深度神经网络图像描述综述

深度学习的迅速发展使得图像描述效果得到显著提升,针对基于深度神经网络的图像描述方法及其研究现状进行详细综述。图像描述算法结合计算机视觉和自然语言处理的知识,根据图像中检测到的内容自动生成自然语言描述,是场景理解的重要部分。图像描述任务中,一般采用由编码器和解码器组成的基本架构。改进编码器或解码器,应用生成对抗网络、强化学习、无监督学习以及图卷积神经网络等方法能有效提高图像描述算法的性能。对每类方法的代表模型算法的效果以及优缺点进行分析,并介绍适用的公开数据集,在此基础上进行对比实验。对图像描述面临的挑战以及未来工作的发展方向做出展望。     

基于跨媒体解纠缠表示学习的风格化图像描述生成

风格化图像描述生成的文本不仅被要求在语义上与给定的图像一致,而且还要与给定的语言风格保持一致.随着神经网络在计算机视觉和自然语言生成领域的技术发展,有关这个主题的最新研究取得了显著进步.但是,神经网络模型作为一种黑盒系统,人类仍然很难理解其隐层空间中参数所代表的风格、事实及它们之间的关系.为了提高对隐层空间中包含的事实内容和语言风格属性的理解以及增强对两者的控制能力,提高神经网络的可控性和可解释性,本文提出了一种使用解纠缠技术的新型风格化图像描述生成模型Disentangled Stylized Image Caption(DSIC).该模型分别从图像和描述文本中非对齐地学习解纠缠表示,具体使用了两个解纠缠表示学习模块——D-Images和D-Captions来分别学习图像和图像描述中解纠缠的事实信息和风格信息.在推理阶段,DSIC模型利用图像描述生成解码器以及一种特别设计的基于胶囊网络的信息聚合方法来充分利用先前学习的跨媒体信息表示,并通过直接控制隐层向量来生成目标风格的图像描述.本文在SentiCap数据集和FlickrStyle10K数据集上进行了相关实验.解纠缠表示学习的实验结...     

融合多重视觉特征与语义信息的图像描述生成

针对图像描述模型中对语义信息考虑不足，循环神经网络收敛速度慢与精度低等问题，提出一种基于多注意力融合的深层图像描述模型。通过对图像中提取到的内容信息以及文本描述信息分配不同的权重，达到提升精度的效果，融合MOGRIFIER网络解决循环神经网络收敛速度缓慢的问题。使用改进模型与传统模型在数据集MSCOCO上进行对比实验，实验结果表明，该方法能够生成更加准确的描述，在BLEU与CIDEr等关键指标上有明显提升。     

基于多注意力多尺度特征融合的图像描述生成算法

针对图像描述生成中对图像细节表述质量不高、图像特征利用不充分、循环神经网络层次单一等问题，提出基于多注意力、多尺度特征融合的图像描述生成算法。该算法使用经过预训练的目标检测网络来提取图像在卷积神经网络不同层上的特征，将图像特征分层输入多注意力结构中，依次将多注意力结构与多层循环神经网络相连，构造出多层次的图像描述生成网络模型。在多层循环神经网络中加入残差连接来提高网络性能，并且可以有效避免因为网络加深导致的网络退化问题。在MSCOCO测试集中，所提算法的BLEU-1和CIDEr得分分别可以达到0.804及1.167，明显优于基于单一注意力结构的自上而下图像描述生成算法；通过人工观察对比可知，所提算法生成的图像描述可以表现出更好的图像细节。     

结合GAN的轻量级模糊车牌识别算法

目的 模糊车牌识别是车牌识别领域的难题,针对模糊车牌图像收集困难、车牌识别算法模型太大、不适用于移动或嵌入式设备等不足,本文提出了一种轻量级的模糊车牌识别方法,使用深度卷积生成对抗网络生成模糊车牌图像,用于解决现实场景中模糊车牌难以收集的问题,在提升算法识别准确性的同时提升了部署泛化能力。方法 该算法主要包含两部分,即基于优化卷积生成对抗网络的模糊车牌图像生成和基于深度可分离卷积网络与双向长短时记忆（long short-term memory,LSTM）的轻量级车牌识别。首先,使用Wasserstein距离优化卷积生成对抗网络的损失函数,提高生成车牌图像的多样性和稳定性;其次,在卷积循环神经网络的基础上,结合深度可分离卷积设计了一个轻量级的车牌识别模型,深度可分离卷积网络在减少识别算法计算量的同时,能对训练样本进行有效的特征学习,将特征图转换为特征序列后输入到双向LSTM网络中,进行序列学习与标注。结果 实验表明,增加生成对抗网络生成的车牌图像,能有效提高本文算法、传统车牌识别和基于深度学习的车牌识别方法的识别率,为进一步提高各类算法的识别率提供了一种可行方案。结合深度可分离卷积的轻量级车牌识别模型,识别率与基于标准循环卷积神经网络（convolutional recurrent neural network,CRNN）的车牌识别方法经本文生成图像提高后的识别率相当,但在模型的大小和识别速度上都优于标准的CRNN模型,本文算法的模型大小为45 MB,识别速度为12.5帧/s,标准CRNN模型大小是82 MB,识别速度只有7帧/s。结论 使用生成对抗网络生成图像,可有效解决模糊车牌图像样本不足的问题;结合深度可分离卷积的轻量级车牌识别模型,具有良好的识别准确性和较好的部署泛化能力。     

