Image retrieval is crucial in robotics and computer vision, with downstream applications in robot place recognition and vision-based product recommendations. Modern retrieval systems face two key challenges: scalability and efficiency. State-of-the-art image retrieval systems train specific neural networks for each dataset, an approach that lacks scalability. Furthermore, since retrieval speed is directly proportional to embedding size, existing systems that use large embeddings lack efficiency. To tackle scalability, recent works propose using off-the-shelf foundation models. However, these models, though applicable across datasets, fall short in achieving performance comparable to that of dataset-specific models. Our key observation is that, while foundation models capture necessary subtleties for effective retrieval, the underlying distribution of their embedding space can negatively impact cosine similarity searches. We introduce Autoencoders with Strong Variance Constraints (AE-SVC), which, when used for projection, significantly improves the performance of foundation models. We provide an in-depth theoretical analysis of AE-SVC. Addressing efficiency, we introduce Single-shot Similarity Space Distillation ((SS)$_2$D), a novel approach to learn embeddings with adaptive sizes that offers a better trade-off between size and performance. We conducted extensive experiments on four retrieval datasets, including Stanford Online Products (SoP) and Pittsburgh30k, using four different off-the-shelf foundation models, including DinoV2 and CLIP. AE-SVC demonstrates up to a $16\%$ improvement in retrieval performance, while (SS)$_2$D shows a further $10\%$ improvement for smaller embedding sizes.


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从20世纪70年代开始,有关图像检索的研究就已开始,当时主要是基于文本的图像检索技术(Text-based Image Retrieval,简称TBIR),利用文本描述的方式描述图像的特征,如绘画作品的作者、年代、流派、尺寸等。到90年代以后,出现了对图像的内容语义,如图像的颜色、纹理、布局等进行分析和检索的图像检索技术,即基于内容的图像检索(Content-based Image Retrieval,简称CBIR)技术。CBIR属于基于内容检索(Content-based Retrieval,简称CBR)的一种,CBR中还包括对动态视频、音频等其它形式多媒体信息的检索技术。

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