跨模态检索技术研究综述

跨模态检索可以通过一种模态检索出其他模态的信息,已经成为大数据时代的研究热点。研究者基于实值表示和二进制表示两种方法来减小不同模态信息的语义差距并进行有效的相似度对比,但仍会有检索效率低或信息丢失的问题。目前,如何进一步提高检索效率和信息利用率是跨模态检索研究面临的关键挑战。介绍了跨模态检索研究中基于实值表示和二进制表示两种方法的发展现状;分析对比了包含两种表示技术下以建模技术和相似性对比为主线的五种跨模态检索方法：子空间学习、主题统计模型学习、深度学习、传统哈希和深度哈希;对最新的多模态数据集进行总结,为相关的研究和工程人员提供有价值的参考资料;分析了跨模态检索面临的挑战并指出了该领域未来研究方向。     

跨模态检索研究进展综述

随着互联网上多媒体数据的爆炸式增长,单一模态的检索已经无法满足用户需求,跨模态检索应运而生.跨模态检索旨在以一种模态的数据去检索另一种模态的相关数据,其核心任务是数据特征提取和不同模态间数据的相关性度量.文中梳理了跨模态检索领域近期的研究进展,从传统方法、深度学习方法、手工特征的哈希编码方法以及深度学习的哈希编码方法等...     

基于深度学习的跨模态检索综述

由于多模态数据的快速增长,跨模态检索受到了研究者的广泛关注,其将一种模态的数据作为查询条件检索其他模态的数据,如用户可以用文本检索图像或/和视频。由于查询及其检索结果模态表征的差异,如何度量不同模态之间的相似性是跨模态检索的主要挑战。随着深度学习技术的推广及其在计算机视觉、自然语言处理等领域的显著成果,研究者提出了一系列以深度学习为基础的跨模态检索方法,极大缓解了不同模态间相似性度量的挑战,本文称之为深度跨模态检索。本文从以下角度综述有代表性的深度跨模态检索论文,基于所提供的跨模态信息将这些方法分为3类：基于跨模态数据间一一对应的、基于跨模态数据间相似度的以及基于跨模态数据语义标注的深度跨模态检索。一般来说,上述3类方法提供的跨模态信息呈现递增趋势,且提供学习的信息越多,跨模态检索性能越优。在上述不同类别下,涵盖了7类主流技术,即典型相关分析、一一对应关系保持、度量学习、似然分析、学习排序、语义预测以及对抗学习。不同类别下包含部分关键技术,本文将具体阐述其中有代表性的方法。同时对比提供不同跨模态数据信息下不同技术的区别,以阐述在提供了不同层次的跨模态数据信息下相关技术的关注点与使用异同。为评估不同的跨模态检索方法,总结了部分代表性的跨模态检索数据库。最后讨论了当前深度跨模态检索待解决的问题以及未来的研究方向。     

跨模态检索研究文献综述

随着互联网技术的蓬勃发展和智能设备的普及,多媒体数据在数量爆炸式增长的同时,其形态也越来越多样化.人们获取信息的需求已经不满足于单一模态的数据检索,通过不同模态的知识协同实现跨模态的检索成为近几年研究的热点.在深入了解分析跨模态检索研究背景和研究进展的基础上,以跨模态检索的关键技术——公共子空间建模为主线,对跨模态检索...     

图文跨模态检索研究进展

随着互联网技术的迅速发展,文本和图像等各种类型的数据在网络上呈现爆发式增长,如何从这些多源异构且语义关联的多模态数据中获取有价值的信息则尤为重要。跨模态检索能够突破模态的限制,跨越不同模态的数据进行信息检索,满足用户获取有关事件信息的需求。近年来,跨模态检索已经成为了学术界和工业界研究的热点问题。本文聚焦于图文跨模态检索任务,首先介绍图文跨模态检索的定义,并分析说明了当前该任务面临的挑战。其次,对现有的研究方法进行归纳总结,将其分为3大类：（1）传统方法;（2）基于深度学习的方法;（3）基于哈希表示的方法。然后,详细介绍了图文跨模态检索的常用数据集,并对常用数据集上已有算法进行详细分析与比较。最后,对图文跨模态检索任务的未来发展方向进行展望。     

耦合保持投影哈希跨模态检索

目的 基于哈希的跨模态检索方法因其检索速度快、消耗存储空间小等优势受到了广泛关注。但是由于这类算法大都将不同模态数据直接映射至共同的汉明空间,因此难以克服不同模态数据的特征表示及特征维度的较大差异性,也很难在汉明空间中同时保持原有数据的结构信息。针对上述问题,本文提出了耦合保持投影哈希跨模态检索算法。方法 为了解决跨模态数据间的异构性,先将不同模态的数据投影至各自子空间来减少模态“鸿沟”,并在子空间学习中引入图模型来保持数据间的结构一致性;为了构建不同模态之间的语义关联,再将子空间特征映射至汉明空间以得到一致的哈希码;最后引入类标约束来提升哈希码的判别性。结果 实验在3个数据集上与主流的方法进行了比较,在Wikipedia数据集中,相比于性能第2的算法,在任务图像检索文本（I to T）和任务文本检索图像（T to I）上的平均检索精度（mean average precision,mAP）值分别提升了6%和3%左右;在MIRFlickr数据集中,相比于性能第2的算法,优势分别为2%和5%左右;在Pascal Sentence数据集中,优势分别为10%和7%左右。结论 本文方法可适用于两个模态数据之间的相互检索任务,由于引入了耦合投影和图模型模块,有效提升了跨模态检索的精度。     

