Методы и алгоритмы автоматического аннотирования изображений в информационно-поисковых системах

Проскурин, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………. 4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ
АВТОМАТИЧЕСКОГО АННОТИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ………….. 9
1.1 Анализ существующих методов автоматического аннотирования
изображений …………………………………………………………………………………………… 9
1.1.1 Классификационные методы ……………………………………………………… 10
1.1.2 Генеративные методы ………………………………………………………………… 15
1.1.3 Поисковые методы …………………………………………………………………….. 20
1.1.4 Сравнение методов автоматического аннотирования изображений 25
1.2 Анализ методов кластеризации данных ……………………………………………. 26
1.2.1 Иерархические методы ………………………………………………………………. 26
1.2.2 Методы квадратичной ошибки …………………………………………………… 28
1.2.3 Инкрементальные методы ………………………………………………………….. 29
1.3 Анализ низкоуровневых признаков изображений …………………………….. 30
1.3.1 Цветовые признаки ……………………………………………………………………. 31
1.3.2 Текстурные признаки …………………………………………………………………. 34
1.3.3 Признаки формы………………………………………………………………………… 36
1.3.4 Локальные дескрипторы …………………………………………………………….. 37
1.3.5 Кодирование локальных дескрипторов ………………………………………. 41
1.4 Анализ существующего программного обеспечения ………………………… 44
1.5 Выводы по главе ……………………………………………………………………………… 49
ГЛАВА 2. АВТОМАТИЧЕСКОЕ АННОТИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ
НА ОСНОВЕ ОДНОРОДНЫХ ТЕКСТОВО-ВИЗУАЛЬНЫХ ГРУПП … 52
2.1 Вычисление глобального визуального дескриптора………………………….. 54
2.1.1 Быстрое вычисление набора локальных дескрипторов ……………….. 55
2.1.2 Вычисление цветовых локальных дескрипторов…………………………. 59
2.1.3 Кодирование набора локальных дескрипторов……………………………. 61
2.2 Создание текстового дескриптора ……………………………………………………. 64
2.2.1 Формирование текстового дескриптора ……………………………………… 64
2.2.2 Восстановление пропущенных ключевых слов …………………………… 66
2.3 Формирование однородных текстово-визуальных групп ………………….. 69
2.3.1 Первичное разделение обучающих изображений………………………… 70
2.3.2 Кластеризация обучающих изображений ……………………………………. 71
2.4 Автоматическое аннотирование изображений ………………………………….. 77
2.5 Выводы по главе ……………………………………………………………………………… 79
ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО АННОТИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ …………………………………………. 82
3.1 Структурная схема и описание модулей системы автоматического
аннотирования изображений …………………………………………………………………. 82
3.2 Результаты экспериментальных исследований вычисления визуальных
дескрипторов ………………………………………………………………………………………… 91
3.2.1 Сравнение с существующими локальными дескрипторами ………… 93
3.2.2 Исследование параметров алгоритма формирования глобальных
дескрипторов……………………………………………………………………………………… 94
3.2.3 Исследование цветовых локальных дескрипторов ………………………. 98
3.2.4 Многопоточное вычисление локальных дескрипторов ……………….. 99
3.3 Результаты экспериментальных исследований автоматического
аннотирования изображений ……………………………………………………………….. 100
3.3.1 Исследование параметров алгоритмов формирования ОТВ-групп и
автоматического аннотирования изображений ………………………………….. 102
3.3.2 Исследование параметров алгоритма восстановления ключевых
слов обучающих изображений ………………………………………………………….. 106
3.3.1 Сравнение с существующими методами автоматического
аннотирования изображений …………………………………………………………….. 107
3.4 Выводы по главе ……………………………………………………………………………. 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………. 111
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК …………………………………………………. 113
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СВИДЕТЕЛЬСТВА О РЕГИСТРАЦИИ
ПРОГРАММЫ «СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО
ФОРМИРОВАНИЯ ВИЗУАЛЬНЫХ СЛОВ (FORVW)» …………………….. 126
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. СВИДЕТЕЛЬСТВА О РЕГИСТРАЦИИ
ПРОГРАММЫ «СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО
АННОТИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ (AIA)» …………………………………… 127
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. АКТ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ В
ООО «НПП «БЕВАРД» ………………………………………………………………………… 128
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. АКТ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАТЕРИАЛОВ В
СИБИРСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ АЭРОКОСМИЧЕСКОМ
УНИВЕРСИТЕТЕ ………………………………………………………………………………… 129

Актуальность работы. В последние десятилетия широкое
распространение устройств со встроенными видеокамерами привело к
экспоненциальному росту количества изображений в сети интернет, что
вызвало необходимость их эффективного поиска. Существующие методы
поиска изображений можно разделить на три типа: поиск по текстовым
аннотациям, анализ изображений по визуальному содержанию и методы на
основе автоматического аннотирования. В поисковых методах первого типа
изображениям вручную присваиваются субъективные текстовые описания, а
поиск осуществляется как в текстовых документах. Методы поиска
изображений по содержанию, требующие изображение-запрос, выполняют
поиск на основе анализа и сравнения низкоуровневых признаков
изображения, таких как цвет или текстура. Однако при этом часто
наблюдается проблема семантического разрыва – отсутствия связи между
низкоуровневыми признаками изображения и его интерпретацией человеком.
Основной идеей методов автоматического аннотирования изображений
(ААИ) является формирование семантической модели из обучающей
выборки изображений большого объема. С помощью семантической модели
автоматически определяются ключевые слова для новых изображений. Таким
образом, методы автоматического аннотирования предполагают поиск по
ключевым словам, полученным на основе анализа содержания изображений,
и используют преимущества первых двух подходов.
Наиболее активные исследования в области автоматического
аннотирования изображений проводятся в таких университетах, как:
University of California (США), Massachusetts Institute of Technology (США),
University of Central Florida (США), Pennsylvania State University (США),
University of Florence (Италия), International Institute of Information Technology
(Индия). Среди отечественных учреждений, занимающихся данной
тематикой, можно отметить Томский политехнический университет (Томск),
Южный федеральный университет (Таганрог). Большой вклад в развитие
методов автоматического аннотирования изображений внесли P. Duygulu,
A. Makadia, Y. Verma, L. Ballan, S.L. Feng, M. Guillaumin, V. Lavrenko, А.С.
Мельниченко, А.А. Друки и другие.
Однако до сих пор существует ряд проблем, связанных с
автоматическим аннотированием изображений. Разработанные
экспериментальные системы с большой долей достоверности определяют
только 2–3 ключевых слова, при этом для формирования семантической
модели необходимы большие вычислительные затраты, а добавление новых
ключевых слов требует повторного обучения поисковой системы.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности
автоматического аннотирования изображений в информационно-поисковых
системах.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
1. Провести анализ методов и алгоритмов автоматического
аннотирования изображений, кластеризации данных, описания изображений
с помощью низкоуровневых признаков.
2. Разработать алгоритм быстрого параллельного вычисления набора

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Расширенное суперпиксельное представление изображений для их обработки и анализа
    📅 2022год
    🏢 ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева»
    Метод восстановления динамических изображений на основе оптимальной интерполяции
    📅 2022год
    🏢 ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева»
    Метод конверсационного анализа неструктурированных текстов социальных сетей
    📅 2021год
    🏢 ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева»