基于ViLBERT与BiLSTM的图像描述算法

传统图像描述算法存在提取图像特征利用不足、缺少上下文信息学习和训练参数过多的问题,提出基于ViLBERT和双层长短期记忆网络(BiLSTM)结合的图像描述算法.使用ViLBERT作为编码器,ViLBERT模型能将图片特征和描述文本信息通过联合注意力的方式进行结合,输出图像和文本的联合特征向量.解码器使用结合注意力机制的BiLSTM来生成图像描述.该算法在MSCOCO2014数据集进行训练和测试,实验评价标准BLEU-4和BLEU得分分别达到36.9和125.2,优于基于传统图像特征提取结合注意力机制图像描述算法.通过生成文本描述对比可看出,该算法生成的图像描述能够更细致地表述图片信息.     

结合全局和局部特征的BiGRU-RA图像中文描述模型

针对目前基于全局特征的图像描述模型存在细节语义信息不足的问题,提出结合全局和局部特征的图像中文描述模型.该模型采用编码器-解码器框架,在编码阶段,分别使用残差网络(residual networks,ResNet)和Faster R-CNN提取图像的全局特征和局部特征,提高模型对不同尺度图像特征的利用.采用嵌入了残差连接结构和视觉注意力结构的双向门控循环单元(bi-directional gated recurrent unit,BiGRU)作为解码器(BiGRU with residual connection and attention,BiGRU-RA).模型可以自适应分配图像特征和文本权重,改善图像特征区域和上下文信息的映射关系.此外,加入基于强化学习的策略梯度对模型的损失函数进行改进,直接对评价指标CIDEr进行优化.在AI Challenger全球挑战赛图像中文描述数据集上进行训练和实验,实验结果表明,该模型获得更高的评分,生成的描述语句更准确、更详细.     

基于语义分割的全卷积图像描述模型

为快速生成准确描述图片内容的语句,提出语义分割和卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)相结合的图像描述方法。将图像分类模型和语义分割模型结合为编码器,增强对图像语义信息的利用,采用CNN代替长短时记忆网络(long short term memory, LSTM)作为解码器生成完整描述性语句。通过在MSCOCO数据集上与5种主流算法的对比实验可知,以CNN作为解码器能够大幅提高解码速度,语义信息的增强能够有效提高实验精度,验证了该方法的有效性和可行性。     

融合卷积注意力机制的图像描述生成模型

图像描述模型需要提取出图像中的特征,然后通过自然语言处理（NLP）技术将特征用语句表达出来。现有的基于卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）搭建的图像描述模型在提取图像关键信息时精度不高且训练速度缓慢。针对这个问题,提出了一种基于卷积注意力机制和长短期记忆（LSTM）网络的图像描述生成模型。采用Inception-ResNet-V2作为特征提取网络,在注意力机制中引入全卷积操作替代传统的全连接操作,减少了模型参数的数量。将图像特征与文本特征有效融合后送入LSTM单元中完成训练,最终产生描述图像内容的语义信息。模型采用MSCOCO数据集进行训练,使用多种评价指标（BLEU-1、BLEU-4、METEOR、CIDEr等）对模型进行验证。实验结果表明,提出的模型能够对图像内容进行准确描述,在多种评价指标上均优于基于传统注意力机制的方法。     

融合自适应常识门的图像描述生成模型

针对传统的图像描述模型不能充分利用图像信息且融合特征方式单一的问题,提出了一种融合自适应常识门（ACG）的图像描述生成模型。首先,使用基于视觉常识区域的卷积神经网络（VC R-CNN）提取视觉常识特征,并将常识特征分层输入到Transformer编码器中;然后,在编码器的每一分层中设计了ACG,从而对视觉常识特征和编码特征进行自适应融合操作;最后,将融合常识信息的编码特征送入Transformer解码器中完成训练。使用MSCOCO数据集进行训练和测试,结果表明所提模型在评价指标BLEU-4、CIDEr和SPICE上分别达到了39.2、129.6和22.7,相较于词性堆叠交叉注意网络（POS-SCAN）模型分别提升了3.2%、2.9%和2.3%。所提模型的效果明显优于使用单一显著区域特征的Transformer模型,能够对图像内容进行准确的描述。     

