基于FPGA的图像检索系统及检索方法技术方案

技术编号:15106171 阅读:134 留言:0更新日期:2017-04-08 16:49
本发明专利技术公开了基于FPGA的图像检索系统及检索方法,该方案利用固态硬盘作为图片数据库,在其主控FPGA芯片中实现了图片库生成模块和图片查询模块。用户输入要查询的图片,在提取图片特征信息后;通过与图片数据库中的预分类特征进行相似度比对,排序图片的匹配度高低。本方案的创新在于:采用固态硬盘主控芯片实现图片库的构建和图片的相似性度量,减轻了CPU的计算负担,加速检索过程,提高了在海量图片数据中检索的时效性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像检索
,具体涉及到到FPGA图像检索技术。
技术介绍
基于内容的图像检索是根据图像的可视化特征展开的,其主要思想是根据图像所包含的颜色、纹理、形状以及对象的空间关系等信息,建立图像的特征矢量,检索方法主要是针对图像的多维度的特征进行相似性计算并按检索结果排序输出。通过分析图像的内容,如图像的颜色、纹理、形状等,建立特征索引,存储在图像特征库中。这样用户在检索查询时,只需提供待查询图像,系统首先提取图像的特征矢量,再与图像库中的图像的特征矢量进行比较来寻找相似的图像,这样就可以在大量的图像数据库中找到所需的图像。这种图像检索方法在传统上把所有步骤都放在PC端进行,由于算法中图像特征描述、提取及相似度量计算等需要耗费较长时间,那么在处理海量图像数据(如交通卡口图像)时系统在时效性上就无法满足用户需求。
技术实现思路
针对现有图像检索方法效率低以及可靠性差等问题,本专利技术的主要目的在于提供一种基于FPGA的图像检索系统,用于对海量图像数据的特征相似度高效、高可靠性的检索。在此基础上,本专利技术还提供一种基于FPGA的图像检索方法,以提供给用户的高效性和可靠性的图像搜索服务。为了达到上述目的,本专利技术采用的技术方案如下:方案1:基于FPGA的图像检索系统,所述图像检索系统采用硬盘主控FPGA芯片进行图片库的构建和图片的相似性度量。优选的,所述图像检索加速系统包括图片库生成模块、图片数据库和图片库查询模块,所述图片库生成模块用于对图片进行处理,所述图片数据库用于存储图片库生成模块的处理结果,所述图片库查询模块用于对图片数据库进行图片查询;其中,图片数据库位于固态硬盘的存储介质中,图片库生成模块和图片库查询模块在一组硬盘主控FPGA芯片上实现,且该FPGA芯片同时作为硬盘主控芯片来驱动其读写数据。优选的,所述图片库生成模块通过网络读入图片数据流,利用卷积神经网络模型,将图片的特征提取出来,同时对存储的图片按照预定的特征先进行粗略的预分类,构建图片索引,然后将图片特征和相关索引信息存到图片数据库中。优选的,所述图片数据库中存储图片的特征和图片的索引信息,图片的特征信息由卷积神经网络模型自动处理图片得到的特征输出;图片的索引信息用来存储已被处理图片的存放位置。优选的,所述图片库查询模块包括:查询图片信息存储单元,图片相似度计算单元,图片相似度排序单元以及目标图片输出单元;所述图片库查询模块通过卷积神经网络模型对待查询图片进行处理,得到对应的图片特征,并将得到的特征传递给查询图片信息存储单元进行存储;所述图片相似度计算单元接收查询图片信息存储单元中存储的图片特征,计算该图片特征与存储的图片特征之间的距离,从而得出相似度;所述图片相似度排序单元按照图片的匹配度高低对图片的索引信息进行排序;所述目标图片输出单元根据图片索引匹配存储的索引信息输出匹配度高的目标图片。优选的,所述图片库查询模块中采用加权求和的方法进行图片相似度计算。优选的,所述图片库查询模块在进行图片相似度计算时,FPGA在收到检索命令后,识别出被查询图片的特征信息,从硬盘中的图片数据库中读取相应分类的特征文件;在FPGA中并行地将多种特征同时进行相似性度量,并以所有视觉特征距离的加权和确定被查询图片的特征与存储的图片特征之间的距离。优选的,所述图片库查询模块中采用堆排序的方法对相似性度量值的排序。优选的,所述图片相似度排序单元主要包括数据输入子模块,根据输入使能信号将顺序进入的欧氏距离值依次缓存存入RAM建堆子模块,将缓存在RAM中的欧氏距离值建成为一个大根堆;堆排序子模块,对建好的大根堆排序;数据输出子模块,将完成排序的欧氏距离值依次读出。方案2:一种基于FPGA的图像检索方法,该图像检索方法利用固态硬盘作为图片数据库,并采用硬盘主控FPGA芯片进行图片库的构建和图片的相似性度量。优选的,所述图像检索方法包括如下步骤:(1)建立图片数据库;(2)在图片库的基础上进行检索;(3)在硬盘主控FPGA芯片中进行相似度计算;(4)在硬盘主控FPGA芯片中对距离函数值进行排序;(5)根据排序的结果,由硬盘主控FPGA芯片访问固态硬盘的图片数据库,输出相似度匹配度较高的目标图片。优选的,所述步骤(1)中由硬盘主控FPGA芯片基于深度学习中的卷积神经网络方法,对从网络中导入的待存储图片进行特征提取和预分类,将图片按照某些特定的特征先进行粗略的归类;最后将图片及其提取的特征按照预分类存入固态硬盘,构成图片数据库。优选的,所述步骤(2)中在进行图片检索时,由硬盘主控FPGA芯片利用卷积神经网络提取被检索图像的特征,把提取的图像特征作为查询的条件,通过比较其特征与图片数据库中的特征来决定其和图片数据库中图像的相似度。优选的,所述步骤(3)采用欧氏距离计算图片的相似度,首先由硬盘主控FPGA芯片对被检索图像的多个特征向量进行内部、外部归一化处理;再并行地将多个特征同时进行相似性度量,并以所有视觉特征距离的加权和确定被查询图片的特征与存储的图片特征之间的距离。优选的,所述步骤(4)中对距离值进行排序时,采用堆排序的方法,首先要对数据进行缓存;其次FPGA从RAM中读出数据进行建堆处理后,再重新存入RAM中;然后对建好的大根堆排序;最后将完成排序的欧氏距离值依次读出。本专利技术提供的方案硬盘主控FPGA芯片进行图片库的构建和图片的相似性度量,减轻了CPU的计算负担,加速检索过程,提高了在海量图片数据中检索的时效性,从而有效解决现有技术所存在问题。再者,本专利技术方案与现有技术相比,其优点在于:(1)FPGA作为固态硬盘的主控芯片,负责硬盘读写驱动,完成图片数据库的构建,同时采用卷积神经网络实现图片的特征提取,在硬盘的主控芯片中处理数据,减轻了服务器CPU的计算负担,加快了检索过程,体现了“就近计算”的优势。(2)本专利技术利用FPGA的并行计算特点,完成图片特征相似度计算与距离函数值排序,加快检索速度。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。图1所示为在固态硬盘基础上实现的FPGA图像检索系统模块框图;图2所示为图1中FPGA图像检索系统图片库查询模块图像特征相似度并行加权计算的流程图示例;图3所示为图1中FPGA图像检索系统图片库查询模块距离函数值进行堆排序的示例。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于FPGA的图像检索系统,其特征在于,所述图像检索系统采用硬盘主控FPGA芯片进行图片库的构建和图片的相似性度量。

