Tools for image retrieval in large multimedia databases

Abstract

English: One of the challenges in the development of an image retrieval system is to achieve an efficient indexing scheme since both developers and users, who are used to make requests in order to find a multimedia element in a large database, can be frustrated due to the long computational time of the search. The traditional indexing schemes neither fulfill the dynamic indexing requirement,which allows to add or remove elements from the structure, nor fit well in high dimensional feature spaces due to the phenomenon so called "the curse of dimensionality." After analyzing several indexing techniques from the literature, we have decided to implement an indexing scheme called Hierarchical Cellular Tree (HCT), which was designed to bring an effective solution especially for indexing large multimedia databases. The HCT has allowed to improve the performance of our implemented image retrieval system based on the MPEG-7 visual descriptors. We have also made some contributions by proposing some modifications to the original HCT which have resulted in an improvement of its performance. Thus, we have proposed a redefinition of the covering radius, which does not consider only the elements belonging to the cell, but also all the elements holding from that cell. Since this consideration implies a much more computationally costly algorithm, we have proposed an approximation by excess for the covering radius value. However, we have also implemented a method which allows to update the covering radius to its actual value whenever it is desired. In addition to this, the pre-emptive insertion method has been adapted as a searching technique in order to improve the performance given by the retrieval scheme called Progressive Query, which was originally proposed to be used over the HCT. Furthermore, the HCT indexing scheme has been also adapted to a server/client architecture by using a messenger system called KSC, which allows to have the HCTloaded on a server waiting for the query requests which are launched for the several clients of the retrieval system. In addition to this, the tool used to request a search over the indexed database has been adapted to a graphic user interface, named GOS (Graphic Object Searcher), which allos the user to order the retrievals in a more friendly way.

Castellano: Uno de los desafíos en en desarrollo de un sistema de búsqueda de imágenes es lograr un esquema de indexación eficiente ya que tanto desarrolladores como usuarios, quienes suelen hacer búsquedas de elementos multimedia en grandes bases de datos, pueden verse frustrados por el largo tiempo de búsqueda. Los esquemas tradicionales de indexación no cumplen el requisito de una indexación dinámica que permita añadir y eliminar elementos de la estructura ni son eficientes en espacios de características de alta dimensionalidad. Después de haber analizado distintas técnicas de indexación, hemos decidido implementar un esquema de indexación llamado Hierarchical Cellular Tree (HCT). Éste fue diseñado para dar una solución efectiva a la indexación de grandes bases de datos multimedia. El HCT ha permitido mejorar el rendimiento de nuestro sistema de búsqueda de imágenes basado en descriptores visuales MPEG-7. También hemos hecho varias contribuciones proponiendo alguna modificaciones sobre el HCT original que han resultado en una mejora del rendimiento. En efecto, hemos propuesto una redefinición del radio de cobertura que no considere únicamente los elementos pertenecientes a la célula sinó también todos los elementos que cuelgan de ella. Como que esta consideración implica un algoritmo mucho más costoso computacionalmente, hemos propuesto una aproximación por exceso para el valor del radio de cobertura. No obstante, también hemos implementado un método que permite actualizar el radio de cobertura a su valor exacte siempre que se quiera. Además, el método de inserción preventivo ha sido adaptado como método de búsqueda para así mejorar el rendimiento dado por el esquema de búsqueda Progressive Query propuesto originariamente para el HCT. Además, el HCT ha siso adaptado a una arquitectura servidor/cliente utilizando un sistema de mensajería llamado KSC que permite cargar el HCT en un servidor esperando las peticiones de búsqueda de los distintos clientes del sistema de búsqueda. Asimismo, la herramienta utilizada para lanzar las peticiones de búsqueda ha sido adaptada a una interfaz de usuario gráfica llamada GOS (Graphic Object Searcher) que permite al usuario ordenar las búsquedas de forma más amigable.

Català: Un dels reptes en el desenvolupament d'un sistema de cerca d'imatges és aconseguir un esquema d'indexació eficient ja que tant desenvolupadors com usuaris, els quals solen fer cerques per trobar un element multimèdia en una gran base de dades, es poden veure frustrats com a conseqüència del llarg temps de cerca. Els esquemes tradicionals d'indexació no compleixen el requeriment d'una indexació dinàmica, que permeti afegir i treure elements de l'estructura, ni són eficients en espais de característiques d'alta dimensionalitat. Després d'haver analitzat diverses tècniques d'indexació, hem decidit implementar un esquema d'indexació anomenat Hierarchical Cellular Tree (HCT), el qual va ser dissenyat per donar una solució efectiva a la indexació de grans bases de dades multimèdia. El HCT ha permès millorar el rendiment del nostre sistema de cerca d'imatges basat en descriptors visuals MPEG-7. També hem fet diverses contribucions proposant algunes modificacions al HCT original que han resultat en una millora del seu rendiment. En efecte, hem proposat una redefinició del radi de cobertura que no considera únicament els elements pertanyents a la pròpia cèl·lula, sinó també tots els elements que pengen d'aquesta cèl·lula. Com que aquesta consideració implica un algorisme molt més costós computacionalment, hem proposat una aproximació per excés per al valor del radi de cobertura. No obstant això, hem implementat també un mètode que permet actualitzar el radi de cobertura al seu valor exacte sempre que es vulgui. A més a més, el mètode d'inserció preventiu ha estat adaptat com a mètode de cerca per tal de millorar el rendiment donat per l'esquema de cerca anomenat Progressive Query, el qual va ser originàriament proposat per a ser utilitzat sobre el HCT. A més, s'ha adaptat el HCT a una arquitectura de client/servidor utilitzant un sistema de missatgeria anomenat KSC, el qual permet tenir el HCT carregat en un servidor esperant noves peticions de cerca llançades pels clients del sistema de cerca. L'eina utilitzada per fer les peticions de cerca ha estat adaptada a una interfície d'usuari gràfica anomenada GOS (Graphic Object Searcher) que permet a l'usuari fer les cerques de forma més amigable.