基于深度学习的多模态生物特征融合模型

面对公安实战中获取的低质量生物特征数据,单模态生物特征识别技术的精度并不理想,现有的多模态融合算法存在融合层次单一、泛化性不强等问题,深度神经网络的发展为其提供了有效的解决途径。构建基于深度神经网络的多模态生物特征融合模型,将像素层、特征层、分数层等不同层次的融合方法统一到融合模型中,在像素层采用空间、通道和强度融合三种策略;在特征层通过反向传播整体优化模态专用分支与联合表示层,构建模态之间一阶依赖关系;在分数层使用基于Rank1评价和基于模态评价两种方法完成匹配分数融合。模拟实战数据构建虚拟同源多模态数据集进行模型验证。实验结果表明,多模态像素层融合方法提升效果有限,难以增强数据的区分度;多模态特征层融合方法相比单模态算法提升2.2个百分点;分数层融合方法相比单模态算法提升3.5个百分点,最佳检索精度可达99.6%。基于深度学习方法提出的多模态生物特征融合模型极大地提高了模型的泛化性和检索精度。     

多模态深度学习综述

在多模态深度学习发展前期总结当前多模态深度学习,发现在不同多模态组合和学习目标下,多模态深度学习实现过程中的共有问题,并对共有问题进行分类,叙述解决各类问题的方法。具体来说,从涉及自然语言、视觉、听觉的多模态学习中考虑了语言翻译、事件探测、信息描述、情绪识别、声音识别和合成以及多媒体检索等方面研究,将多模态深度学习实现过程中的共有问题分为模态表示、模态传译、模态融合和模态对齐四类,并对各类问题进行子分类和论述,同时列举了为解决各类问题产生的神经网络模型。最后论述了实际多模态系统、多模态深度学习研究中常用的数据集和评判标准,并展望了多模态深度学习的发展趋势。     

多模态数据融合综述

随着当今信息技术的飞速发展,信息的存在形式多种多样,来源也十分广泛。不同的存在形式或信息来源均可被称之为一种模态,由两种或两种以上模态组成的数据称之为多模态数据。多模态数据融合负责将多个模态的信息进行有效的整合,汲取不同模态的优点,完成对信息的整合。自然现象具有十分丰富的特征,单一模态很难提供某个现象的完整信息。面对保持融合后具有各个模态信息的多样性以及完整性、使各个模态的优点最大化、减少融合过程造成的信息损失等方面的融合要求,如何对各个模态的信息进行融合成为了多个领域广泛存在的一个新挑战。简要阐述了常见的多模态融合方法、融合架构,总结了三个常见的融合模型,简要分析协同、联合、编解码器三大架构的优缺点以及多核学习、图像模型等具体融合方法。在多模态的应用方面,对多模态视频片段检索、综合多模态信息生成内容摘要、多模态情感分析、多模态人机对话系统进行了分析与总结。指出了当前多模态融合出现的问题,并提出未来的研究方向。     

基于跨模态门控机制和改进融合方法的多模态情感分析

如何有效挖掘单模态表征并实现多模态信息的充分融合是多模态情感分析研究的重点之一。针对多模态情感分析中的模态间噪声和多模态特征融合不充分等问题,提出一种基于跨模态门控机制和改进融合方法的多模态情感分析模型。首先,利用跨模态门控机制去除模态间噪声,提取互补信息以增强模态表示。然后,利用权重和相似约束分别关注不同模态情感贡献的差异性和情感表达的一致性。最后,结合模态的多层次表示获得情感分析的结果。在三个公开数据集上的实验结果表明,所提模型是有效的,相比已有一些模型取得了更好的性能。     

基于多层LSTM融合的多模态情绪识别

情绪分析一直是自然语言处理领域的研究热点,而多模态情绪分析是当前该领域的一个挑战。已有研究在上下文信息和不同模态时间序列信息交互方面存在不足,该文提出了一个新颖的多层LSTM融合模型(Multi-LSTMs Fusion Model,MLFN),通过分层LSTM分别设置单模态模内特征提取层、双模态和三模态模间融合层进行文本、语音和图像三个模态之间的深度融合,在考虑模态内部信息特征的同时深度捕获模态之间的交互信息。实验结果表明,基于多层LSTM多模态融合网路能够较好地融合多模态信息,大幅度提升多模态情绪识别的准确率。     

