CN101216841A - 交互式图像搜索系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像的搜索系统和方法,是一种交互式图像搜索系统和方法,包括:用户选择物体照片,选定感兴趣区域,选择待识别物体类别,根据用户选择的区域和类别用前景提取方法自动分割前景区域,在前景区域中提取图像特征,根据图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像,根据匹配图像获取相关物体信息,返回匹配图像的相关物体信息给用户。本发明对于任意图像,能够有效的提取图像中物体的信息,从而实现精细的对图像中物体的搜索。同时把目标物体的类别信息结合到图像搜索中,从而有效的提高了搜索精度,降低了运算复杂性。本发明实现了一个基于图像搜索的电子商务系统。

Description

交互式图像搜索系统和方法
技术领域
本发明涉及一种图像的搜索系统和方法,具体的说是一种交互式图像搜索系统和方法。
背景技术
随着互联网的发展,搜索引擎已经成为重要的信息获取和商品营销工具。传统信息搜索方式是使用文字进行搜索,这方面的例子包括谷歌(Google),百度等。然而,只用文字进行搜索难以描述复杂的图像信息,所以下一代信息搜索方式必然需要图像搜索。
图像搜索系统的基本原理是通过计算机分析图像的视觉特征而构建搜索用的数据库,从而实现检索。传统的图像搜索方法采用对整张图片分析的方法,这样做适合粗略的搜索,例如区分蓝天,海滩,树林的照片。但是这样做无法实现更精细的搜索,例如搜索图像中的某个物体。而从实际应用来说,能够搜索图像中的物体具有重要得多的应用价值。
搜索图像中的物体可以通过先对图像进行分割,然后分析分割区域的方式实现。然而,对任意图像进行完全自动的分割是个很困难的问题。目前已有的系统,采用完全自动分割的方法,尚无法比较理想的提取某个物体的完整区域。目前的分割方法经常会把一个物体划分为很多个区域,这样难以实现精细的对图像中物体的搜索。另外,传统的图像搜索方法对搜索物体的类别通常是未知的,这样搜索的困难较大,搜索精确度比较低,而且运算量高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可以提高精度,降低运算复杂性的交互式图像搜索系统和方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
交互式图像搜索系统,包括以下模块:
图像采集模块,用于采集需要搜索的物体的图像;
用户选择模块,用户选择图像的感兴趣区域和待识别物体类别;
图像分割模块,根据用户选择的区域和类别用前景提取方法自动分割前景区域;
特征提取模块,在前景区域中提取图像特征;
通讯模块,包括互联网或无线网络,在客户端和服务器之间传递信息;
图像检索模块,根据图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像,根据匹配图像获取相关物体的信息;
数据库,存储图像特征向量和物体信息;
结果显示模块,返回匹配图像和相关物体信息给用户。
交互式图像搜索方法,包括以下步骤:
①用户选择搜索图片;
②选定搜索照片的感兴趣区域;
③选择待识别物体类别;
④根据用户选择的搜索图片的区域和物品的类别用前景提取方法自动分割前景区域;
⑤在前景区域中提取图像特征向量;
⑥根据图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像;
⑦根据匹配图像获取相关物体信息;
⑧返回匹配图像的相关物体信息给用户。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现:
前述的交互式图像搜索系统,其中所述图像采集模块包括商品采集子模块,用于采集需要搜索的商品的图像。
前述的交互式图像搜索系统,其中所述图像检索模块包括商品图像检索子模块,根据商品图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配商品图像,根据商品匹配图像获取商品的描述,价格,地址的超链接。
前述的交互式图像搜索方法,其中所述步骤①中,搜索图片的获得方法为通过图像采集设备拍摄图片或在已有的图片库中找到图片。