生成对抗网络改进角度与应用研究综述

生成对抗网络(GAN)作为一种新兴的生成式模型,逐渐发展应用于图像生成、三维重构、跨模态转换等领域,有效解决了常规卷积神经网络在图像生成类任务方面效率低下的问题,填补了深度学习在图像生成领域上的短板。为了帮助后续研究人员快速并全面了解GAN,根据近年来的文献对GAN的改进模型进行梳理。首先从网络结构、目标函数两个角度介绍了GAN的基本原理,然后对GAN的各种衍生模型从改进角度、应用类型两个方面进行详细的阐述和总结,分别从主观定性、客观定量和任务专项评估等角度对生成图像的质量和多样性进行归纳分析,最后讨论了GAN系列模型近年来的一些核心问题与最新研究进展,并分析了未来的发展趋势。     

一种基于目标检测与词性分析的图像描述算法

针对现有的基于注意力机制的图像描述方法描述内容与图像关联度低的问题,提出一种基于目标检测与词性分析的图像描述算法。该方法在注意力机制的基础上,通过目标检测算法提取图片中的信息,使用带有注意力机制的循环神经网络对提取到的信息进行处理,生成图像描述语句。在生成单词的过程中,算法会预测每个单词的词性,根据不同的词性选择不同的神经网络,从而提升描述语句与原图像的关联度。实验结果表明,在多种客观描述评价标准中,本文算法生成的描述语句相对目前存在的算法均有不同程度提升,同时,在主观评价中也能够更准确流畅地描述图片的内容。     

深度学习背景下视觉显著性物体检测综述

视觉显著性物体检测是对人类视觉和认知系统的模拟,而深度学习则是对人类大脑计算方式的模拟,将两者有机结合可以有效推动计算机视觉的发展。视觉显著性物体检测的任务是从图像中定位并提取具有明确轮廓的显著性物体实例。随着深度学习的发展,视觉显著性物体检测的精度和效率都得到巨大提升,但仍然面临改进主流算法性能、减少对像素级标注样本的依赖等主要挑战。针对上述挑战,本文从视觉显著性物体检测思想与深度学习方法融合策略的角度对相关论述进行分类总结。1）分析传统显著性物体检测方法带来的启示及其缺点,指出视觉显著性物体检测的核心思路为多层次特征的提取、融合与修整;2）从改进特征编码方式与信息传递结构、提升边缘定位精度、改善注意力机制、提升训练稳定性和控制噪声的角度对循环卷积神经网络、全卷积神经网络和生成对抗网络3种主流算法的性能提升进行分析,从优化弱监督样本处理模块的角度分析了减少对像素级标注样本依赖的方法;3）对协同显著性物体检测、多类别图像显著性物体检测以及未来的研究问题和方向进行介绍,并给出了可能的解决思路。     

一种基于多层语义特征的图像理解方法

视觉场景理解包括检测和识别物体、推理被检测物体之间的视觉关系以及使用语句描述图像区域.为了实现对场景图像更全面、更准确的理解,将物体检测、视觉关系检测和图像描述视为场景理解中3种不同语义层次的视觉任务,提出一种基于多层语义特征的图像理解模型,并将这3种不同语义层进行相互连接以共同解决场景理解任务.该模型通过一个信息传递图将物体、关系短语和图像描述的语义特征同时进行迭代和更新,更新后的语义特征被用于分类物体和视觉关系、生成场景图和描述,并引入融合注意力机制以提升描述的准确性.在视觉基因组和COCO数据集上的实验结果表明,所提出的方法在场景图生成和图像描述任务上拥有比现有方法更好的性能.     

多场景融合的细粒度图像描述生成算法

针对图像描述生成任务在不同场景下表现不佳的缺点,提出一种融合卷积神经网络和先验知识的多场景注意力图像描述生成算法。该算法通过卷积神经网络生成视觉语义单元,使用命名实体识别对图像场景进行识别和预测,并使用该结果自动调整自注意力机制的关键参数并进行多场景注意力计算,最后将得到的区域编码和语义先验知识插入Transformer文本生成器中指导句子的生成。结果表明,该算法有效解决了生成的描述缺少关键场景信息的问题。在MSCOCO和Flickr30k数据集上对模型进行评估,其中MSCOCO数据集的CIDEr得分达到1.210,优于同类图像描述生成模型。     

