棒性。在CIFAR-10等广泛使用的基准数据集上进行的大量实验表明,在非平衡比率较大时,所提算法的平均准确率均值（mAP）最佳;在非平均比率为200的条件下,所提算法的mAP比中心相似度量化算法、非对称深度监督哈希（ADSH）算法和快速可扩展监督哈希（FSSH）算法分别提高0.54个百分点,30.93个百分点和48.43个百分点。     

面向视觉搜索的空间局部敏感哈希方法

目的 视觉检索需要准确、高效地从大型图像或者视频数据集中检索出最相关的视觉内容,但是由于数据集中图像数据量大、特征维度高的特点,现有方法很难同时保证快速的检索速度和较好的检索效果。方法 对于面向图像视频数据的高维数据视觉检索任务,提出加权语义局部敏感哈希算法（weighted semantic locality-sensitive hashing, WSLSH）。该算法利用两层视觉词典对参考特征空间进行二次空间划分,在每个子空间里使用加权语义局部敏感哈希对特征进行精确索引。其次,设计动态变长哈希码,在保证检索性能的基础上减少哈希表数量。此外,针对局部敏感哈希（locality sensitive hashing, LSH）的随机不稳定性,在LSH函数中加入反映参考特征空间语义的统计性数据,设计了一个简单投影语义哈希函数以确保算法检索性能的稳定性。结果 在Holidays、Oxford5k和DataSetB数据集上的实验表明,WSLSH在DataSetB上取得最短平均检索时间0.034 25 s;在编码长度为64位的情况下,WSLSH算法在3个数据集上的平均精确度均值（mean average precision,mAP）分别提高了1.2%32.6%、1.7%19.1%和2.6%28.6%,与几种较新的无监督哈希方法相比有一定的优势。结论 通过进行二次空间划分、对参考特征的哈希索引次数进行加权、动态使用变长哈希码以及提出简单投影语义哈希函数来对LSH算法进行改进。由此提出的加权语义局部敏感哈希（WSLSH）算法相比现有工作有更快的检索速度,同时,在长编码的情况下,取得了更为优异的性能。