Efficient video collection association using geometry-aware Bag-of-Iconics representations

Abstract Recent years have witnessed the dramatic evolution in visual data volume and processing capabilities. For example, technical advances have enabled 3D modeling from large-scale crowdsourced photo collections. Compared to static image datasets, exploration and exploitation of Internet video collections are still largely unsolved. To address this challenge, we first propose to represent video contents using a histogram representation of iconic imagery attained from relevant visual datasets. We then develop a data-driven framework for a fully unsupervised extraction of such representations. Our novel Bag-of-Iconics (BoI) representation efficiently analyzes individual videos within a large-scale video collection. We demonstrate our proposed BoI representation with two novel applications: (1) finding video sequences connecting adjacent landmarks and aligning reconstructed 3D models and (2) retrieving geometrically relevant clips from video collections. Results on crowdsourced datasets illustrate the efficiency and effectiveness of our proposed Bag-of-Iconics representation

Visual Landmark Recognition from Internet Photo Collections: A Large-Scale Evaluation

The task of a visual landmark recognition system is to identify photographed buildings or objects in query photos and to provide the user with relevant information on them. With their increasing coverage of the world's landmark buildings and objects, Internet photo collections are now being used as a source for building such systems in a fully automatic fashion. This process typically consists of three steps: clustering large amounts of images by the objects they depict; determining object names from user-provided tags; and building a robust, compact, and efficient recognition index. To this date, however, there is little empirical information on how well current approaches for those steps perform in a large-scale open-set mining and recognition task. Furthermore, there is little empirical information on how recognition performance varies for different types of landmark objects and where there is still potential for improvement. With this paper, we intend to fill these gaps. Using a dataset of 500k images from Paris, we analyze each component of the landmark recognition pipeline in order to answer the following questions: How many and what kinds of objects can be discovered automatically? How can we best use the resulting image clusters to recognize the object in a query? How can the object be efficiently represented in memory for recognition? How reliably can semantic information be extracted? And finally: What are the limiting factors in the resulting pipeline from query to semantics? We evaluate how different choices of methods and parameters for the individual pipeline steps affect overall system performance and examine their effects for different query categories such as buildings, paintings or sculptures

Contributions to the Content-Based Image Retrieval Using Pictorial Queris

L'accés massiu a les càmeres digitals, els ordinadors personals i a Internet, ha propiciat la creació de grans volums de dades en format digital. En aquest context, cada vegada adquireixen major rellevància totes aquelles eines dissenyades per organitzar la informació i facilitar la seva cerca.Les imatges són un cas particular de dades que requereixen tècniques específiques de descripció i indexació. L'àrea de la visió per computador encarregada de l'estudi d'aquestes tècniques rep el nom de Recuperació d'Imatges per Contingut, en anglès Content-Based Image Retrieval (CBIR). Els sistemes de CBIR no utilitzen descripcions basades en text sinó que es basen en característiques extretes de les pròpies imatges. En contrast a les més de 6000 llengües parlades en el món, les descripcions basades en característiques visuals representen una via d'expressió universal.La intensa recerca en el camp dels sistemes de CBIR s'ha aplicat en àrees de coneixement molt diverses. Així doncs s'han desenvolupat aplicacions de CBIR relacionades amb la medicina, la protecció de la propietat intel·lectual, el periodisme, el disseny gràfic, la cerca d'informació en Internet, la preservació dels patrimoni cultural, etc. Un dels punts importants d'una aplicació de CBIR resideix en el disseny de les funcions de l'usuari. L'usuari és l'encarregat de formular les consultes a partir de les quals es fa la cerca de les imatges. Nosaltres hem centrat l'atenció en aquells sistemes en què la consulta es formula a partir d'una representació pictòrica. Hem plantejat una taxonomia dels sistemes de consulta en composada per quatre paradigmes diferents: Consulta-segons-Selecció, Consulta-segons-Composició-Icònica, Consulta-segons-Esboç i Consulta-segons-Il·lustració. Cada paradigma incorpora un nivell diferent en el potencial expressiu de l'usuari. Des de la simple selecció d'una imatge, fins a la creació d'una il·lustració en color, l'usuari és qui pren el control de les dades d'entrada del sistema. Al llarg dels capítols d'aquesta tesi hem analitzat la influència que cada paradigma de consulta exerceix en els processos interns d'un sistema de CBIR. D'aquesta manera també hem proposat un conjunt de contribucions que hem exemplificat des d'un punt de vista pràctic mitjançant una aplicació final

