一种基于多模态深度特征融合的视觉问答模型

大数据时代,随着多源异构数据的爆炸式增长,多模态数据融合问题备受研究者的关注,其中视觉问答因需要图文协同处理而成为当前多模态数据融合研究的热点。视觉问答任务主要是对图像和文本两类模态数据进行特征关联与融合表示,最后进行推理学习给出结论。传统的视觉问答模型在特征融合时容易缺失模态关键信息,且大多数方法停留在数据之间浅层的特征关联表示学习,较少考虑深层的语义特征融合。针对上述问题,提出了一种基于图文特征跨模态深度交互的视觉问答模型。该模型利用卷积神经网络和长短时记忆网络分别获取图像和文本两种模态数据特征,然后利用元注意力单元组合建立的新型深度注意力学习网络,实现图文模态内部与模态之间的注意力特征交互式学习,最后对学习特征进行多模态融合表示并进行推理预测输出。在VQA-v2.0数据集上进行了模型实验和测试,结果表明,与基线模型相比,所提模型的性能有明显提升。     

基于细粒度视觉特征和知识图谱的视觉故事生成算法

视觉故事生成是图像内容描述衍生的跨模态学习任务,在图文游记自动生成、启蒙教育等领域有较好的应用研究意义。目前主流方法存在对图像细粒度特征描述薄弱、故事文本的图文相关性低、语言不丰富等问题。为此,该文提出了基于细粒度视觉特征和知识图谱的视觉故事生成算法。该算法针对如何对图像内容进行充分挖掘和扩展表示,在视觉和高层语义方面,分别设计实现了图像细粒度视觉特征生成器和图像语义概念词集合生成器两个重要模块。在这两个模块中,细粒度视觉信息通过含有实体关系的场景图结构进行图卷积学习,高层语义信息综合外部知识图谱与相邻图像的语义关联进行扩充丰富,最终实现对图像序列内容较为全面细致的表示。该文算法在目前视觉故事生成领域规模最大的VIST数据集上与主流先进的算法进行了测试。实验结果表明,该文所提算法生成的故事文本,在图文相关性、故事逻辑性、文字多样性等方面,在Distinct-N和TTR等客观指标上均取得较大领先优势,具有良好的应用前景。     

基于门控图卷积网络和协同注意力的视觉问答

经典的视觉注意力模型缺乏视觉对象间空间关系的推理能力,忽略了图像和问题文本之间的密集语义交互,导致在预测答案过程中对噪声的处理能力不足。针对上述问题,提出了一种基于门控图卷积网络和协同注意力的视觉问答模型。该模型基于图像中视觉对象之间的相对空间位置构建空间关系图;同时以问题为引导,在图卷积网络的基础上增加门控机制,能够动态控制具有不同空间关系的邻居对节点的贡献程度;然后将问题的词特征和带有空间关系感知能力的视觉特征输入双向引导的协同注意力模块,共同学习它们之间的密集语义交互。在VQA2.0数据集进行实验,结果表明：该模型具有较强的显式关系推理能力,在test-std测试集的总体准确率为70.90%,优于该数据集上的经典模型,有效地提升了视觉问答的准确率。     

结合自底向上注意力机制和记忆网络的视觉问答模型

目的 现有大多数视觉问答模型均采用自上而下的视觉注意力机制,对图像内容无加权统一处理,无法更好地表征图像信息,且因为缺乏长期记忆模块,无法对信息进行长时间记忆存储,在推理答案过程中会造成有效信息丢失,从而预测出错误答案。为此,提出一种结合自底向上注意力机制和记忆网络的视觉问答模型,通过增强对图像内容的表示和记忆,提高视觉问答的准确率。方法 预训练一个目标检测模型提取图像中的目标和显著性区域作为图像特征,联合问题表示输入到记忆网络,记忆网络根据问题检索输入图像特征中的有用信息,并结合输入图像信息和问题表示进行多次迭代、更新,以生成最终的信息表示,最后融合记忆网络记忆的最终信息和问题表示,推测出正确答案。结果 在公开的大规模数据集VQA （visual question answering）v2.0上与现有主流算法进行比较实验和消融实验,结果表明,提出的模型在视觉问答任务中的准确率有显著提升,总体准确率为64.0%。与MCB（multimodal compact bilinear）算法相比,总体准确率提升了1.7%;与性能较好的VQA machine算法相比,总体准确率提升了1%,其中回答是/否、计数和其他类型问题的准确率分别提升了1.1%、3.4%和0.6%。整体性能优于其他对比算法,验证了提出算法的有效性。结论 本文提出的结合自底向上注意力机制和记忆网络的视觉问答模型,更符合人类的视觉注意力机制,并且在推理答案的过程中减少了信息丢失,有效提升了视觉问答的准确率。     

