[发明专利]基于FPGA的图像检索系统及检索方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像检索技术领域，具体涉及到到FPGA图像检索技术。

背景技术

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。

发明内容

针对现有图像检索方法效率低以及可靠性差等问题，本发明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，本发明还提供一种基于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，本发明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：