前述的交互式图像搜索方法,其中所述步骤②中,在图片上选定感兴趣区域的实现方法为用户通过一个输入设备控制在感兴趣的区域上面拉一个框、用户通过一个语音输入控制指令在感兴趣的区域上面拉一个框或用户通过一个输入设备控制一个区域选择功能单元选择感兴趣的区域和/或不感兴趣的区域和/或未知的区域。
前述的交互式图像搜索方法,其中所述步骤④中,前景提取方法为首先初始化划分图像区域,然后对所划分的区域建立统计模型,通过优化代价函数来完成前景和背景的划分;所述图像区域初始化划分的方法为:初始化为前景和未知两个区域、初始化为背景和未知两个区域或初始化为前景,背景和未知三个区域;所述代价函数至少包括区域因素、边缘因素和形状因素中的一个因素;所述的优化方法为基于图分割方法或者基于马可夫随机场方法。
前述的交互式图像搜索方法,其中所述步骤⑤中,特征向量可以包括颜色特征向量,纹理特征向量,及形状特征向量;所述颜色特征向量的实现方法为:采用颜色直方图的方式或采用MPEG-7标准中的主颜色描述符;所述纹理特征向量的实现方法为:MPEG-7标准中的边缘直方图描述符或局部二值纹理;所述形状特征向量的实现方法为:采用MPEG-7标准中的曲率尺度空间或者边缘直方图描述符。
前述的交互式图像搜索方法,其中所述步骤⑥中,寻找匹配图像的方法为:采用最近邻方法在数据库中寻找与输入图像综合距离最接近的图像,综合距离包括颜色,纹理,及形状三方面的信息。
前述的交互式图像搜索方法,其中所述物体为商品,物体信息包括商品的描述,价格,地址的超链接。
本发明的优点为:本发明的一个主要优点是实现了基于目标物体的图像搜索,从而大大提高了图像搜索的应用范围。本发明的另一个主要优点是把用户的交互和搜索目标物体的提取紧密结合起来,从而可以更准确的提取目标物体特征,更准确的获取搜索的信息。另外本发明把目标物体的类别信息结合到图像搜索中,从而有效的提高了搜索精度,降低了运算复杂性。本发明的另一个主要优点是实现了一个基于图像搜索的电子商务系统。
附图说明
图1为实施例一的交互式图像搜索系统框图。
图2为实施例二的交互式图像搜索系统框图。
图3为实施例五的交互式图像搜索方法流程图。
图4为实施例六的交互式图像搜索方法流程图。
具体实施方式
实施例一
本实施例为一种交互式图像搜索系统,其框图如图1所示,包括客户端和服务器两部分。客户端可以是一个计算机终端,或是一个手机。包括以下模块:
图像采集模块,可以有多种实现,比如通过相机拍摄图片,或者在计算机内的图片库中找到一张图片,等等。
用户选择模块,以选择图片的感兴趣区域和待识别物体类别。
图像分割和特征提取模块,功能是根据用户选择的区域和类别用前景提取方法自动分割前景区域,然后在前景区域中提取图像特征。
通讯模块,包括互联网或无线网络,用以在客户端和服务器之间传递信息。
图像检索模块,功能是根据图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像,根据匹配图像获取相关物体的信息。
数据库,存储图像特征向量和物体信息。
结果显示模块,功能是返回匹配图像和相关物体信息显示给用户。
实施例二
本实施例为另一种交互式图像搜索系统,其框图如图2所示,包括客户端和服务器两部分。客户端可以是一个计算机终端,或是一个手机。包括以下模块:
图像采集模块,可以有多种实现,比如通过相机拍摄图片,或者在计算机内的图片库中找到一张图片,等等。
用户选择模块,以选择图片的感兴趣区域和待识别物体类别。
图像分割和特征提取模块,功能是根据用户选择的区域和类别用前景提取方法自动分割前景区域,然后在前景区域中提取图像特征。
通讯模块,包括互联网或无线网络,用以在客户端和服务器之间传递信息。
图像检索模块,功能是根据图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像,根据匹配图像获取相关物体的信息。
数据库,存储图像特征向量和物体信息。
结果显示模块,功能是返回匹配图像和相关物体信息显示给用户。
实施例三
本实施例为利用本发明的交互式图像搜索系统的电子商务信息检索系统,框图同系统框图1所示,包括客户端和服务器两部分。客户端可以是一个计算机终端,或是一个手机。包括以下模块:
图像采集模块,可以有多种实现,比如通过相机拍摄商品图片,或者在计算机内的图片库中找到一张商品图片,等等。
用户选择模块,以选择图片的感兴趣区域和待识别商品类别。
图像分割和特征提取模块,功能是根据用户选择的区域和类别用前景提取方法自动分割前景区域,然后在前景区域中提取图像特征。
通讯模块,包括互联网或无线网络,用以在客户端和服务器之间传递信息。
图像检索模块,功能是根据图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像,根据匹配图像获取相关商品的信息。
数据库,存储图像特征向量和商品信息。
结果显示模块,功能是返回匹配图像和相关商品信息显示给用户。
实施例四
本实施例为利用本发明的交互式图像搜索系统的另一种电子商务信息检索系统,框图同系统框图2所示,包括客户端和服务器两部分。客户端可以是一个计算机终端,或是一个手机。包括以下模块:
图像采集模块,可以有多种实现,比如通过相机拍摄商品图片,或者在计算机内的图片库中找到一张商品图片,等等。
用户选择模块,以选择图片的感兴趣区域和待识别商品类别。
图像分割和特征提取模块,功能是根据用户选择的区域和类别用前景提取方法自动分割前景区域,然后在前景区域中提取图像特征。
通讯模块,包括互联网或无线网络,用以在客户端和服务器之间传递信息。
图像检索模块,功能是根据图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像,根据匹配图像获取相关商品的信息。
数据库,存储图像特征向量和商品信息。
结果显示模块,功能是返回匹配图像和相关商品信息显示给用户。
实施例五
本实施例为交互式图像搜索方法,其流程如图3所示,按以下步骤进行:
用户首先选择待搜索的商品照片,该图片的获得可以有多种方法,比如通过相机拍摄图片,或者在计算机内的图片库中找到一张图片,等等。
然后用户在图片上选择选定感兴趣的区域,这个有很多种实现方法。一种方法是用户通过一个输入设备(如鼠标,触摸屏)控制在感兴趣的区域上面拉一个框。另一种方法是用户通过一个语音输入控制指令在感兴趣的区域上面拉一个框。另一种方法是用户通过一个输入设备(如鼠标,触摸屏)控制一个刷子选择感兴趣的区域(前景区域)和不感兴趣的区域(背景区域)。
下面一个步骤是用户选择待识别商品的类别。比如,在一个服饰类电子商务应用中,用户可以选择手提包,双肩包等类别。这些类别集合的设定可以预先确定好。
然后,根据用户选择的区域和类别,采用前景提取的方法自动分割前景区域。有很多的自动前景提取的方法可以采用,然而传统的前景提取的方法是独立进行的,与用户的输入无关。本发明中的自动提取方法结合了用户选择的区域和类别信息到前景提取过程中。具体来说,本方法把图像中的点分为前景和背景两个区域,通过一个优化方法来完成最终的前景和背景划分。最初用户的输入可以用来初始化划分:一种方法是初始化为前景和未知两个区域;另一种方法是初始化为背景和未知两个区域;另一种方法是初始化为前景,背景和未知三个区域。然后,对这些区域的点建立统计模型,而最终的前景和背景的划分可以通过一个优化方法来完成。优化的代价函数可以包括以下三个因素的部分或全部:区域因素,边缘因素,形状因素。区域因素考虑所有的点和统计模型的匹配的合理性(例如,可以对前景和背景分别建立高斯混合模型GMM,然后统计所有的点符合这些高斯混合模型的概率;或者前景和背景分别建立直方图,然后统计所有的点符合这些直方图的概率)。边缘因素惩罚的是相近邻点的不联系性,比如说,如果相近邻两个点颜色接近,那他们应该被分到同一个区域。这个惩罚项也可以和两个点的距离有关,距离越远惩罚越轻。惩罚项可以和局部的灰度的梯度,拉普拉斯过零检测,梯度方向,几何特性等因素有关。形状因素考虑的是前景区域与用户选择的类别的合理性。优化可以采用图分割(Graph Cut)用Maxflow方法求解或者用马可夫随机场的方法求解。