基于图结构的级联注意力视觉问答模型

视觉问答是一个具有挑战性的问题,需要结合计算机视觉和自然语言处理的概念。大多数现有的方法使用双流方式,先分别计算图像和问题特征,然后再采取不同的技术和策略进行融合。目前,尚缺乏能够直接捕获问题语义和图像空间关系的更高层次的表示方法。提出一种基于图结构的级联注意力学习模型,该模型结合了图学习模块（学习输入图像问题的特定图表示）、图卷积层和级联注意力层,目的是捕捉不同候选框区域图像的空间信息,以及其与问题之间的更高层次的关系。在大规模数据集VQA v2.0上进行了实验,结果表明,跟主流算法相比较,是/否、计数和其他类型问题的回答准确率均有明显提升,总体准确率达到了68.34%,从而验证了提出模型的有效性。     

基于跨模态多维关系增强的多模态模型研究

针对当前多模态模型不能充分挖掘图像中非显著区域的空间关系和上下文间的语义关系,导致多模态关系推理效果不佳的问题,提出了一个基于跨模态多维关系增强的多模态模型（multi-dimensional relationship enhancement model,MRE）,用于提取潜层结构下图像各要素之间的空间关系信息,并推理出视觉—语言间的语义相关性。设计了特征多样性模块用于挖掘图像中与显著区域相关的次显著区域特征,从而增强图像空间关系特征表示;并设计了上下文引导注意模块来引导模型学习语言上下文在图像中的关系,实现跨模态关系对齐。在MSCOCO数据集上的实验表明所提模型获得了更好的性能,其中BLEU-4和CIDEr分数分别提升了0.5%和1.3%。将这种方法应用到视觉问答任务中,在VQA 2.0数据集上性能得到了0.62%的提升,证明该方法在多模态任务方面的广泛适用性。     

问题引导的空间关系图推理视觉问答模型

目的 现有视觉问答模型的研究主要从注意力机制和多模态融合角度出发,未能对图像场景中对象之间的语义联系显式建模,且较少突出对象的空间位置关系,导致空间关系推理能力欠佳。对此,本文针对需要空间关系推理的视觉问答问题,提出利用视觉对象之间空间关系属性结构化建模图像,构建问题引导的空间关系图推理视觉问答模型。方法 利用显著性注意力,用Faster R-CNN(region-based convolutional neural network)提取图像中显著的视觉对象和视觉特征;对图像中的视觉对象及其空间关系结构化建模为空间关系图;利用问题引导的聚焦式注意力进行基于问题的空间关系推理。聚焦式注意力分为节点注意力和边注意力,分别用于发现与问题相关的视觉对象和空间关系;利用节点注意力和边注意力权重构造门控图推理网络,通过门控图推理网络的信息传递机制和控制特征信息的聚合,获得节点的深度交互信息,学习得到具有空间感知的视觉特征表示,达到基于问题的空间关系推理;将具有空间关系感知的图像特征和问题特征进行多模态融合,预测出正确答案。结果 模型在VQA(visual question answering)v2...     

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.     

基于图卷积网络的视觉问答研究

随着计算机视觉和自然语言处理的日益发展,视觉问答也发展为计算机科学领域的一个重要研究方向.视觉问答需要跨模态的理解与推理能力(图像与文本).由于图中节点和边的高度相关性以及图本身的联通性,图在提高视觉问答模型的推理能力上有一定的潜力,因此提出了一种基于图卷积网络的视觉问答方法.首先使用神经网络分别提取图像和文本特征,再...     

面向遥感视觉问答的尺度引导融合推理网络

遥感视觉问答(remote sensing visual question answering,RSVQA)旨在从遥感图像中抽取科学知识.近年来,为了弥合遥感视觉信息与自然语言之间的语义鸿沟,涌现出许多方法.但目前方法仅考虑多模态信息的对齐和融合,既忽略了对遥感图像目标中的多尺度特征及其空间位置信息的深度挖掘,又缺乏对尺度特征的建模和推理的研究,导致答案预测不够全面和准确.针对以上问题,本文提出了一种多尺度引导的融合推理网络(multi-scale guided fusion inference network,MGFIN),旨在增强RSVQA系统的视觉空间推理能力.首先,本文设计了基于Swin Transformer的多尺度视觉表征模块,对嵌入空间位置信息的多尺度视觉特征进行编码;其次,在语言线索的引导下,本文使用多尺度关系推理模块以尺度空间为线索学习跨多个尺度的高阶群内对象关系,并进行空间层次推理;最后,设计基于推理的融合模块来弥合多模态语义鸿沟,在交叉注意力基础上,通过自监督范式、对比学习方法、图文匹配机制等训练目标来自适应地对齐融合多模态特征,并辅助预测最终答案.实验结果表明,本文提出的模型在两个公共RSVQA数据集上具有显著优势.     

基于多路语义图网络的图像自动问答

基于视觉特征与文本特征融合的图像问答已经成为自动问答的热点研究问题之一。现有的大部分模型都是通过注意力机制来挖掘图像和问题语句之间的关联关系,忽略了图像区域和问题词在同一模态之中以及不同视角的关联关系。针对该问题,提出一种基于多路语义图网络的图像自动问答模型（MSGN）,从多个角度挖掘图像和问题之间的语义关联。MSGN利用图神经网络模型挖掘图像区域和问题词细粒度的模态内模态间的关联关系,进而提高答案预测的准确性。模型在公开的图像问答数据集上的实验结果表明,从多个角度挖掘图像和问题之间的语义关联可提高图像问题答案预测的性能。     

面向视觉问答的跨模态交叉融合注意网络

为了提高视觉问答(VQA)模型回答复杂图像问题的准确率,提出了面向视觉问答的跨模态交叉融合注意网络(CCAN).首先,提出了一种改进的残差通道自注意方法对图像进行注意,根据图像整体信息来寻找重要区域,从而引入一种新的联合注意机制,将单词注意和图像区域注意结合在一起;其次,提出一种"跨模态交叉融合"网络生成多个特征,将两...     

基于层次注意力机制的高效视觉问答模型

视觉问答(visual question answering,VQA)是深度学习领域的一个新挑战,需要模型同时根据问题的语义和图片的内容进行推理并给出正确答案。针对视觉问答图片输入的多样性,设计了一种由两层注意力机制堆叠组成的层次注意力机制,帮助模型定位图片中与问题相关的信息,其中第一层注意力机制使用目标检测网络提取图片中物体的特征,第二层注意力机制引入问题特征。同时改进了现有的特征融合方式,消除对输入特征尺寸的限制。VQA数据集的测试结果显示,层次注意力机制使计数类问题的回答准确率提升了4%~5%,其他类型的问题回答准确率也有小幅提升。     

基于BERT的三阶段式问答模型

预训练语言模型的发展极大地推动了机器阅读理解任务的进步.为了充分利用预训练语言模型中的浅层特征,并进一步提升问答模型预测答案的准确性,提出了一种基于BERT的三阶段式问答模型.首先,基于BERT设计了预回答、再回答及答案调整三个阶段;然后,在预回答阶段将BERT嵌入层的输入视作浅层特征来进行答案预生成;接着,在再回答阶...     

