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PM-DFT: 一种面向图像拷贝检测的新型局部不变描述符

PM-DFT: A New Local Invariant Descriptor Towards Image Copy Detection

  • 摘要: 1.本文的创新点
    当前基于全局特征的图像拷贝检测方法非常易受几何攻击,如裁剪、平移和缩放等。为了解决这个问题 ,一些学者提出了基于局部描述的方法。但是,所采用的局部描述子最初是为目标识别而设计的,并不适合拷贝检测,如果直接应用,将产生较高的虚警率和歧义。本文将首先提出一种新的不变局部描述子,该描述子并不像大多数局部描述子那样依赖于局部灰度梯度的统计,而是基于局部极坐标映射变换和离散傅立叶变换。接着基于该描述子,提出拷贝检测 的新架构。该架构采用虚拟预先攻击和攻击权重训练和挑选一部分鲁棒的局部特征,这将有效的提高特征存储和检索的效率。值得一提的是,特征匹配算法充分考虑兴趣点之间的位置和方位,这将增加匹配区域的个数和提高查全率。2.实现方法
    首先提出一种新的不变局部描述子。对于任一个兴趣点,其相关局部区域为一个圆形区域。利用极坐标映射变换计算局部区域的极坐标映射(PM)子区域,并对每个PM子区域计算2D DFT,得到每个子区域的DFT幅值,该幅值能抗几何攻击。综合考虑,选择低中频系数以保证描述子的鲁棒性和区分度,并将其重构成向量s且标准化为整形向量vs,从而构成PM-DFT描述子。
    在上述描述符的基础上,提出拷贝检测的新架构,包括特征选择及登记和拷贝检测两个部分。首先是特征选择及注册方面,该架构对注册图像进行虚拟预先攻击,将生成拷贝作为训练数据,对不同类型的攻击,赋予不同的权值。对于每次攻击,将注册图像与对应拷贝进行匹配,匹配特征(幸存下来的)加上该攻击的权值。经过匹配训练后,每个特征获得累积权值。根据累积权值和空间分布选取最鲁棒的特征。
    拷贝检测过程,采用与上述步骤相同的PM-DFT描述子获得查询图像的特征向量,对快速查询结果进行精炼,利用匹配特征的空间、方位关系,对错误匹配进行过滤。3.结论及未来待解决的问题
    实验结果显示,本文提出的PM-DFT局部不变描述符更具稳定性和区分性,比SIFT和PCS-SIFT更适用于图像拷贝检测,更有益于特征匹配,进而提高精确度和匹配率。
    利用该描述符构建的新型拷贝检测框架,采用虚拟预先攻击和攻击权重训练来训练和选择少量鲁棒特征,加快了匹配速度,提高了存储和检测效率。
    待解决的问题主要在于利用更好的仿射区域检测器,并通过从大量描述中提取和索引视觉词汇来改善检测效率。
    4.实用价值或应用前景
    本文提出的新型局部不变描述符,能抵抗各种几何攻击,不仅可用于拷贝检测,还可用于目标识别、图像检索等。
    此外,利用该描述符构建的新型拷贝检测体系,采用虚拟预先攻击和攻击权重训练来训练和选择少量鲁棒特征,从而大大提高了存储和检测效率,为拷贝检测系统提供了新的实现形式,有利于形成商业化产品。

     

    Abstract: Currently, global-features-based image copy detection is vulnerable to geometric transformations like cropping, shift, and rotations. To resolve this problem, some algorithms based on local descriptors have been proposed. However, the local descriptors, which were originally designed for object recognition, are not suitable for copy detection because they cause the problems of false positives and ambiguities. Instead of relying on the local gradient statistic as many existing descriptors do, we propose a new invariant local descriptor based on local polar-mapping and discrete Fourier transform. Then based on this descriptor, we propose a new framework of copy detection, in which virtual prior attacks and attack weight are employed for training and selecting only a few robust features. This consequently improves the storage and detection efficiency. In addition, it is worth noting that the feature matching takes the locations and orientations of interest points into consideration, which increases the number of matched regions and improves the recall. Experimental results show that the new descriptor is more robust and distinctive, and the proposed copy detection scheme using this descriptor can substantially enhance the accuracy and recall of copy detection and lower the false positives and ambiguities.

     

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