面向图像文本的多模态处理方法综述

在深度学习领域,解决实际应用问题往往需要结合多种模态信息进行推理和决策,其中视觉和语言信息是交互过程中重要的两种模态。在诸多应用场景中,处理多模态任务往往面临着模型架构组织方式庞杂、训练方法效率低下等问题。综合以上问题,梳理了在图像文本多模态领域的近五年的代表性成果。首先从主流的多模态任务出发,介绍了相关文本和图像多模态数据集以及预训练目标。其次,考虑以Transformer为基础结构的视觉语言模型,结合特征提取方法,从多模态组织架构、跨模态融合方法等角度进行分析,总结比较不同处理策略的共性和差异性。然后从数据输入、结构组件等多角度介绍模型的轻量化方法。最后,对基于图像文本的多模态方法未来的研究方向进行了展望。     

基于视听觉感知系统的多模态情感识别

情绪识别作为人机交互的热门领域,其技术已经被应用于医学、教育、安全驾驶、电子商务等领域.情绪主要由面部表情、声音、话语等进行表达,不同情绪表达时的面部肌肉、语气、语调等特征也不相同,使用单一模态特征确定的情绪的不准确性偏高,考虑到情绪表达主要通过视觉和听觉进行感知,本文提出了一种基于视听觉感知系统的多模态表情识别算法,分别从语音和图像模态出发,提取两种模态的情感特征,并设计多个分类器为单特征进行情绪分类实验,得到多个基于单特征的表情识别模型.在语音和图像的多模态实验中,提出了晚期融合策略进行特征融合,考虑到不同模型间的弱依赖性,采用加权投票法进行模型融合,得到基于多个单特征模型的融合表情识别模型.本文使用AFEW数据集进行实验,通过对比融合表情识别模型与单特征的表情识别模型的识别结果,验证了基于视听觉感知系统的多模态情感识别效果要优于基于单模态的识别效果.     

多模态情感识别研究进展*

情感识别研究热点正从单模态转移到多模态。针对多模态情感特征提取与融合的技术难点,本文列举了目前应用较广的多模态情感识别数据库,介绍了面部表情和语音情感这两个模态的特征提取技术,重点阐述了多模态情感融合识别技术,主要对多模态情感特征融合策略和融合方法进行了综述,对不同算法下的识别效果进行了对比。最后,对多模态情感识别研究中存在的问题进行了探讨,并对未来的研究方向进行了展望。     

复合层次融合的多模态情感分析

针对传统情感分析方法无法解决短视频情感表达问题以及现有多模态情感分析方法准确率不高、不同模态信息之间交互性差等问题,通过对多模态情感分析方法进行研究,结合时域卷积网络（TCN）和软注意力机制建立了复合层次融合的多模态情感分析模型。该模型首先将视频中提取到的文本特征、视频面部特征和音频特征进行维度均衡,然后将得到的不同模态的信息特征进行复合式融合,即先将单模态信息进行融合得到双模态特征信息,再将得到的三个双模态信息进行融合,得到最终的三模态信息,最后将得到的三模态信息和每个单模态信息进行融合得到最终的多模态情感特征信息。每次融合的特征信息都经过TCN网络层进行序列特征的提取,将最终得到的多模态特征信息通过注意力机制进行筛选过滤后用于情感分类,从而得到预测结果。在数据集CMU-MOSI和CMU-MOSEI上的实验表明,该模型能够充分利用不同模态间的交互信息,有效提升多模态情感分析的准确率。     

拥抱融合的多模态灾害分析算法

融合文本和图像的多模态信息相对于单模态可以提升灾害事件分析准确率。但是已有的工作多数将文本特征和图片特征进行简单的融合,在提取、融合特征的时候造成特征的冗余,同时忽略了模态之间的联系,没有考虑到图像和文本之间特征的相关性。为此,本文分析和研究目前流行的多模态融合算法,提出一种拥抱融合的多模态灾害事件分析算法。首先将文本特征和图像的特征向量互相对比,考虑文本和图像特征之间的相关性。然后基于多项抽样,剔除冗余的特征,融合文本特征和图像特征。实验结果表明,拥抱融合在Crisis MMD2.0数据集上实验1的2个任务的分类效果准确率分别高达88.2%、85.1%,都明显优于其他多模态融合模型,表明了该模型的有效性。同时第2个实验也验证了拥抱模型对于不同文本和图像深度学习模型的适用性。     

Video multimodal emotion recognition based on Bi-GRU and attention fusion

A video multimodal emotion recognition method based on Bi-GRU and attention fusion is proposed in this paper. Bidirectional gated recurrent unit (Bi-GRU) is applied to improve the accuracy of emotion recognition in time contexts. A new network initialization method is proposed and applied to the network model, which can further improve the video emotion recognition accuracy of the time-contextual learning. To overcome the weight consistency of each modality in multimodal fusion, a video multimodal emotion recognition method based on attention fusion network is proposed. The attention fusion network can calculate the attention distribution of each modality at each moment in real-time so that the network model can learn multimodal contextual information in real-time. The experimental results show that the proposed method can improve the accuracy of emotion recognition in three single modalities of textual, visual, and audio, meanwhile improve the accuracy of video multimodal emotion recognition. The proposed method outperforms the existing state-of-the-art methods for multimodal emotion recognition in sentiment classification and sentiment regression.

     

Multimodal Video Indexing: A Review of the State-of-the-art

Efficient and effective handling of video documents depends on the availability of indexes. Manual indexing is unfeasible for large video collections. In this paper we survey several methods aiming at automating this time and resource consuming process. Good reviews on single modality based video indexing have appeared in literature. Effective indexing, however, requires a multimodal approach in which either the most appropriate modality is selected or the different modalities are used in collaborative fashion. Therefore, instead of separately treating the different information sources involved, and their specific algorithms, we focus on the similarities and differences between the modalities. To that end we put forward a unifying and multimodal framework, which views a video document from the perspective of its author. This framework forms the guiding principle for identifying index types, for which automatic methods are found in literature. It furthermore forms the basis for categorizing these different methods.     

基于非文本模态强化和门控融合方法的多模态情感分析

针对各模态之间信息密度存在差距和融合过程中可能会丢失部分情感信息等问题,提出一种基于非文本模态强化和门控融合方法的多模态情感分析模型。该模型通过设计一个音频-视觉强化模块来实现音频和视觉模态的信息增强,从而减小与文本模态的信息差距。之后,通过跨模态注意力和门控融合方法,使得模型充分学习到多模态情感信息和原始情感信息,从而增强模型的表达能力。在对齐和非对齐的CMU-MOSEI数据集上的实验结果表明,所提模型是有效的,相比现有的一些模型取得了更好的性能。     

基于双向注意力机制的多模态情感分类方法

社交网络的发展为情感分析研究提供了大量的多模态数据。结合多模态内容进行情感分类可以利用模态间数据的关联信息,从而避免单一模态对总体情感把握不全面的情况。使用简单的共享表征学习方法无法充分挖掘模态间的互补特征,因此提出多模态双向注意力融合(Multimodal Bidirectional Attention Hybrid, MBAH)模型,在深度模型提取的图像和文本特征基础上,利用双向注意力机制在一个模态下引入另一个模态信息,将该模态的底层特征与另一模态语义特征通过注意力计算学习模态间的关联信息,然后联结两种模态的高层特征形成跨模态共享表征并输入多层感知器得到分类结果。此外MBAH模型应用后期融合技术结合图文单模态自注意力模型搜寻最优决策权值,形成最终决策。实验结果表明,MBAH模型情感分类结果相较于其他方法具有明显的提升。     

基于注意力的多层次混合融合的多任务多模态情感分析

针对多模态情感分析中的模态内部特征表示和模态间的特征融合问题,结合注意力机制和多任务学习,提出了一种基于注意力的多层次混合融合的多任务多模态情感分析模型MAM(multi-level attention and multi-task)。首先,利用卷积神经网络和双向门控循环单元来实现单模态内部特征的提取;其次,利用跨模态注意力机制实现模态间的两两特征融合;再次,在不同层次使用自注意力机制实现模态贡献度选择;最后,结合多任务学习获得情感和情绪的分类结果。在公开的CMU-MOSEI数据集上的实验结果表明,情感和情绪分类的准确率和F;值均有所提升。     

LMR-CBT: learning modality-fused representations with CB-Transformer for multimodal emotion recognition from unaligned multimodal sequences

Learning modality-fused representations and processing unaligned multimodal sequences are meaningful and challenging in multimodal emotion recognition. Existing approaches use directional pairwise attention or a message hub to fuse language, visual, and audio modalities. However, these fusion methods are often quadratic in complexity with respect to the modal sequence length, bring redundant information and are not efficient. In this paper, we propose an efficient neural network to learn modality-fused representations with CB-Transformer (LMR-CBT) for multimodal emotion recognition from unaligned multi-modal sequences. Specifically, we first perform feature extraction for the three modalities respectively to obtain the local structure of the sequences. Then, we design an innovative asymmetric transformer with cross-modal blocks (CB-Transformer) that enables complementary learning of different modalities, mainly divided into local temporal learning, cross-modal feature fusion and global self-attention representations. In addition, we splice the fused features with the original features to classify the emotions of the sequences. Finally, we conduct word-aligned and unaligned experiments on three challenging datasets, IEMOCAP, CMU-MOSI, and CMU-MOSEI. The experimental results show the superiority and efficiency of our proposed method in both settings. Compared with the mainstream methods, our approach reaches the state-of-the-art with a minimum number of parameters.     

视频语义分析两级多模式融合算法

为了全面准确地获取视频高层语义信息,提出了一种基于仿生的视频语义分析两级多模式融合算法。该算法仿照人脑多感觉融合机理,先将视频中多模式特征按不同类别划分为组,然后对每一组中的多模低层特征用层次隐马尔可夫模型(HHMM)进行数据融合;同时将以似然率表示的多个低层融合结果作为高层融合的输入,再通过基于核的非线性算法把输入空间变换到高维特征空间;最后在特征空间中求取最优线性分类面,即可得到最终的多模式两级融合结果。实验表明,该方法不仅能有效融合视频中的多模式特征,而且能获取全面、准确的高层语义信息。     

基于注意力机制的多模态融合谣言检测方法

谣言会对社会生活造成不利影响,同时具有多种模态的网络谣言比纯文字谣言更容易误导用户和传播,这使得对多模态的谣言检测不可忽视。目前关于多模态谣言检测方法没有关注词与图片区域对象之间的特征融合,因此提出了一种基于注意力机制的多模态融合网络AMFNN应用于谣言检测,该方法在词-视觉对象层面进行高级信息交互,利用注意力机制捕捉与关键词语相关的视觉特征;提出了基于自注意力机制的自适应注意力机制Adapive-SA,通过增加辅助条件来约束内部的信息流动,使得模态内的关系建模更有目标性和多样性。在两个多模态谣言检测数据集上进行了对比实验,结果表明,与目前相关的多模态谣言检测方法相比,AMFNN能够合理地处理多模态信息,从而提高了谣言检测的准确性。     

基于注意力机制的特征融合-双向门控循环单元多模态情感分析

针对视频多模态情感分析中,未考虑跨模态的交互作用以及各模态贡献程度对最后情感分类结果的影响的问题,提出一种基于注意力机制的特征融合-双向门控循环单元多模态情感分析模型（AMF-BiGRU）。首先,利用双向门控循环单元（BiGRU）来考虑各模态中话语间的相互依赖关系,并得到各模态的内部信息;其次,通过跨模态注意力交互网络层将模态内部信息与模态之间的交互作用相结合;然后,引入注意力机制来确定各模态的注意力权重,并将各模态特征进行有效融合;最后,通过全连接层和softmax层获取情感分类结果。在公开的CMU-MOSI和CMU-MOSEI数据集上进行实验。实验结果表明,与传统的多模态情感分析方法（如多注意力循环网络（MARN））相比,AMF-BiGRU模型在CMU-MOSI数据集上的准确率和F1值分别提升了6.01%和6.52%,在CMU-MOSEI数据集上的准确率和F1值分别提升了2.72%和2.30%。可见,AMF-BiGRU模型能够有效提高多模态的情感分类性能。