Similarity – THE NEWTH

Elasticsearch(이하 ES)에서 자연어나 이미지로 유사한 이미지를 검색하는 방법에 대해서 알아보자.

유사한 이미지를 찾기 위해서는 먼저 이미지들 간의 유사도를 측정할 방법이 필요하고, 유사도를 측정하기 위해서 Vector를 사용할 수 있다. 이미지를 Embedding을 통해서 Vector로 변환하고, Vector 간의 유사도(Cosine similarity)를 계산해서 유사한 이미지를 찾을 수 있다.

그러면, 이미지를 Vector embedding하는 방법은 무엇이 있을까?

이미지를 vector embedding하는 방법과 이를 만들어주는 ML 모델들은 이미 많이 공개 되어 있다. ResNet, VGGNet, Inception 등 많은 모델들이 있다. 모델들의 성능을 잘 비교해서 알맞은 모델을 사용하면 된다.

여기에서는 OpenAI에서 공개한 CLIP model를 사용할 것이다.

CLIP을 사용해서 검색할 이미지들을 vector embedding해보자.
(사용할 이미지가 없다면 아래 첨부된 이미지를 사용해보자.)

fruits imagesDownload

from sentence_transformers import SentenceTransformer
from PIL import Image

img_model = SentenceTransformer('clip-ViT-B-32', device='cpu')

def vectorize(file_path):
    image = Image.open(file_path)
    embedding = img_model.encode(image)
    del image

    return embedding.tolist()

vectorize('./image/apple.jpg')

위 코드를 실행해보면 이미지가 vector embedding되어 512 차원의 vector를 반환하는 것을 확인 할 수 있다. 검색 대상의 이미지들을 모두 embedding 하면 된다.

vector embedding된 값들을 생성했다면, 이제 vector들을 ES에 올려서 유사 이미지 검색을 해보자.

먼저, ES에서 Vector를 담을 index를 생성한다.

PUT image_vector
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "image_name": {
        "type": "keyword"
      },
      "vector": {
        "type": "dense_vector",
        "dims": 512,
        "index": true,
        "similarity": "cosine"
      }
    }
  }
}

생성한 인덱스에 만든 Vector 값들을 넣어준다.

from elasticsearch import Elasticsearch

def index(image_name, vector):
    es = Elasticsearch(cloud_id='elastic_cloud_id',
                       basic_auth=('elastic', 'elastic_secret'))
    doc = {     
        'image_name': image_name,
        'vector': vector
    }

    es.index(index='image_vector', body=doc)

index('apple.jpg', vector)

여기까지 하면 유사한 이미지를 검색하기 위한 준비는 끝난다.

원하는 이미지를 하나 골라서 검색을 해보자

GET image_vector/_search
{
  "knn": {
    "field": "vector",
    "k": 5,
    "num_candidates": 10,
    "query_vector": [
      0.5978590846061707,
      0.5926558375358582,
      -0.1243332028388977,
      0.11083680391311646,
      -0.6588778495788574,
     ... 생략 ...
      0.37319913506507874
    ]
  },
  "fields": [
    "image_name"
  ],
  "_source": false
}

왼쪽 끝의 사과 이미지와 위 예제 파일안에서 유사한 이미지 4개를 찾은 것을 확인 할 수 있다.

[태그:] Similarity

[Elasticsearch] Similar image search by image or natural language(1)