【技术特征摘要】
1.基于FPGA的图像检索系统,其特征在于,所述图像检索系统采用硬盘主控FPGA芯片
进行图片库的构建和图片的相似性度量。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的图像检索系统,其特征在于,所述图像检索加速系
统包括图片库生成模块、图片数据库和图片库查询模块,所述图片库生成模块用于对图片
进行处理,所述图片数据库用于存储图片库生成模块的处理结果,所述图片库查询模块用
于对图片数据库进行图片查询;其中,图片数据库位于固态硬盘的存储介质中,图片库生成
模块和图片库查询模块在一组硬盘主控FPGA芯片上实现,且该FPGA芯片同时作为硬盘主控
芯片来驱动其读写数据。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的图像检索系统,其特征在于,所述图片库生成模块
通过网络读入图片数据流,利用卷积神经网络模型,将图片的特征提取出来,同时对存储的
图片按照预定的特征先进行粗略的预分类,构建图片索引,然后将图片特征和相关索引信
息存到图片数据库中。
4.根据权利要求2所述的基于FPGA的图像检索系统,其特征在于,所述图片数据库中存
储图片的特征和图片的索引信息,图片的特征信息由卷积神经网络模型自动处理图片得到
的特征输出;图片的索引信息用来存储已被处理图片的存放位置。
5.根据权利要求2所述的基于FPGA的图像检索系统,其特征在于,所述图片库查询模块
包括:查询图片信息存储单元,图片相似度计算单元,图片相似度排序单元以及目标图片输
出单元;
所述图片库查询模块通过卷积神经网络模型对待查询图片进行处理,得到对应的图片
特征,并将得到的特征传递给查询图片信息存储单元进行存储;
所述图片相似度计算单元接收查询图片信息存储单元中存储的图片特征,计算该图片
特征与存储的图片特征之间的距离,从而得出相似度;
所述图片相似度排序单元按照图片的匹配度高低对图片的索引信息进行排序;
所述目标图片输出单元根据图片索引匹配存储的索引信息输出匹配度高的目标图片。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA的图像检索系统,其特征在于,所述图片库查询模块
中采用加权求和的方法进行图片相似度计算。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA的图像检索系统,其特征在于,所述图片库查询模块
在进行图片相似度计算时,FPGA在收到检索命令后,识别出被查询图片的特征信息,从硬盘
中的图片数据库中读取相应分类的特征文件;
在FPGA中并行地将多种特征同时进行相似性度量,并以所有视觉特征距离的加权和确
定被查询图片的特征与存储的图片特征之间的距离。
8.根据权利要求5所述的基于FPGA...

【专利技术属性】
技术研发人员:梅林梁辰宋石阳黄海浪吴轶轩汤志伟陈龙虎李火生赵博
申请(专利权)人:公安部第三研究所
类型:发明
国别省市:上海;31

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