JP4468736B2 - Similar image retrieval device, similar image retrieval method, and similar image retrieval program - Google Patents
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Description
本発明は,類似画像検索技術に関し,特に,動的計画法(DP:Dynamic Programming)によるマッチングを多段に適用することにより類似画像を判定・検索する類似画像検索装置,類似画像検索方法および類似画像検索プログラムに関する。 The present invention relates to a similar image retrieval technique, and in particular, a similar image retrieval device, a similar image retrieval method, and a similar image that determine and retrieve similar images by applying matching by dynamic programming (DP) in multiple stages. Relating to the search program.
従来は,例えば,下記の特許文献1に記載された技術のように,画像内の領域の特徴ベクトルを抽出し,画像検索を行なっていた。
しかしながら,従来の方法では,同じ被写体であっても,撮影位置が異なり被写体の画像が歪んだ場合などには,抽出される特徴ベクトルが異なり,画像類似度が異なるものと判定されていた。 However, in the conventional method, even when the subject is the same, when the shooting position is different and the image of the subject is distorted, it is determined that the extracted feature vectors are different and the image similarity is different.
本発明は,上記従来技術の問題点を解決し,撮影位置が異なり被写体の画像に歪みが生じたような場合でも,適切に画像の類似度を決定し,類似画像を検索することが可能な新しい類似画像検索技術を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems of the prior art, and even when the shooting position is different and the image of the subject is distorted, it is possible to appropriately determine the similarity of images and search for similar images. An object is to provide a new similar image retrieval technique.
本発明では,DPマッチングを多段に用い,縦方向および横方向のずれや画像の大小もしくは歪みを考慮に入れ,画像の類似度を判定・検索する。 In the present invention, DP matching is used in multiple stages, and image similarity is determined and searched in consideration of vertical and horizontal shifts and image size or distortion.
すなわち,上記課題を解決するため,本発明は,対象となる画像の類似画像を検索する類似画像検索装置であって,前記対象となる画像と,検索対象画像群から選択された検索対象画像とを,それぞれa×b画素(a≧1,b≧1)の画像要素に分割し格子化する格子化手段と,前記格子化された対象となる画像および検索対象画像における縦または横の格子列方向に並ぶ画像要素列間に対してDPマッチングを行うことで,その格子列方向に並ぶ2つの画像要素列間のDPパスに対応するミニマムコストを算出するコスト算出手段と,前記ミニマムコストを,その算出元となった前記2つの画像要素列の位置によって定まるマトリックス位置に割り当てることによりDPコスト格子空間を生成するDPコスト格子空間生成手段と,前記DPコスト格子空間についてのDPマッチングを行うことで,前記DPコスト格子空間におけるDPパスを求め,そのDPパスに対応するミニマムコストを最終ミニマムコストとして算出するDPパス・ミニマムコスト決定手段と,前記最終ミニマムコストに基づいて前記対象となる画像と前記検索対象画像との類似度を決定する類似度決定手段とを備えることを特徴とする。 That is, in order to solve the above-described problem, the present invention provides a similar image search device that searches for a similar image of a target image, the target image, and a search target image selected from the search target image group. Is divided into image elements each having a × b pixels (a ≧ 1, b ≧ 1), and latticed, and vertical or horizontal lattice rows in the latticed target image and search target image A cost calculating means for calculating a minimum cost corresponding to a DP path between two image element rows arranged in the grid row direction by performing DP matching between the image element rows arranged in the direction; and the minimum cost, and DP cost lattice space generating means for generating a DP cost lattice space by assigning a matrix position determined by the calculating source and turned positions of the two image-element sequence, the DP By performing DP matching on strike lattice space, obtains the DP paths in the DP cost lattice space, the DP path minimum cost determination means for calculating a minimum cost for that DP path as a final minimum cost, the final minimum The image processing apparatus includes a similarity determination unit that determines a similarity between the target image and the search target image based on a cost.
また,本発明は,対象となる画像の類似画像をコンピュータによって検索する類似画像検索方法であって,前記対象となる画像と,検索対象画像群から選択された検索対象画像とを,それぞれa×b画素(a≧1,b≧1)の画像要素に分割し格子化する格子化ステップと,前記格子化された対象となる画像および検索対象画像における縦または横の格子列方向に並ぶ画像要素列間に対してDPマッチングを行うことで,その格子列方向に並ぶ2つの画像要素列間のDPパスに対応するミニマムコストを算出するコスト算出ステップと,前記ミニマムコストを,その算出元となった前記2つの画像要素列の位置によって定まるマトリックス位置に割り当てることによりDPコスト格子空間を生成するDPコスト格子空間生成ステップと,前記DPコスト格子空間についてのDPマッチングを行うことで,前記DPコスト格子空間におけるDPパスを求め,そのDPパスに対応するミニマムコストを最終ミニマムコストとして算出するDPパス・ミニマムコスト決定ステップと,前記最終ミニマムコストに基づいて前記対象となる画像と前記検索対象画像との類似度を決定する類似度決定ステップとを有することを特徴とする。 Further, the present invention is a similar image search method for searching for similar images of a target image by a computer, wherein the target image and a search target image selected from the search target image group are respectively a × A gridding step that divides and grids image elements of b pixels (a ≧ 1, b ≧ 1), and image elements arranged in the vertical or horizontal grid row direction in the grid target image and search target image By performing DP matching between columns, a cost calculating step for calculating a minimum cost corresponding to a DP path between two image element columns arranged in the grid column direction, and the minimum cost as a calculation source. and DP cost lattice space generating step of generating a DP cost lattice space by assigning a matrix position determined by the position of the two image element sequence has the By performing DP matching for P costs lattice space, obtains the DP paths in the DP cost lattice space, the DP path minimum cost determination step of calculating the minimum cost for that DP path as a final minimum cost, the final And a similarity determination step for determining a similarity between the target image and the search target image based on a minimum cost.
また,本発明に係る類似画像検索プログラムは,コンピュータを,上記類似画像検索装置が持つ各手段として機能させるためのプログラムである。このプログラムは,コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して提供することも,ネットワークを通して提供することも可能である。 The similar image search program according to the present invention is a program for causing a computer to function as each unit of the similar image search device. This program can be provided by being recorded on a computer-readable recording medium or can be provided through a network.
本発明では,DPマッチングを多段に用い,縦方向および横方向のずれや画像の大小もしくは歪みを考慮にいれ,画像の類似度を判定・検索する。従って,本発明によれば,撮影位置が異なり被写体の画像が歪んだような場合でも,適切に画像の類似度を決定し,類似画像を検索することができる。 In the present invention, DP matching is used in multiple stages, and image similarity is determined and searched in consideration of vertical and horizontal shifts and image size or distortion. Therefore, according to the present invention, even when the shooting position is different and the image of the subject is distorted, it is possible to appropriately determine the similarity of images and search for similar images.
以下,実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。図1は,本発明の類似画像検索装置の構成の一例を示す図である。図1において,1はCPU,メモリおよび類似画像検索の処理をCPUに実行させるためのソフトウェアプログラムなどからなる類似画像検索装置である。2は画像入力装置であり,対象となる画像(検索キーとなる画像)を入力するもの,3は検索対象画像群を記憶する検索対象画像記憶装置である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments. FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a similar image retrieval apparatus of the present invention. In FIG. 1,
類似画像検索装置1は,対象となる画像と検索対象画像記憶装置3に記憶されている検索対象画像群から選択された検索対象画像とを格子化する格子化手段11と,対象となる画像を格子化した結果を記憶する第1の処理画像メモリ12と,検索対象画像を格子化した結果を記憶する第2の処理画像メモリ13と,格子化した対象となる画像と検索対象画像の画像要素列を選択する列画像選択手段14と,選択した2つの画像要素列に対してDPマッチングを行い各列間のミニマムコストを算出する各列コスト算出手段15と,算出したミニマムコストを各列の位置に対応するマトリックス位置に割り当てることによりDPコスト格子空間を生成するDPコスト格子空間生成手段16と,DPコスト格子空間におけるDPパスおよびそれに対するミニマムコスト(最終ミニマムコスト)を決定するDPパス・ミニマムコスト決定手段17と,最終ミニマムコストを記憶する最終ミニマムコスト記憶手段18と,最終ミニマムコスト記憶手段18に格納された最終ミニマムコストに基づいて,対象となる画像と検索対象画像との類似度を決定する類似度決定手段19とから構成される。
The similar
格子化手段11は,画像入力装置2から入力した対象となる画像をa×b画素(a≧1,b≧1)の画像要素に分割し格子化することで第1の処理画像を生成し,第1の処理画像メモリ12に書き込む。なお,対象となる画像は,画像入力装置2から入力されたものではなく,あらかじめ記憶装置に格納されていたものでもよい。また,対象となる画像がアナログ画像の場合には,格子化する前にデジタル化する。
The
また,格子化手段11は,検索対象画像記憶装置3に記憶される検索対象画像群から順序選択した検索対象画像を,同様にa×b画素(a≧1,b≧1)の画像要素に分割し格子化することで第2の処理画像を生成し,第2の処理画像メモリ13に書き込む。検索対象画像は,ネットワークを介して他の装置から読み込まれるような画像でもよい。
In addition, the
この格子化手段11の処理によって,第1の処理画像メモリ12には,例えば図2に示すように,(n+1)×(m+1)の格子に分割された第1の処理画像が記憶され,第2の処理画像メモリ13には,例えば図3に示すように,(q+1)×(p+1)の格子に分割された第2の処理画像が記憶されることになる。
As a result of the processing of the grid forming means 11, the first processed
列画像選択手段14は,第1の処理画像メモリ12に記憶される第1の処理画像の持つ第i列(i=0〜m)の列画像(第i列に並ぶ画像要素群)を選択して読み出すとともに,第2の処理画像メモリ13から,第2の処理画像の持つ第j列(j=0〜p)の列画像(第j列に並ぶ画像要素群)を選択して読み出す。
The column image selection means 14 selects the column image (group of image elements arranged in the i-th column) in the i-th column (i = 0 to m) of the first processed image stored in the first processed
各列コスト算出手段15では,図4に示すように,DPマッチング手段151が,列画像選択手段14の出力する第1の処理画像の持つ第i列の列画像と,列画像選択手段14の出力する第2の処理画像の持つ第j列の列画像との間でDPマッチングを行うことで,最短路のDPパスを求めるとともに,ミニマムコスト算出手段152が,そのDPパスに対応するミニマムコストd[i,j]を算出する。
In each column
図5は,第1の処理画像の第i列の画像を構成する画像要素と,第2の処理画像の第j列の画像を構成する画像要素との類似度を求めるための,DPマッチングによるミニマムコストd[i,j]の算出を説明する図である。 FIG. 5 shows the DP matching for obtaining the similarity between the image element constituting the image in the i-th column of the first processed image and the image element constituting the image in the j-th column of the second processed image. It is a figure explaining calculation of minimum cost d [i, j].
図5に示すように,第1の処理画像の持つ第i列の列画像を構成する画像要素[0,1],…,[n,i]と,第2の処理画像の持つ第j列の列画像を構成する画像要素[0,j],…,[q,j]との間でDPによるマッチングを行う。DPマッチングにおける距離の計算には,例えばa×b画素の画像要素における対応するユークリッド距離やユークリッド距離の二乗和(差分値の二乗和)等を用いる。始状態から終状態までの距離が最小となる最短路を求め,この最短路に対応する,太線で示されるDPパスを求める。そして,求めたDPパスに対応するミニマムコストd[i,j]を算出する。 As shown in FIG. 5, the image elements [0, 1],..., [N, i] constituting the i-th column image of the first processed image, and the j-th column of the second processed image. , [Q, j] are matched with the image elements [0, j],. For the calculation of the distance in DP matching, for example, the corresponding Euclidean distance in the image element of a × b pixels, the sum of squares of the Euclidean distance (the sum of squares of the difference values), or the like is used. The shortest path that minimizes the distance from the start state to the end state is obtained, and the DP path indicated by the bold line corresponding to the shortest path is obtained. Then, the minimum cost d [i, j] corresponding to the obtained DP path is calculated.
この処理をiが0からmまで,jが0からpまで繰り返す。なお,iとjのすべての組み合わせについて行うのではなく,iとjの組み合わせに制限を設けて,最短路になる可能性のある対角方向の格子点の部分だけを選択的に計算して,他の部分の計算を省略することにより,計算処理を高速化するようにしてもよい。 This process is repeated from i to 0 to m and j from 0 to p. Instead of performing all combinations of i and j, the combination of i and j is limited, and only the portion of the diagonal lattice point that may be the shortest path is selectively calculated. The calculation process may be speeded up by omitting the calculation of other parts.
DPコスト格子空間生成手段16は,各列コスト算出手段15の算出したミニマムコストd[i,j]をマトリックス位置(i,j)に割り当てることで,DPコスト格子空間を生成する。
The DP cost lattice
図6は,このようにしてDPコスト格子空間生成手段16によって生成したDPコスト格子空間を示している。このDPコスト格子空間では,マトリックス位置(i,j)に,各列コスト算出手段15の算出したミニマムコストd[i,j]が割り当てられている。DPコスト格子空間は,図6に示すように(m+1)×(p+1)の大きさを持つ。 FIG. 6 shows the DP cost lattice space generated by the DP cost lattice space generating means 16 in this way. In this DP cost lattice space, the minimum cost d [i, j] calculated by each column cost calculation means 15 is assigned to the matrix position (i, j). The DP cost lattice space has a size of (m + 1) × (p + 1) as shown in FIG.
DPパス・ミニマムコスト決定手段17は,DPコスト格子空間についてのDPマッチングを行う。つまり,これはDPマッチングにおけるDP漸化式のベクトル間距離の項にDPコスト格子空間のマトリックス位置(i,j)に代入されたミニマムコストd[i,j]を用いてDPパス・ミニマムコストを求めることを意味する。 The DP path / minimum cost determination means 17 performs DP matching on the DP cost lattice space. In other words, this is the DP path / minimum cost using the minimum cost d [i, j] assigned to the matrix position (i, j) of the DP cost lattice space in the DP recurrence equation in DP matching. Means seeking.
このようにして,DPパス・ミニマムコスト決定手段17の処理によって,例えば図7に示すようなDPコスト格子空間におけるDPパスが求められることになる。DPパス・ミニマムコスト決定手段17は,決定されたDPパスに対応するコスト(最終ミニマムコスト)を決定し,最終ミニマムコスト記憶手段18に格納する。 In this way, the DP path / minimum cost determining means 17 determines the DP path in the DP cost lattice space as shown in FIG. 7, for example. The DP path / minimum cost determining means 17 determines a cost (final minimum cost) corresponding to the determined DP path and stores it in the final minimum cost storage means 18.
類似度決定手段19は,最終ミニマムコスト記憶手段18内に格納された最終ミニマムコストをもとに,対象となる画像と検索対象画像との類似度を決定する。
The
図8を用いて,本発明の類似画像検索方法の処理フローの一例を説明する。まず,類似画像検索装置1の格子化手段11は,対象となる画像を画像入力装置2から入力し,必要に応じてデジタル化した後,a×b画素のブロックに分割して格子化する(ステップS1)。この格子化処理によって,例えば図2に示すような,(n+1)×(m+1)の格子に分割された第1の処理画像が得られる(ステップS1)。
An example of the processing flow of the similar image search method of the present invention will be described with reference to FIG. First, the
また,格子化手段11は,検索対象画像記憶装置3に記憶されている検索対象画像群から検索対象画像を選択し,その選択した検索対象画像を格子化する(ステップS2)。この格子化処理によって,図3に示すような,(q+1)×(p+1)の格子に分割された第2の処理画像が得られる。
Further, the gridding means 11 selects a search target image from the search target image group stored in the search target
第1の処理画像の[0]列〜[m]列と第2の処理画像の[0]列〜[p]列のそれぞれにDPマッチングを行い,DPパス(最短路)を求め,そのDPパスに対応するミニマムコストを算出する(ステップS3)。 DP matching is performed on each of the [0] to [m] columns of the first processed image and the [0] to [p] columns of the second processed image to obtain a DP path (shortest path). A minimum cost corresponding to the path is calculated (step S3).