基于深度卷积生成对抗网络的图像生成

图像生成是虚拟现实技术(virtual reality,VR)中的重要技术手段,针对传统图片生成方法需要大量的数据集进行训练,且生成的图片轮廓不清晰等问题,采用基于深度卷积神经网络和生成对抗网络来实现图片的生成。为了保证生成图片的真实性和完整性,在图片生成阶段引入变分自编码器,通过编码器获取到输入图片数据的均值和方差,将图片对应的隐藏变量转化为标准的高斯分布,然后通过生成器生成新的图片;在识别阶段,采用深度卷积神经网络训练判别器,将生成的新的图片输入到已经训练好的判别器中,运用梯度下降法计算损失函数,不断优化整体系统模型。通过对MNIST图像数据集的训练,实验表明该方法能生成质量较高的图片,它生成的图像无法用肉眼与真实数据区分开,并且在不同网络条件下都有较高的识别率。该方法提高了MNIST生成模型的技术水平。     

基于多模态信息的视频描述算法

为了挖掘视频中不同的模态信息,提出一种基于多模态信息的视频描述算法。在基本的编码解码器网络基础上,更加关注视频多模态信息和高级语义属性。在编码器阶段,提取视频的静态特征、光流特征和视频段特征,同时设计语义属性检测网络得到视频高级语义特征。为了避免解码器阶段的曝光偏差和训练损失与评价准则不统一的问题,采用基于强化学习的训练算法直接将客观评价准则作为优化目标来训练模型。所提出的算法在公开视频描述数据集MSVD上取得了很好的实验效果。     

结合全局-局部特征和注意力的图像描述方法

为了进一步提高图像描述生成文本的精度,提出一种结合全局-局部特征和注意力机制的图像描述方法。该方法在传统的编码器-解码器模型上进行改进,从整体角度来看,编码器阶段使用残差网络ResNet101提取图像的全局特征和局部特征,以避免对象丢失或对象预测错误问题,在解码器阶段采用嵌入改进后的注意力机制的双向[GRU]生成文本序列。从局部角度来看,该模型提出的注意力机制是一种独立的循环结构,通过计算图像局部特征向量与语义向量之间的相似度来获取注意力权重,增强图像特征与语义信息之间的映射。在MSCOCO数据集上的实验结果显示,该算法在BLEU、CIDEr、METEOR等评价指标上均获得了不同程度的提升,表明使用该模型生成的描述文本准确度高且细节丰富。     

基于Se-ResNet50特征编码器的公共环境图像描述生成

针对传统公共环境图像描述模型中编码器—解码器结构在编码过程中特征提取能力不足以及解码过程中上下文信息丢失严重的问题,提出了一种基于Se-ResNet50与M-LSTM的公共环境图像描述模型。将SeNet模块添加到ResNet-50的残差路径中得到改进残差网络提取图像特征,SeNet对特征的各个部分赋予权重生成不同的注意力特征图,再融合文本特征向量输入具有额外门控运算的改进长短期记忆网络(M-LSTM)训练。模型训练结束后,输入公共环境图像就能得到描述图像内容的自然语句。该模型在多种数据集上进行了评估,实验结果表明,提出的模型在MSCOCO数据集上相较传统模型,在BLEU-1、BLEU-2、BLEU-3、BLEU-4、METEOR、CIDEr等评价指标上分别提高了3.2%、2.1%、1.7%、1.7%、1.3%、8.2%,证明了提出的方法在评价指标、语义多样性上具有一定的优越性。     

一种基于生成式对抗网络的图像描述方法

近年来,深度学习在图像描述领域得到越来越多的关注.现有的深度模型方法一般通过卷积神经网络进行特征提取,递归神经网络对特征拼接生成语句.然而,当图像较为复杂时,特征提取不准确且语句生成模型模式固定,部分语句不具备连贯性.基于此,提出一种结合多频道特征提取模型与生成式对抗网络框架的图像描述方法——CACNN-GAN.此方法在卷积层加入频道注意力机制在各频道提取特征,与COCO图像集进行近似特征比对,选择排序靠前的图像特征作为生成式对抗网络的输入,通过生成器与鉴别器之间的博弈过程,训练句法多样、语句通顺、词汇丰富的语句生成器模型.在实际数据集上的实验结果表明,CACNN-GAN能够有效地对图像进行语义描述,相比其他主流算法,显示出了更高的准确率.     