基于Yes/No反馈的视觉问答方法

针对视觉问答任务中问题语句可能存在的歧义,文中提出基于Yes/No反馈的视觉问答方法,通过Yes/No的反馈机制判断模型第一次得出答案的正误.当用户给出的反馈信息为No时,重新解析该问题,生成多种消歧后的问题,产生不同的候选答案,输出最高置信度的答案作为最终结果.在CLEVR、CLEVR-CoGenT基准数据集上的实验表明文中方法精度较高.     

Enhancing visual question answering with a two-way co-attention mechanism and integrated multimodal features

In Visual question answering (VQA), a natural language answer is generated for a given image and a question related to that image. There is a significant growth in the VQA task by applying an efficient attention mechanism. However, current VQA models use region features or object features that are not adequate to improve the accuracy of generated answers. To deal with this issue, we have used a Two-way Co-Attention Mechanism (TCAM), which is capable enough to fuse different visual features (region, object, and concept) from diverse perspectives. These diverse features lead to different sets of answers, and also, there is an inherent relationship between these visual features. We have developed a powerful attention mechanism that uses these two critical aspects by using both bottom-up and top-down TCAM to extract discriminative feature information. We have proposed a Collective Feature Integration Module (CFIM) to combine multimodal attention features and thus capture the valuable information from these visual features by employing a TCAM. Further, we have formulated a Vertical CFIM for fusing the features belonging to the same class and a Horizontal CFIM for combining the features belonging to different types, thus balancing the influence of top-down and bottom-up co-attention. The experiments are conducted on two significant datasets, VQA 1.0 and VQA 2.0. On VQA 1.0, the overall accuracy of our proposed method is 71.23 on the test-dev set and 71.94 on the test-std set. On VQA 2.0, the overall accuracy of our proposed method is 75.89 on the test-dev set and 76.32 on the test-std set. The above overall accuracy clearly reflecting the superiority of our proposed TCAM based approach over the existing methods.     

基于知识图谱全局和局部特征的复杂问答方法

近年来,研究者已经提出多种方法来解决知识库问答(KBQA)中的复杂问题,并取得一定成果.然而,由于语义构成的复杂性以及可能存在推理路径的缺失,复杂问题的求解效果依然不佳.为了更好地解决这类问题,提出基于知识图谱全局和局部特征的问答方法——CGL-KBQA.所提方法利用知识嵌入技术提取知识图谱整体的拓扑结构和语义特征作为候选实体节点的全局特征,根据实体表示和问句表示将复杂问答建模为复合的三元组分类任务.同时,将图谱在搜索过程生成的核心推导路径作为局部特征,结合问句的语义相似性来构建候选实体不同维度特征,最终形成混合特征评分器.由于最终推理路径可能缺失,采用基于无监督的多重聚类方法设计了聚类器模块,进而根据候选实体的两类特征表示直接生成最终答案簇,这使得非完全知识图谱问答成为可能.实验结果表明,所提方法在两个常见KBQA数据集上均取得不错的效果,特别是在图谱知识不完全的情况下也具备非常好的效果.     

面向视觉问答的多模块协同注意模型

视觉问答（VQA）是计算机视觉和自然语言处理领域中典型的多模态问题，然而传统VQA模型忽略了双模态中语义信息的动态关系和不同区域间丰富的空间结构。提出一种新的多模块协同注意力模型，对视觉场景中对象间关系的动态交互和文本上下文表示进行充分理解，根据图注意力机制建模不同类型对象间关系，学习问题的自适应关系表示，将问题特征和带关系属性的视觉关系通过协同注意编码，加强问题词与对应图像区域间的依赖性，通过注意力增强模块提升模型的拟合能力。在开放数据集VQA 2.0和VQA-CP v2上的实验结果表明，该模型在“总体”、“是/否”、“计数”和“其他”类别问题上的精确度明显优于DA-NTN、ReGAT和ODA-GCN等对比方法，可有效提升视觉问答的准确率。