算出したDPパスに対応するミニマムコストを,DPコスト格子空間の該当する格子点にそれぞれ代入することにより,図6のようなDPコスト格子空間を生成する。(ステップS4)。上記代入したそれぞれのミニマムコストを用いて,DPコスト格子空間でのDPパスを求め,そのDPパスに対応するコスト(最終ミニマムコスト)を決定する(ステップS5)。 A DP cost lattice space as shown in FIG. 6 is generated by substituting the minimum cost corresponding to the calculated DP path into the corresponding lattice points in the DP cost lattice space. (Step S4). Using each of the substituted minimum costs, a DP path in the DP cost lattice space is obtained, and a cost (final minimum cost) corresponding to the DP path is determined (step S5).
決定した最終ミニマムコストを最終ミニマムコスト記憶手段18に格納し,格納された最終ミニマムコストをもとに,対象となる画像と検索対象画像との類似度を決定する(ステップS6)。最終ミニマムコストが小さいほど,類似度が大きいものとする。以上の処理をすべての検索対象画像について繰り返し,未処理の検索対象画像がなくなったならば(ステップS7),処理を終了する。 The determined final minimum cost is stored in the final minimum cost storage means 18, and the similarity between the target image and the search target image is determined based on the stored final minimum cost (step S6). The smaller the final minimum cost, the greater the similarity. The above process is repeated for all search target images, and if there are no unprocessed search target images (step S7), the process is terminated.
対象となる画像と各検索対象画像との類似度を決定した結果,最も類似度が大きい検索対象画像,もしくは類似度が上位何個かの検索対象画像,もしくは類似度が所定の閾値以上の検索対象画像が検索結果として出力される。 As a result of determining the similarity between the target image and each search target image, the search target image with the highest similarity, the search image with the highest similarity, or a search with a similarity greater than or equal to a predetermined threshold The target image is output as a search result.
なお,上記ステップS2では,第1の処理画像の[0]列〜[m]列と第2の処理画像の[0]列〜[p]列のそれぞれにDPマッチングを行ったが,本発明では,DPマッチングを行う画像は,横方向にその画像要素が並ぶ行画像でもよく,例えば,第1の処理画像の[0]行〜[n]行と第2の処理画像の[0]行〜[q]行のそれぞれにDPマッチングを行ってもよい。 In step S2, DP matching is performed on each of the [0] to [m] columns of the first processed image and the [0] to [p] columns of the second processed image. Then, the image for DP matching may be a row image in which the image elements are arranged in the horizontal direction. For example, the [0] to [n] rows of the first processed image and the [0] row of the second processed image. DP matching may be performed on each of the [q] rows.
以上のようにして,本発明では,列画像または行画像についてのDPマッチングを行った後,そのミニマムコストによって生成されるDPコスト格子空間によるDPマッチングを行い,縦方向および横方向のずれや画像の大小もしくは歪みを考慮した画像の類似度の決定および検索を実現する。 As described above, according to the present invention, after DP matching is performed on a column image or a row image, DP matching is performed using a DP cost lattice space generated by the minimum cost, and vertical and horizontal shifts and images are detected. The image similarity is determined and searched in consideration of the size or distortion of the image.
1 類似画像検索装置
2 画像入力装置
3 検索対象画像記憶装置
11 格子化手段
12 第1の処理画像メモリ
13 第2の処理画像メモリ
14 列画像選択手段
15 各列コスト算出手段
16 DPコスト格子空間生成手段
17 DPパス・ミニマムコスト決定手段
18 最終ミニマムコスト記憶手段
19 類似度決定手段
151 DPマッチング手段
152 ミニマムコスト算出手段
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記対象となる画像と,検索対象画像群から選択された検索対象画像とを,それぞれa×b画素(a≧1,b≧1)の画像要素に分割し格子化する格子化手段と,
前記格子化された対象となる画像および検索対象画像における縦または横の格子列方向に並ぶ画像要素列間に対してDPマッチングを行うことで,その格子列方向に並ぶ2つの画像要素列間のDPパスに対応するミニマムコストを算出するコスト算出手段と,
前記ミニマムコストを,その算出元となった前記2つの画像要素列の位置によって定まるマトリックス位置に割り当てることによりDPコスト格子空間を生成するDPコスト格子空間生成手段と,
前記DPコスト格子空間についてのDPマッチングを行うことで,前記DPコスト格子空間におけるDPパスを求め,そのDPパスに対応するミニマムコストを最終ミニマムコストとして算出するDPパス・ミニマムコスト決定手段と,
前記最終ミニマムコストに基づいて前記対象となる画像と前記検索対象画像との類似度を決定する類似度決定手段とを備える
ことを特徴とする類似画像検索装置。 A similar image retrieval device for retrieving a similar image of a target image,
Gridding means for dividing and gridting the target image and the search target image selected from the search target image group into image elements each having a × b pixels (a ≧ 1, b ≧ 1);
By performing DP matching between the image element row arranged in the vertical or horizontal grid row direction in the grid target image and the search target image, between the two image element rows arranged in the grid row direction A cost calculating means for calculating a minimum cost corresponding to the DP path;
DP cost lattice space generation means for generating a DP cost lattice space by assigning the minimum cost to a matrix position determined by the position of the two image element sequences from which the calculation is made;
By performing DP matching for the DP cost lattice space, obtains the DP paths in the DP cost lattice space, the DP path minimum cost determination means for calculating a minimum cost for that DP path as a final minimum cost,
A similar image search apparatus comprising: a similarity determination unit that determines a similarity between the target image and the search target image based on the final minimum cost.
ことを特徴とする請求項1記載の類似画像検索装置。The similar image retrieval apparatus according to claim 1.
前記対象となる画像と,検索対象画像群から選択された検索対象画像とを,それぞれa×b画素(a≧1,b≧1)の画像要素に分割し格子化する格子化ステップと,
前記格子化された対象となる画像および検索対象画像における縦または横の格子列方向に並ぶ画像要素列間に対してDPマッチングを行うことで,その格子列方向に並ぶ2つの画像要素列間のDPパスに対応するミニマムコストを算出するコスト算出ステップと,
前記ミニマムコストを,その算出元となった前記2つの画像要素列の位置によって定まるマトリックス位置に割り当てることによりDPコスト格子空間を生成するDPコスト格子空間生成ステップと,
前記DPコスト格子空間についてのDPマッチングを行うことで,前記DPコスト格子空間におけるDPパスを求め,そのDPパスに対応するミニマムコストを最終ミニマムコストとして算出するDPパス・ミニマムコスト決定ステップと,
前記最終ミニマムコストに基づいて前記対象となる画像と前記検索対象画像との類似度を決定する類似度決定ステップとを有する
ことを特徴とする類似画像検索方法。 A similar image retrieval method for retrieving similar images of a target image by a computer,
A gridding step for splitting the target image and the search target image selected from the search target image group into image elements each having a × b pixels (a ≧ 1, b ≧ 1);
By performing DP matching between the image element row arranged in the vertical or horizontal grid row direction in the grid target image and the search target image, between the two image element rows arranged in the grid row direction A cost calculating step for calculating a minimum cost corresponding to the DP path;
A DP cost lattice space generation step of generating a DP cost lattice space by assigning the minimum cost to a matrix position determined by the position of the two image element sequences from which the calculation is made;
By performing DP matching for the DP cost lattice space, obtains the DP paths in the DP cost lattice space, the DP path minimum cost determination step of calculating the minimum cost for that DP path as a final minimum cost,
A similarity image search method comprising: a similarity determination step for determining a similarity between the target image and the search target image based on the final minimum cost.
ことを特徴とする請求項3記載の類似画像検索方法。The similar image retrieval method according to claim 3, wherein:
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