基于多特征提取的图像语义描述算法

针对图像语义描述方法中存在的图像特征信息提取不完全以及循环神经网络（RNN）产生的梯度消失问题,提出了一种基于多特征提取的图像语义描述算法。所构建模型由三个部分组成：卷积神经网络（CNN）用于图像特征提取,属性提取模型（ATT）用于图像属性提取,而双向长短时记忆（Bi-LSTM）网络用于单词预测。该模型通过提取图像属性信息来增强图像表示,从而精确描述图中事物,并且使用Bi-LSTM捕捉双向语义依赖,从而进行长期的视觉语言交互学习。首先,使用CNN和ATT分别提取图像全局特征与图像属性特征;其次,将两种特征信息输入到Bi-LSTM中生成能够反映图像内容的句子;最后,在Microsoft COCO Caption、Flickr8k和Flickr30k数据集上验证了所提出算法的有效性。实验结果表明,与m-RNN方法相比,所提出的算法在描述性能方面提高了6.8~11.6个百分点。所提算法能够有效地提高模型对图像的语义描述性能。     

深度学习图像描述方法分析与展望

图像描述任务是利用计算机自动为已知图像生成一个完整、通顺、适用于对应场景的描述语句，实现从图像到文本的跨模态转换。随着深度学习技术的广泛应用，图像描述算法的精确度和推理速度都得到了极大提升。本文在广泛文献调研的基础上，将基于深度学习的图像描述算法研究分为两个层面，一是图像描述的基本能力构建，二是图像描述的应用有效性研究。这两个层面又可以细分为传递更加丰富的特征信息、解决暴露偏差问题、生成多样性的图像描述、实现图像描述的可控性和提升图像描述推理速度等核心技术挑战。针对上述层面所对应的挑战，本文从注意力机制、预训练模型和多模态模型的角度分析了传递更加丰富的特征信息的方法，从强化学习、非自回归模型和课程学习与计划采样的角度分析了解决暴露偏差问题的方法，从图卷积神经网络、生成对抗网络和数据增强的角度分析了生成多样性的图像描述的方法，从内容控制和风格控制的角度分析了图像描述可控性的方法，从非自回归模型、基于网格的视觉特征和基于卷积神经网络解码器的角度分析了提升图像描述推理速度的方法。此外，本文还对图像描述领域的通用数据集、评价指标和已有算法性能进行了详细介绍，并对图像描述中待解决的问题与未来研究...     

集成注意力机制和扩张卷积的道路提取模型

目的 为解决当前遥感影像道路提取方法普遍存在的自动化程度低、提取精度不高和由于样本数量不平衡导致的模型训练不稳定等问题,本文提出一种集成注意力机制和扩张卷积的道路提取模型（attention and dilated convolutional U-Net,A&D-UNet）。方法 A&D-UNet聚合网络模型以经典U-Net网络结构为基础,在编码部分引入残差学习单元（residual learning unit,RLU）,降低深度卷积神经网络在训练时的复杂度;应用卷积注意力模块（convolutional block attention module,CBAM）从通道和空间维度两个方面优化分配权重,突出道路特征信息;并使用扩张卷积单元（dilated convolutional unit,DCU）感受更大范围的特征区域,整合道路的上下文信息。采用二进制交叉熵（binary cross entropy,BCE）和Dice相结合的复合损失函数训练模型,减轻遥感影像中样本数量不平衡导致的模型不稳定。结果 在公开的美国马萨诸塞州和Deep Globe道路数据集上进行模型验证实验,并与传统的U-Net、LinkNet和D-LinkNet图像分割模型对比分析。在美国马萨诸塞州道路测试集上,本文构建的A&D-UNet模型的总体精度、F1分数和交并比等评价指标分别为95.27%、77.96%和79.89%,均优于对比算法,在测试集中对线性特征明显、标签遗漏标记以及存在树木遮挡的道路区域具有更好的识别效果;在Deep Globe道路测试集上,A&D-UNet模型的总体精度、F1分数和交并比分别为94.01%、77.06%和78.44%,且对线性特征明显的主干道路、标签未标记的狭窄道路以及阴影遮挡的城市道路都具有较好的提取效果。结论 本文提出的A&D-UNet道路提取模型,综合了残差学习、注意力机制和扩张卷积的优点,有效提升了目标分割的性能,是一种提取效果较好、值得推广的聚合网络模型。     