基于映射字典学习的跨模态哈希检索

针对网络上出现越来越多的多模态数据,如何在海量数据中检索不同模态的数据成为一个新的挑战.哈希方法把数据映射到Hamming空间,大大降低了计算复杂度,为海量数据的跨模态检索提供了一条有效的路径.然而,大部分现存方法生成的哈希码不包含任何语义信息,从而导致算法性能的下降.为了解决这个问题,本文提出一种基于映射字典学习的跨模态哈希检索算法.首先,利用映射字典学习一个共享语义子空间,在子空间保持数据模态间的相似性.然后,提出一种高效的迭代优化算法得到哈希函数,但是可以证明问题的解并不是唯一的.因此,本文提出通过学习一个正交旋转矩阵最小化量化误差,得到性能更好的哈希函数.最后,在两个公开数据集上的实验结果说明了该算法优于其他现存方法.     

语义保持哈希在跨模态检索中的应用

哈希表示能够节省存储空间,加快检索速度,所以基于哈希表示的跨模态检索已经引起广泛关注。多数有监督的跨模态哈希方法以一种回归或图约束的方式使哈希编码具有语义鉴别性,然而这种方式忽略了哈希函数的语义鉴别性,从而导致新样本不能获得语义保持的哈希编码,限制了检索准确率的提升。为了同时学习具有语义保持的哈希编码和哈希函数,提出一种语义保持哈希方法用于跨模态检索。通过引入两个不同模态的哈希函数,将不同模态空间的样本映射到共同的汉明空间。为使哈希编码和哈希函数均具有较好的语义鉴别性,引入了语义结构图,并结合局部结构保持的思想,将哈希编码和哈希函数的学习融合到同一个框架,使两者同时优化。三个多模态数据集上的大量实验证明了该方法在跨模态检索任务的有效性和优越性。     

基于对抗投影学习的跨模态哈希检索

跨模态哈希检索以其较高的检索效率和较低的存储成本,在跨模态检索领域受到了广泛的关注.现有的跨模态哈希大多直接从多模态数据中学习哈希码,不能充分利用数据的语义信息,因此无法保证数据低维特征在模态间的分布一致性,解决这个问题的关键之一是要准确地度量多模态数据之间的相似度.为此,提出一种基于对抗投影学习的哈希(adversa...     

深度学习跨模态图文检索研究综述

随着深度神经网络的兴起,多模态学习受到广泛关注.跨模态检索是多模态学习的重要分支,其目的在于挖掘不同模态样本之间的关系,即通过一种模态样本来检索具有近似语义的另一种模态样本.近年来,跨模态检索逐渐成为国内外学术界研究的前沿和热点,是信息检索领域未来发展的重要方向.首先,聚焦于深度学习跨模态图文检索研究的最新进展,对基于...     

Cross-Modal Hashing Retrieval Based on Deep Residual Network

In the era of big data rich in We Media, the single mode retrieval system has been unable to meet people’s demand for information retrieval. This paper proposes a new solution to the problem of feature extraction and unified mapping of different modes: A Cross-Modal Hashing retrieval algorithm based on Deep Residual Network (CMHR-DRN). The model construction is divided into two stages: The first stage is the feature extraction of different modal data, including the use of Deep Residual Network (DRN) to extract the image features, using the method of combining TF-IDF with the full connection network to extract the text features, and the obtained image and text features used as the input of the second stage. In the second stage, the image and text features are mapped into Hash functions by supervised learning, and the image and text features are mapped to the common binary Hamming space. In the process of mapping, the distance measurement of the original distance measurement and the common feature space are kept unchanged as far as possible to improve the accuracy of Cross-Modal Retrieval. In training the model, adaptive moment estimation (Adam) is used to calculate the adaptive learning rate of each parameter, and the stochastic gradient descent (SGD) is calculated to obtain the minimum loss function. The whole training process is completed on Caffe deep learning framework. Experiments show that the proposed algorithm CMHR-DRN based on Deep Residual Network has better retrieval performance and stronger advantages than other Cross-Modal algorithms CMFH, CMDN and CMSSH.     

基于关联特征传播的跨模态检索

深度学习的快速发展和关联学习的深度研究,使得跨模态检索的性能有了很大提升.跨模态检索研究面临的挑战是：不同模态的数据在高层语义上具有关联关系,但在底层特征上存在异构鸿沟.现有方法主要通过单个相关性约束将不同模态的特征映射到具有一定相关性的特征空间中来解决底层特征上的异构鸿沟问题.然而,表征学习表明,不同层次的特征在帮助模型最终性能的提升上都会起作用.所以,现有方法学习到的单一特征空间的关联性是弱的,即该特征空间可能不是最优的检索空间.为解决该问题,提出了基于关联特征传播的跨模态检索模型,其基本思想是强化深度网络各层之间的关联性,即前一层具有一定关联的特征经过非线性变化传到后一层,有利于找到使2种模态关联性更强的特征空间.通过在Wikipedia,Pascal数据集上的大量实验验证得到,该方法提升了平均精度均值.     

