面向跨模态检索的协同注意力网络模型

随着图像、文本、声音、视频等多模态网络数据的急剧增长,人们对多样化的检索需求日益强烈,其中的跨模态检索受到广泛关注。然而,由于其存在异构性差异,在不同的数据模态之间寻找内容相似性仍然具有挑战性。现有方法大都将异构数据通过映射矩阵或深度模型投射到公共子空间,来挖掘成对的关联关系,即图像和文本的全局信息对应关系,而忽略了数据内局部的上下文信息和数据间细粒度的交互信息,无法充分挖掘跨模态关联。为此,文中提出文本-图像协同注意力网络模型(CoAN),通过选择性地关注多模态数据的关键信息部分来增强内容相似性的度量。CoAN利用预训练的VGGNet模型和循环神经网络深层次地提取图像和文本的细粒度特征,利用文本-视觉注意力机制捕捉语言和视觉之间的细微交互作用;同时,该模型分别学习文本和图像的哈希表示,利用哈希方法的低存储特性和计算的高效性来提高检索速度。在实验得出,在两个广泛使用的跨模态数据集上,CoAN的平均准确率均值(mAP)超过所有对比方法,文本检索图像和图像检索文本的mAP值分别达到0.807和0.769。实验结果说明,CoAN有助于检测多模态数据的关键信息区域和数据间细粒度的交互信息,充分挖掘跨模态数据的内容相似性,提高检索精度。     

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...     

一种适用于轻量级网络的双分支融合注意力机制

注意力机制越来越受到关注,许多研究已经分别证明了通道注意力和空间注意力对于提升模型性能的有效性,但现有算法通常忽略了如何将这两种信息更好地结合起来。对此,通过将通道注意力、空间注意力和全局提取的特征信息有效结合,提出了一种新的移动网络注意力机制,称之为双分支融合注意力机制,并将双分支融合注意力机制应用到轻量级网络上进行实验。实验结果表明,引入双分支融合注意力机制的模型在CIFAR-100和ImageNet-100数据集上的准确率相较于原始模型均有明显提升,且浮点计算量和参数量并未显著增加。     

基于双对抗自编码器的跨模态检索

在自编码的学习过程中如何更好地保留原始特征及消除多模态数据分布的差异是一个重要的研究课题.因此,文中提出基于双对抗自编码器(DAA)的跨模态检索方法.使用全局对抗网络改进自编码器模态内重构过程,极小极大博弈的策略使模态内的原始特征和重构特征难以判别,更好地保留原始特征.隐含层对抗网络在生成模态不变表示的同时使模态间数据难以区分,有效减小多模态数据的分布差异.在Wikipedia、NUS-WIDE-10k数据集上的实验证明DAA的有效性.     

基于关系网络的赤足足迹识别

为了在刑侦领域中为案情分析提供重要依据,基于足迹分析技术,对足迹图像数据,采用关系网络实现赤足足迹识别.首先基于Otsu算法和左、右足的相似性,对足迹图像分别进行图像去噪和数据增强;然后将图像送入关系网络进行训练,训练集包括63个对象的赤足数据,测试集包括另外50个对象的赤足数据;最后对四种训练方式下的模型识别率进行了...     

基于自注意力模态融合网络的跨模态行人再识别方法研究

行人再识别是实现多目标跨摄像头跟踪的核心技术, 该技术能够广泛应用于安防、智能视频监控、刑事侦查等领域. 一般的行人再识别问题面临的挑战包括摄像机的低分辨率、行人姿态变化、光照变化、行人检测误差、遮挡等. 跨模态行人再识别相比于一般的行人再识别问题增加了相同行人不同模态的变化. 针对跨模态行人再识别中存在的模态变化问题, 本文提出了一种自注意力模态融合网络. 首先是利用CycleGAN生成跨模态图像. 在得到了跨模态图像后利用跨模态学习网络同时学习两种模态图像特征, 对于原始数据集中的图像利用SoftMax 损失进行有监督的训练, 对生成的跨模态图像利用LSR (Label smooth regularization) 损失进行有监督的训练. 之后, 使用自注意力模块将原始图像和CycleGAN生成的图像进行区分, 自动地对跨模态学习网络的特征在通道层面进行筛选. 最后利用模态融合模块将两种筛选后的特征进行融合. 通过在跨模态数据集SYSU-MM01上的实验证明了本文提出的方法和跨模态行人再识别其他方法相比有一定程度的性能提升.     