虚拟现实图像客观质量评价研究进展

随着科学技术的发展,虚拟现实(virtual reality,VR)技术逐渐渗透到医疗、教育、军事和娱乐等众多领域,并凭借在各个领域广阔的应用前景而受到广泛关注。鉴于视觉质量是决定VR技术能否成功应用的关键,且图像是VR应用最基础和最重要的视觉信息载体,VR图像质量评价已经成为质量评价领域的重要前沿性研究方向。与传统图像质量评价类似,VR图像质量评价可以分为主观质量评价和客观质量评价。由于客观质量评价相比主观质量评价具有成本低、稳定性高和应用范围广等优点,对VR图像客观质量评价的研究受到了国内外学者的高度重视。目前,关于VR图像客观质量评价的研究已经取得了一定进展,但是文献中缺少对该方向相关研究方法的综述。基于此,本文针对VR图像客观质量评价的研究进行概述。首先,对VR图像质量评价的研究现状进行分析。然后,重点对现有的VR图像客观质量评价模型进行综述。具体地,根据模型是否需要使用原始无失真图像信息作为参考,将现有的VR图像客观质量评价模型划分为全参考型和无参考型两大类。其中,全参考型方法进一步划分为基于峰值信噪比/结构相似度的方法和基于传统机器学习的方法。根据特征表达空间的不同,无参考型VR图像质量评价模型划分为3类：基于等矩形投影表达空间的方法、基于其他投影表达空间的方法和基于实际观看空间的方法。介绍完各类模型后,分别对其相应的优缺点进行分析。此外,本文对VR图像客观质量评价模型的性能评价指标和现有VR图像质量评价数据库进行了归纳。最后对VR图像客观质量评价模型的应用进行了介绍,并指出了未来的研究可能的发展方向。     

无参考图像质量评价研究进展

图像质量评价一直是图像处理和计算机视觉领域的一个基础问题,图像质量评价模型也广泛应用于图像/视频编码、超分辨率重建和图像/视频视觉质量增强等相关领域。图像质量评价主要包括全参考图像质量评价、半参考图像质量评价和无参考图像质量评价。全参考图像质量评价和半参考图像质量评价分别指预测图像质量时参考信息完全可用和部分可用,而无参考图像质量评价是指预测图像质量时参考信息不可用。虽然全参考和半参考图像质量评价模型较为可靠,但在计算过程中必须依赖参考信息,使得应用场景极为受限。无参考图像质量评价模型因不需要依赖参考信息而有较强的适用性,一直都是图像质量评价领域研究的热点。本文主要概述2012—2020年国内外公开发表的无参考图像质量评价模型,根据模型训练过程中是否需要用到主观分数,将无参考图像质量评价模型分为有监督学习和无监督学习的无参考图像质量评价模型。同时,每类模型分成基于传统机器学习算法的模型和基于深度学习算法的模型。对基于传统机器学习算法的模型,重点介绍相应的特征提取策略及思想;对基于深度学习算法的模型,重点介绍设计思路。此外,本文介绍了图像质量评价在新媒体数据中的研究工作及图像质量评价的应用。最后对介绍的无参考图像质量评价模型进行总结,并指出未来可能的发展方向。     

图像特征注意力与自适应注意力融合的图像内容中文描述

针对现有基于注意力机制的图像内容中文描述模型无法在关注信息不减弱和无缺失的条件下对重点内容进行注意力加强关注的问题,提出一种图像特征注意力与自适应注意力融合的图像内容中文描述模型。模型使用编解码结构,首先在编码器网络中提取图像特征,并通过图像特征注意力提取图像全部特征区域的注意力信息;然后使用解码器网络将带有注意力权重的图像特征解码生成隐藏信息,以保证关注信息不减弱、无缺失;最后利用自适应注意力的视觉哨兵模块对图像特征中的重点内容进行再次加强关注,从而更加精准地提取图像的主体内容。使用多种评价指标（BLEU、METEOR、ROUGEL和CIDEr）进行模型验证,将所提模型与单一基于自适应注意力和基于图像特征注意力的图像描述模型进行对比实验,该模型的CIDEr评价指标值分别提高了10.1%和7.8%;同时与基线模型NIC（Neural Image Caption ）以及基于自底向上和自顶向下（BUTD）注意力的图像描述模型相比,该模型的CIDEr评价指标值分别提高了10.9%和12.1%。实验结果表明,所提模型的图像理解能力得到了有效提升,其各项评价指标得分均优于对比模型。     

基于改进注意力机制的图像描述生成算法

图像描述是将图像所包含的全局信息用语句来表示。它要求图像描述生成模型既能提取出图像信息,又能将提取出来的图像信息用语句表达出来。传统的模型是基于卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）搭建的,在一定程度上可以实现图像转语句的功能,但该模型在提取图像关键信息时精度不高且训练速度缓慢。针对这一问题,提出了一种基于CNN和长短期记忆（LSTM）网络改进的注意力机制图像描述生成模型。采用VGG19和ResNet101作为特征提取网络,在注意力机制中引入分组卷积替代传统的全连接操作,从而提高评价值指标。使用了公共数据集Flickr8K、Flickr30K对该模型进行训练,采用多种评价指标（BLEU、ROUGE_L、CIDEr、METEOR）对模型进行验证。实验结果表明,与引入传统的注意力机制模型相比,提出的改进注意力机制图像描述生成模型对图像描述任务的准确性有所提升,并且该模型在5种评价指标上均优于传统的模型。