在图像分割以后,在前景区域中提取商品的图像特征,提取的特征向量可以包括颜色,纹理,及形状等特征向量。颜色特征向量可以用多种方法实现。一种方法是采用直方图的方式。对于输入的彩色图像(通常包括红,绿,蓝三种颜色),首先转化为HSV(色相、饱和度和亮度)色度空间,然后建立166个分组的直方图。另一种方法可以采用MPEG-7标准中的主颜色描述符(Dominant Color Descriptor)实现。纹理特征可以用多种方法实现,一种方法是MPEG-7标准中的边缘直方图描述符(Edge Histogram Descriptor);另一种方法是局部二值纹理(Local Binary Pattern)。形状特征可以用多种方法实现,一种方法采用MPEG-7标准中的曲率尺度空间(Curvature scalespace)实现。
根据输入的图像特征和商品类别,在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像。这个寻找可以采用最近邻方法在数据库中寻找与输入图像综合距离最接近的图像,综合距离包括颜色,纹理,及形状三方面的信息,综合的方式可以有多种,可以是线性加权的,也可以是非线性加权等。
根据最优的若干匹配图像结果,在数据库中获取与查找的商品相关的信息,这些信息可以包括商品的描述,价格,购买地址的超链接等。
最后返回匹配图像和相关商品的信息给用户,这个结果可以在一个手机或者一个计算机上显示。
实施例六
本实施例为利用本发明的交互式图像搜索方法的电子商务图像搜索方法,其流程如图4所示,按以下步骤进行:
用户首先选择待搜索的商品照片,该图片的获得可以有多种方法,比如通过相机拍摄图片,或者在计算机内的图片库中找到一张图片,等等。
然后用户在图片上选择选定感兴趣的区域,这个有很多种实现方法。一种方法是用户通过一个输入设备(如鼠标,触摸屏)控制在感兴趣的区域上面拉一个框。另一种方法是用户通过一个语音输入控制指令在感兴趣的区域上面拉一个框。另一种方法是用户通过一个输入设备(如鼠标,触摸屏)控制一个刷子选择感兴趣的区域(前景区域)和不感兴趣的区域(背景区域)。
下面一个步骤是用户选择待识别商品的类别。比如,在一个服饰类电子商务应用中,用户可以选择手提包,双肩包等类别。这些类别集合的设定可以预先确定好。
然后,根据用户选择的区域和类别,采用前景提取的方法自动分割前景区域。有很多的自动前景提取的方法可以采用,然而传统的前景提取的方法是独立进行的,与用户的输入无关。本发明中的自动提取方法结合了用户选择的区域和类别信息到前景提取过程中。具体来说,本方法把图像中的点分为前景和背景两个区域,通过一个优化方法来完成最终的前景和背景划分。最初用户的输入可以用来初始化划分:一种方法是初始化为前景和未知两个区域;另一种方法是初始化为背景和未知两个区域;另一种方法是初始化为前景,背景和未知三个区域。然后,对这些区域的点建立统计模型,而最终的前景和背景的划分可以通过一个优化方法来完成。优化的代价函数可以包括以下三个因素的部分或全部:区域因素,边缘因素,形状因素。区域因素考虑所有的点和统计模型的匹配的合理性(例如,可以对前景和背景分别建立高斯混合模型GMM,然后统计所有的点符合这些高斯混合模型的概率;或者前景和背景分别建立直方图,然后统计所有的点符合这些直方图的概率)。边缘因素惩罚的是相近邻点的不联系性,比如说,如果相近邻两个点颜色接近,那他们应该被分到同一个区域。这个惩罚项也可以和两个点的距离有关,距离越远惩罚越轻。惩罚项可以和局部的灰度的梯度,拉普拉斯过零检测,梯度方向,几何特性等因素有关。形状因素考虑的是前景区域与用户选择的类别的合理性。优化可以采用图分割(Graph Cut)用Maxflow方法求解或者用马可夫随机场的方法求解。
在图像分割以后,在前景区域中提取商品的图像特征,提取的特征向量可以包括颜色,纹理,及形状等特征向量。颜色特征向量可以用多种方法实现。一种方法是采用直方图的方式。对于输入的彩色图像(通常包括红,绿,蓝三种颜色),首先转化为HSV(色相、饱和度和亮度)色度空间,然后建立166个分组的直方图。另一种方法可以采用MPEG-7标准中的主颜色描述符(Dominant Color Descriptor)实现。纹理特征可以用多种方法实现,一种方法是MPEG-7标准中的边缘直方图描述符(Edge Histogram Descriptor);另一种方法是局部二值纹理((Local Binary Pattern))。形状特征可以用多种方法实现,一种方法采用MPEG-7标准中的曲率尺度空间(Curvature scalespace)实现。
根据输入的图像特征和商品类别,在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像。这个寻找可以采用最近邻方法在数据库中寻找与输入图像综合距离最接近的图像,综合距离包括颜色,纹理,及形状三方面的信息,综合的方式可以有多种,可以是线性加权的,也可以是非线性加权等。
根据最优的若干匹配图像结果,在数据库中获取与查找的商品相关的信息,这些信息可以包括商品的描述,价格,购买地址的超链接等。
最后返回匹配图像和相关商品的信息给用户,这个结果可以在一个手机或者一个计算机上显示。
本发明还可以有其它实施方式,凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.交互式图像搜索系统,其特征在于:包括以下模块:
图像采集模块,用于采集需要搜索的物体的图像;
用户选择模块,用户选择图像的感兴趣区域和待识别物体类别;
图像分割模块,根据用户选择的区域和类别用前景提取方法自动分割前景区域;
特征提取模块,在前景区域中提取图像特征;
通讯模块,包括互联网或无线网络,在客户端和服务器之间传递信息;
图像检索模块,根据图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像,根据匹配图像获取相关物体的信息;
数据库,存储图像特征向量和物体信息;
结果显示模块,返回匹配图像和相关物体信息给用户。
2.如权利要求1所述的交互式图像搜索系统,其特征在于:所述图像采集模块包括商品采集子模块,用于采集需要搜索的商品的图像。
3.如权利要求1或2所述的交互式图像搜索系统,其特征在于:所述图像检索模块包括商品图像检索子模块,根据商品图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配商品图像,根据商品匹配图像获取商品的描述,价格,地址的超链接。
4.交互式图像搜索方法,其特征在于:包括以下步骤:
①用户选择搜索图片;
②选定搜索照片的感兴趣区域;
③选择待识别物体类别;
④根据用户选择的搜索图片的区域和物品的类别用前景提取方法自动分割前景区域;
⑤在前景区域中提取图像特征向量;
⑥根据图像特征在指定类别的图像数据库中寻找匹配图像;
⑦根据匹配图像获取相关物体信息;
⑧返回匹配图像的相关物体信息给用户。
5.如权利要求4所述的交互式图像搜索方法,其特征在于:所述步骤①中,搜索图片的获得方法为通过图像采集设备拍摄图片或在已有的图片库中找到图片。
6.如权利要求4所述的交互式图像搜索方法,其特征在于:所述步骤②中,在图片上选定感兴趣区域的实现方法为用户通过一个输入设备控制在感兴趣的区域上面拉一个框、用户通过一个语音输入控制指令在感兴趣的区域上面拉一个框或用户通过一个输入设备控制一个区域选择功能单元选择感兴趣的区域和/或不感兴趣的区域和/或未知的区域。
7.如权利要求4所述的交互式图像搜索方法,其特征在于:所述步骤④中,前景提取方法为首先初始化划分图像区域,然后对所划分的区域建立统计模型,通过优化代价函数来完成前景和背景的划分;所述图像区域初始化划分的方法为:初始化为前景和未知两个区域、初始化为背景和未知两个区域或初始化为前景,背景和未知三个区域;所述代价函数至少包括区域因素、边缘因素和形状因素中的一个因素;所述的优化方法为基于图分割方法或者基于马可夫随机场方法。
8.如权利要求4所述的交互式图像搜索方法,其特征在于:所述步骤⑤中,特征向量可以包括颜色特征向量,纹理特征向量,及形状特征向量;所述颜色特征向量的实现方法为:采用颜色直方图的方式或采用MPEG-7标准中的主颜色描述符;所述纹理特征向量的实现方法为:MPEG-7标准中的边缘直方图描述符或局部二值纹理;所述形状特征向量的实现方法为:采用MPEG-7标准中的曲率尺度空间或者边缘直方图描述符。
9.如权利要求4所述的交互式图像搜索方法,其特征在于:所述步骤⑥中,寻找匹配图像的方法为:采用最近邻方法在数据库中寻找与输入图像综合距离最接近的图像,综合距离包括颜色,纹理,及形状三方面的信息。
10.如权利要求4所述的交互式图像搜索方法,其特征在于:所述物体为商品,所述物体信息包括商品的描述,价格,地址的超链接。
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