Contributions to the content-based image retrieval using pictorial queries

Descripció del recurs: el 02 de novembre de 2010L'accés massiu a les càmeres digitals, els ordinadors personals i a Internet, ha propiciat la creació de grans volums de dades en format digital. En aquest context, cada vegada adquireixen major rellevància totes aquelles eines dissenyades per organitzar la informació i facilitar la seva cerca. Les imatges són un cas particular de dades que requereixen tècniques específiques de descripció i indexació. L'àrea de la visió per computador encarregada de l'estudi d'aquestes tècniques rep el nom de Recuperació d'Imatges per Contingut, en anglès Content-Based Image Retrieval (CBIR). Els sistemes de CBIR no utilitzen descripcions basades en text sinó que es basen en característiques extretes de les pròpies imatges. En contrast a les més de 6000 llengües parlades en el món, les descripcions basades en característiques visuals representen una via d'expressió universal. La intensa recerca en el camp dels sistemes de CBIR s'ha aplicat en àrees de coneixement molt diverses. Així doncs s'han desenvolupat aplicacions de CBIR relacionades amb la medicina, la protecció de la propietat intel·lectual, el periodisme, el disseny gràfic, la cerca d'informació en Internet, la preservació dels patrimoni cultural, etc. Un dels punts importants d'una aplicació de CBIR resideix en el disseny de les funcions de l'usuari. L'usuari és l'encarregat de formular les consultes a partir de les quals es fa la cerca de les imatges. Nosaltres hem centrat l'atenció en aquells sistemes en què la consulta es formula a partir d'una representació pictòrica. Hem plantejat una taxonomia dels sistemes de consulta en composada per quatre paradigmes diferents: Consulta-segons-Selecció, Consulta-segons-Composició-Icònica, Consulta-segons-Esboç i Consulta-segons-Il·lustració. Cada paradigma incorpora un nivell diferent en el potencial expressiu de l'usuari. Des de la simple selecció d'una imatge, fins a la creació d'una il·lustració en color, l'usuari és qui pren el control de les dades d'entrada del sistema. Al llarg dels capítols d'aquesta tesi hem analitzat la influència que cada paradigma de consulta exerceix en els processos interns d'un sistema de CBIR. D'aquesta manera també hem proposat un conjunt de contribucions que hem exemplificat des d'un punt de vista pràctic mitjançant una aplicació final

Intelligent iconic pictorial database system

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Deep Learning for Free-Hand Sketch: A Survey

Free-hand sketches are highly illustrative, and have been widely used by humans to depict objects or stories from ancient times to the present. The recent prevalence of touchscreen devices has made sketch creation a much easier task than ever and consequently made sketch-oriented applications increasingly popular. The progress of deep learning has immensely benefited free-hand sketch research and applications. This paper presents a comprehensive survey of the deep learning techniques oriented at free-hand sketch data, and the applications that they enable. The main contents of this survey include: (i) A discussion of the intrinsic traits and unique challenges of free-hand sketch, to highlight the essential differences between sketch data and other data modalities, e.g., natural photos. (ii) A review of the developments of free-hand sketch research in the deep learning era, by surveying existing datasets, research topics, and the state-of-the-art methods through a detailed taxonomy and experimental evaluation. (iii) Promotion of future work via a discussion of bottlenecks, open problems, and potential research directions for the community.Comment: This paper is accepted by IEEE TPAM

Large-scale image retrieval using similarity preserving binary codes

Image retrieval is a fundamental problem in computer vision, and has many applications. When the dataset size gets very large, retrieving images in Internet image collections becomes very challenging. The challenges come from storage, computation speed, and similarity representation. My thesis addresses learning compact similarity preserving binary codes, which represent each image by a short binary string, for fast retrieval in large image databases. I will first present an approach called Iterative Quantization to convert high-dimensional vectors to compact binary codes, which works by learning a rotation to minimize the quantization error of mapping data to the vertices of a binary Hamming cube. This approach achieves state-of-the-art accuracy for preserving neighbors in the original feature space, as well as state-of-the-art semantic precision. Second, I will extend this approach to two different scenarios in large-scale recognition and retrieval problems. The first extension is aimed at high-dimensional histogram data, such as bag-of-words features or text documents. Such vectors are typically sparse and nonnegative. I develop an algorithm that explores the special structure of such data by mapping feature vectors to binary vertices in the positive orthant, which gives improved performance. The second extension is for Fisher Vectors, which are dense descriptors having tens of thousands to millions of dimensions. I develop a novel method for converting such descriptors to compact similarity-preserving binary codes that exploits their natural matrix structure to reduce their dimensionality using compact bilinear projections instead of a single large projection matrix. This method achieves retrieval and classification accuracy comparable to that of the original descriptors and to the state-of-the-art Product Quantization approach while having orders of magnitude faster code generation time and smaller memory footprint. Finally, I present two applications of using Internet images and tags/labels to learn binary codes with label supervision, and show improved retrieval accuracy on several large Internet image datasets. First, I will present an application that performs cross-modal retrieval in the Hamming space. Then I will present an application on using supervised binary classeme representations for large-scale image retrieval.Doctor of Philosoph

Internet visual media processing: A survey with graphics and vision applications

In recent years, the computer graphics and computer vision communities have devoted significant attention to research based on Internet visual media resources. The huge number of images and videos continually being uploaded by millions of people have stimulated a variety of visual media creation and editing applications, while also posing serious challenges of retrieval, organization, and utilization. This article surveys recent research as regards processing of large collections of images and video, including work on analysis, manipulation, and synthesis. It discusses the problems involved, and suggests possible future directions in this emerging research area