自适应混合注意力深度跨模态哈希

针对现有哈希方法在特征学习过程中无法区分各区域特征信息的重要程度和不能充分利用标签信息来深度挖掘模态间相关性的问题,提出了自适应混合注意力深度跨模态哈希检索（AHAH）模型。首先,通过自主学习得到的权重将通道注意力和空间注意力有机结合来强化对特征图中相关目标区域的关注度,同时弱化对不相关目标区域的关注度;其次,通过对模态标签进行统计分析,并使用所提出的相似度计算方法将相似度量化为0～1的数字以更精细地表示模态间的相似性。在4个常用的数据集MIRFLICKR-25K、NUS-WIDE、MSCOCO和IAPR TC-12上,当哈希码长度为16 bit时,与最先进的方法多标签语义保留哈希（MLSPH）相比,所提方法的检索平均准确率均值（mAP）分别提高了2.25%、1.75%、6.8%和2.15%。此外,消融实验和效率分析也证明了所提方法的有效性。     

跨模态检索研究综述

近年来,各种类型的媒体数据,如音频、文本、图像和视频,在互联网上呈现爆发式增长,不同类型的数据通常用于描述同一事件或主题。跨模态检索提供了一些有效的方法,可以为任何模态的给定查询搜索不同模态的语义相关结果,使用户能够获得有关事件/主题的更多信息,从而达到以一种模态数据检索另外一种模态数据的效果。随着数据检索需求以及各种新技术的发展,单一模态检索难以满足用户需求,研究者提出许多跨模态检索的技术来解决这个问题。梳理近期跨模态检索领域研究者的研究成果,简要分析传统的跨模态检索方法,着重介绍近五年研究者提出跨模态检索方法,并对其性能表现进行对比;总结现阶段跨模态检索研究过程中面临的问题,并对后续发展做出展望。     

基于文本引导对抗哈希的跨模态检索方法

随着深度学习方法的不断发展,跨模态哈希检索技术也取得了长足的进步。但是,目前的跨模态哈希检索方法通常基于两种假设：a)相似文本描述的图像内容也相似;b)相同类别的图像有着较好的全局相似性。但是,真实数据集中的数据往往不能满足以上两种假设,导致了跨模态哈希检索模型性能的降低。针对以上两个问题,提出了一种基于文本引导对抗哈希的跨模态检索方法(text-guided adversarial hashing for cross-modal retrieval, TAH),此方法在构建的网络结构基础上,将文本哈希码作为训练图像网络的基础,并将图像的局部特征与全局特征结合用于表示图像内容。此外,还针对性地提出了文本模态内全局一致性损失、模态间局部与全局一致性损失和分类对抗损失用于训练跨模态网络。实验证明,TAH可以在三个数据集中取得良好的检索性能。     

基于图卷积网络的无监督跨模态哈希检索算法

针对无监督跨模态检索任务中不能充分利用单个模态内的语义关联信息的问题,提出了一种基于图卷积网络的无监督跨模态哈希检索方法。通过图像和文本编码器分别获得两个模态的特征,输入到图卷积网络中挖掘单个模态的内部语义信息,将结果通过哈希编码层进行二值化操作后,与模态间的深度语义关联相似度矩阵进行对比计算损失,不断重构优化生成的二进制编码,直到生成样本对应的健壮哈希表达。实验结果表明,与经典的浅层方法和深度学习方法对比,该方法在多个数据集上的跨模态检索准确率均有明显提升。证明通过图卷积网络能够进一步挖掘模态内的语义信息,所提模型具有更高的准确性和鲁棒性。     

面向跨媒体检索的层级循环注意力网络模型

目的 跨媒体检索旨在以任意媒体数据检索其他媒体的相关数据,实现图像、文本等不同媒体的语义互通和交叉检索。然而,"异构鸿沟"导致不同媒体数据的特征表示不一致,难以实现语义关联,使得跨媒体检索面临巨大挑战。而描述同一语义的不同媒体数据存在语义一致性,且数据内部蕴含着丰富的细粒度信息,为跨媒体关联学习提供了重要依据。现有方法仅仅考虑了不同媒体数据之间的成对关联,而忽略了数据内细粒度局部之间的上下文信息,无法充分挖掘跨媒体关联。针对上述问题,提出基于层级循环注意力网络的跨媒体检索方法。方法 首先提出媒体内-媒体间两级循环神经网络,其中底层网络分别建模不同媒体内部的细粒度上下文信息,顶层网络通过共享参数的方式挖掘不同媒体之间的上下文关联关系。然后提出基于注意力的跨媒体联合损失函数,通过学习媒体间联合注意力来挖掘更加精确的细粒度跨媒体关联,同时利用语义类别信息增强关联学习过程中的语义辨识能力,从而提升跨媒体检索的准确率。结果 在2个广泛使用的跨媒体数据集上,与10种现有方法进行实验对比,并采用平均准确率均值MAP作为评价指标。实验结果表明,本文方法在2个数据集上的MAP分别达到了0.469和0.575,超过了所有对比方法。结论 本文提出的层级循环注意力网络模型通过挖掘图像和文本的细粒度信息,能够充分学习图像和文本之间精确跨媒体关联关系,有效地提高了跨媒体检索的准确率。     

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。     

胸部X线影像和诊断报告的双塔跨模态检索

针对现有胸部X线影像和诊断报告跨模态方法重点聚焦全局信息对齐,忽视影像和诊断报告间的细粒度语义关联,导致检索精度低、匹配度差的问题,提出全局和局部联合对齐的胸部X线影像和诊断报告双塔跨模态检索方法（CDTCR）。具体来说,针对细粒度语义表征,提出由残差网络组成的影像编码器学习影像的细粒度特征和由Transformer构成的BERT模型学习诊断报告的细粒度语义特征;针对细粒度语义关联问题,设计影像对句子和区域对词组两个不同粒度的模态间信息对齐策略,解决了不同模态间细粒度语义关联不足的问题。大型医学数据集MIMIC-CXR上的实验结果表明,CDTCR比现有的跨模态检索方法,检索精度更高、可解释性更强。     

改进U-Net3+与跨模态注意力块的医学图像融合

目的 针对目前多模态医学图像融合方法深层特征提取能力不足,部分模态特征被忽略的问题,提出了基于U-Net3+与跨模态注意力块的双鉴别器生成对抗网络医学图像融合算法(U-Net3+ and cross-modal attention block dual-discriminator generative adversal network,UC-DDGAN)。方法 结合U-Net3+可用很少的参数提取深层特征、跨模态注意力块可提取两模态特征的特点,构建UC-DDGAN网络框架。UC-DDGAN包含一个生成器和两个鉴别器,生成器包括特征提取和特征融合。特征提取部分将跨模态注意力块嵌入到U-Net3+下采样提取图像深层特征的路径上,提取跨模态特征与提取深层特征交替进行,得到各层复合特征图,将其进行通道叠加、降维后上采样,输出包含两模态全尺度深层特征的特征图。特征融合部分通过将特征图在通道上进行拼接得到融合图像。双鉴别器分别对不同分布的源图像进行针对性鉴别。损失函数引入梯度损失,将其与像素损失加权优化生成器。结果 将UC-DDGAN与5种经典的图像融合方法在美国哈佛医学院公开的脑部疾病图像数据集上进行实验对比,其融合图像在空间频率(spatial frequency,SF)、结构相似性(structural similarity,SSIM)、边缘信息传递因子(degree of edge information,Q^AB/F)、相关系数(correlation coefficient,CC)和差异相关性(the sum of the correlations of differences,SCD)等指标上均有提高,SF较DDcGAN(dual discriminator generation adversative network)提高了5.87%,SSIM较FusionGAN(fusion generative adversarial network)提高了8%,Q^AB/F较FusionGAN提高了12.66%,CC较DDcGAN提高了14.47%, SCD较DDcGAN提高了14.48%。结论 UC-DDGAN生成的融合图像具有丰富深层特征和两模态关键特征,其主观视觉效果和客观评价指标均优于对比方法,为临床诊断提供了帮助。     

基于知识图注意网络的个性化推荐算法

现有的大多数利用知识图谱的推荐算法在探索用户的潜在偏好时没有有效解决知识图谱中存在的不相关实体的问题,导致推荐结果准确率不高。针对这一问题,提出了基于知识图谱和图注意网络的推荐算法KG-GAT(knowledge graph and graph attention network)。该算法将知识图谱作为辅助信息,在图注意网络中使用分层注意力机制嵌入与实体相关的近邻实体的信息来重新定义实体的嵌入,得到更有效的用户和项目的潜在表示,生成更精确的top-N推荐列表,并带来了可解释性。最后利用两个公开数据集将所提算法和其他算法进行实验对比,得出所提算法KG-GAT能够有效解决沿着知识图谱中的关系探索用户的潜在偏好时存在的不相关实体的问题。     

一致性协议匹配的跨模态图像文本检索方法

跨模态图像文本检索的任务对于理解视觉和语言之间的对应关系很重要,大多数现有方法利用不同的注意力模块挖掘区域到词和词到区域的对齐来探索细粒度的跨模态关联。然而,现有的方法没有考虑到基于双重注意力会导致对齐不一致的问题。为此,本文提出了一种一致性协议匹配方法,旨在利用一致性对齐来增强跨模态检索的性能。本文采用注意力实现跨模态关联对齐,并基于跨模态对齐结果设计了基于竞争性投票的跨模态协议,该协议衡量了跨模态对齐的一致性,可以有效提升跨模态图像文本检索的性能。在Flickr30K和MS COCO两个基准数据集上,本文通过大量的实验证明了所提出的方法的有效性。     

利用跨模态信息检索的鲁棒隐蔽通信

目的 隐蔽通信是信息安全领域的一个重要研究方向,现有基于多媒体数据流构建隐蔽信道的方法,未考虑网络传输时波动产生的数据包丢失问题。本文提出一种基于跨数据模态信息检索技术的对网络异常具有鲁棒性的隐蔽通信方法,同时可以满足高隐蔽性和高安全性的要求。方法 提出了一个名为RoCC(robust covert communication)的通用隐蔽通信框架,它基于跨模态信息检索和可证明安全的隐写技术。所提方法将直接通信和间接通信两种形式相结合。直接通信通过VoIP(voice over internet protocol)网络通话服务进行,传递实时生成的音频流数据,接收方可以通过语音识别将其还原为文本;而间接通信则借助公共网络数据库进行载密数据的传输,接收方通过文本语义相似度匹配的方式来还原完整语义的载密文本数据,这有助于解决网络数据包丢失和语音识别误差导致的文本语义丢失的问题。结果 经实验测试,本文方法在协议上具有更好的通用性,相对Saenger方法在丢包率抵抗能力方面提高了5%,所用隐写算法满足可证安全性。同时,RoCC的数据传输率有73~136 bps(bit per second),能够满足实时通信需要。结论 RoCC隐蔽通信框架综合可证明安全隐写、生成式机器学习方法和跨模态检索方法的优势,与现有的方法比较,具有更加隐蔽和安全的优势,并且是当前对数据传输丢包异常最鲁棒的模型。