基于特征融合的无监督跨模态哈希

已有的无监督跨模态哈希（UCMH）方法主要关注构造相似矩阵和约束公共表征空间的结构,忽略了2个重要问题：一是它们为不同模态的数据提取独立的表征用以检索,没有考虑不同模态之间的信息互补;二是预提取特征的结构信息不完全适用于跨模态检索任务,可能会造成一些错误信息的迁移。针对第一个问题,提出一种多模态表征融合结构,通过对不同模态的嵌入特征进行融合,从而有效地综合来自不同模态的信息,提高哈希码的表达能力,同时引入跨模态生成机制,解决检索数据模态缺失的问题;针对第二个问题,提出一种相似矩阵动态调整策略,在训练过程中用学到的模态嵌入自适应地逐步优化相似矩阵,减轻预提取特征对原始数据集的偏见,使其更适应跨模态检索,并有效避免过拟合问题。基于常用数据集Flickr25k和NUS-WIDE进行实验,结果表明,通过该方法构建的模型在Flickr25k数据集上3种哈希位长检索的平均精度均值较DGCPN模型分别提高1.43%、1.82%和1.52%,在NUS-WIDE数据集上分别提高3.72%、3.77%和1.99%,验证了所提方法的有效性。     

基于层次聚类的图文检索模型研究

图文检索在工业中的用途和作用是多方面的,可以帮助提高研发和生产效率,促进科技创新,提高产品的质量和竞争力;目前,图文检索模型的重点是提高检索的精度;随着技术和数据的快速发展,深度学习和大模型技术的不断应用,图文检索的速度问题逐渐凸显,为解决当前图文检索速度受限、计算量大的问题,提出了一种基于层次聚类的图文检索模型;该方法选择了检索效果明显的跨模态哈希方法,并运用深度聚类算法对待检索的数据进行分类,从而缩小检索范围,提高了检索速度;实验结果表明,基于层次聚类的图文检索模型在保持检索精度的同时,显著提高了检索速度,使得工程人员能够更快地获取到满意的检索结果。     

基于对象特征的深度哈希跨模态检索

随着不同模态的数据在互联网中的飞速增长,跨模态检索逐渐成为了当今的一个热点研究问题.哈希检索因其快速、有效的特点,成为了大规模数据跨模态检索的主要方法之一.在众多图像-文本的深度跨模态检索算法中,设计的准则多为尽量使得图像的深度特征与对应文本的深度特征相似.但是此类方法将图像中的背景信息融入到特征学习中,降低了检索性能...     

ViT2CMH: Vision Transformer Cross-Modal Hashing for Fine-Grained Vision-Text Retrieval

In recent years, the development of deep learning has further improved hash retrieval technology. Most of the existing hashing methods currently use Convolutional Neural Networks (CNNs) and Recurrent Neural Networks (RNNs) to process image and text information, respectively. This makes images or texts subject to local constraints, and inherent label matching cannot capture fine-grained information, often leading to suboptimal results. Driven by the development of the transformer model, we propose a framework called ViT2CMH mainly based on the Vision Transformer to handle deep Cross-modal Hashing tasks rather than CNNs or RNNs. Specifically, we use a BERT network to extract text features and use the vision transformer as the image network of the model. Finally, the features are transformed into hash codes for efficient and fast retrieval. We conduct extensive experiments on Microsoft COCO (MS-COCO) and Flickr30K, comparing with baselines of some hashing methods and image-text matching methods, showing that our method has better performance.     

基于多模态注意力机制的跨模态哈希网络

深度跨模态哈希算法（deep cross-modal Hash,DCMH）可以结合哈希算法存储成本低、检索速度快的优点,以及深度神经网络提取特征的强大能力,得到了越来越多的关注。它可以有效地将模态的特征和哈希表示学习集成到端到端框架中。然而在现有的DCMH方法的特征提取中,基于全局表示对齐的方法无法准确定位图像和文本中有语义意义的部分,导致在保证检索速度的同时无法保证检索的精确度。针对上述问题,提出了一种基于多模态注意力机制的跨模态哈希网络（HX＿MAN）,将注意力机制引入到DCMH方法中来提取不同模态的关键信息。利用深度学习来提取图像和文本模态的全局上下文特征,并且设计了一种多模态交互门来将图像和文本模态进行细粒度的交互,引入多模态注意力机制来更精确地捕捉不同模态内的局部特征信息,将带有注意的特征输入哈希模块以获得二进制的哈希码;在实行检索时,将任一模态的数据输入训练模块中来获得哈希码,计算该哈希码与检索库中哈希码的汉明距离,最终根据汉明距离按顺序输出另一种模态的数据结果。实验结果表明：HX＿MAN模型与当前现有的DCMH方法相比更具有良好的检索性能,在保证检索速度的同时,能够更准确...