基于多模态神经网络的图像中文摘要生成方法

图像的自然语言描述(image captioning)是一个融合计算机视觉、自然语言处理和机器学习的跨领域课题。它作为多模态处理的关键技术,近年来取得了显著成果。当前研究大多针对图像生成英文摘要,而对于中文摘要的生成方法研究较少。该文提出了一种基于多模态神经网络的图像中文摘要生成方法。该方法由编码器和解码器组成,编码器基于卷积神经网络,包括单标签视觉特征提取网络和多标签关键词特征预测网络,解码器基于长短时记忆网络,由多模态摘要生成网络构成。在解码过程中,该文针对长短时记忆网络的特点提出了四种多模态摘要生成方法CNIC-X、CNIC-H、CNIC-C和CNIC-HC。在中文摘要数据集Flickr8k-CN上实验,结果表明该文提出的方法优于现有的中文摘要生成模型。     

基于视觉-语义中间综合属性特征的图像中文描述生成算法

图像描述是计算机视觉、自然语言处理与机器学习的交叉领域多模态信息处理任务,需要算法能够有效地处理图像和语言两种不同模态的信息.由于异构语义鸿沟的存在,该任务具有较大的挑战性.目前主流的研究仍集中在基于英文的图像描述任务,对图像中文描述的研究相对较少.图像视觉信息在图像描述算法中没有得到足够的重视,算法模型的性能更多地取...     

基于全局与序列变分自编码的图像描述生成

基于Transformer架构的图像描述生成方法通常学习从图像空间到文本空间的确定性映射,以提高预测“平均”描述语句的性能,从而导致模型倾向于生成常见的单词和重复的短语,即所谓的模式坍塌问题。为此,将条件变分自编码与基于Transformer的图像描述生成相结合,利用条件似然的变分证据下界分别构建了句子级和单词级的多样化图像描述生成模型,通过引入全局与序列隐嵌入学习增强模型的隐表示能力。在MSCOCO基准数据集上的定量和定性实验结果表明,两种模型均具备图像到文本空间的一对多映射能力,相比于目前最新的方法COS-CVAE（diverse image captioning with context-object split latent spaces）,在随机生成20个描述语句时,准确性指标CIDEr和多样性指标Div-2分别提升了1.3和33%,在随机生成100个描述语句的情况下,CIDEr和Div-2分别提升了11.4和14%,所提方法能够更好地拟合真实描述分布,在多样性和准确性之间取得了更好的平衡。     

引入语义匹配和语言评价的跨语言图像描述

目的 由于缺乏图像与目标语言域的成对数据,现有的跨语言描述方法都是基于轴(源)语言转化为目标语言,由于转化过程中的语义噪音干扰,生成的句子存在不够流畅以及与图像视觉内容关联弱等问题,为此,本文提出了一种引入语义匹配和语言评价的跨语言图像描述模型。方法 首先,选择基于编码器—解码器的图像描述基准网络框架。其次,为了兼顾图像及其轴语言所包含的语义知识,构建了一个源域语义匹配模块;为了学习目标语言域的语言习惯,还构建了一个目标语言域评价模块。基于上述两个模块,对图像描述模型进行语义匹配约束和语言指导：1)图像&轴语言域语义匹配模块通过将图像、轴语言描述以及目标语言描述映射到公共嵌入空间来衡量各自模态特征表示的语义一致性。2)目标语言域评价模块依据目标语言风格,对所生成的描述句子进行语言评分。结果 针对跨语言的英文图像描述任务,本文在MS COCO(Microsoft common objects in context)数据集上进行了测试。与性能较好的方法相比,本文方法在BLEU(bilingual evaluation understudy)-2、BLEU-3、BLEU-4和METE...     

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.     

基于视觉关联与上下文双注意力的图像描述生成方法

图像描述生成有着重要的理论意义与应用价值,在计算机视觉与自然语言处理领域皆受到广泛关注.基于注意力机制的图像描述生成方法,在同一时刻融合当前词和视觉信息以生成目标词,忽略了视觉连贯性及上下文信息,导致生成描述与参考描述存在差异.针对这一问题,本文提出一种基于视觉关联与上下文双注意力机制的图像描述生成方法（visual relevance and context dual attention,简称VRCDA）.视觉关联注意力在传统视觉注意力中增加前一时刻注意力向量以保证视觉连贯性,上下文注意力从全局上下文中获取更完整的语义信息,以充分利用上下文信息,进而指导生成最终的图像描述文本.在MSCOCO和Flickr30k两个标准数据集上进行了实验验证,结果表明本文所提出的VRCDA方法能够有效地生成图像语义描述,相比于主流的图像描述生成方法,在各项评价指标上均取得了较高的提升.     

一种压缩域上的快速标题文字探测算法及其应用

提出了一种在MPEG压缩流上基于模型的快速标题文字探测算法。对标题文字叠加模型的分析表明,视频流各分量值在标题文字区将属于特定的 范围区间。基于该特征,该文给出了一种利用色度分量统计特征在压缩域上检测标题的快速算法,并对算法的加速以及模型建立方法进行了讨论,该技术被成功地应用到自动创建图片目录,实现了用户通过极少目的图片对一天新闻节目内容的快速浏览。实验结果表明算法不仅具有理想的正确率96．6％与查全率100％,而且具有超实时的探测速度。