可见光与红外融合目标跟踪技术研究进展综述

目标跟踪是计算机视觉领域中的一个重要的问题,自从被提出以来逐渐发展出了不同类型的技术方法。由于可见光与红外光在目标跟踪方面存在互补性,两者融合的目标跟踪技术在性能和鲁棒性上比传统目标跟踪方法更具有优势。近年来,人工智能技术的发展推动了可见光与红外融合目标跟踪技术的快速进步。面向可见光与红外融合目标跟踪技术的发展历程,首先针对可见光与红外融合领域经典方法和近年来出现的技术进行梳理和总结,特别是对近两年的研究进展进行了归纳整理,具体包括基于Transformer、基于注意力机制、基于时间序列、自适应融合和基于多模态编解码器的可见光与红外融合目标跟踪方法;然后介绍了可见光与红外融合数据集及目标跟踪的评价指标;最后对未来的发展方向作了展望。     

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。     

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。     

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。     

基于样本内外协同表示和自适应融合的多模态学习方法

多模态机器学习是一种新的人工智能范式,结合各种模态和智能处理算法以实现更高的性能.多模态表示和多模态融合是多模态机器学习的2个关键任务.目前,多模态表示方法很少考虑样本间的协同,导致特征表示缺乏鲁棒性,大部分多模态特征融合方法对噪声数据敏感.因此,在多模态表示方面,为了充分学习模态内和模态间的交互,提升特征表示的鲁棒性,提出一种基于样本内和样本间多模态协同的表示方法.首先,分别基于预训练的BERT,Wav2vec 2.0,Faster R-CNN提取文本特征、语音特征和视觉特征;其次,针对多模态数据的互补性和一致性,构建模态特定和模态共用2类编码器,分别学习模态特有和共享2种特征表示;然后,利用中心矩差异和正交性构建样本内协同损失函数,采用对比学习构建样本间协同损失函数;最后,基于样本内协同误差、样本间协同误差和样本重构误差设计表示学习函数.在多模态融合方面,针对每种模态可能在不同时刻表现出不同作用类型和不同级别的噪声,设计一种基于注意力机制和门控神经网络的自适应的多模态特征融合方法.在多模态意图识别数据集MIntRec和情感数据集CMU-MOSI,CMU-MOSEI上的实验结果表明,...     

基于双模态输入的孪生网络目标跟踪算法

主流的目标跟踪算法只使用可见光(RGB)图像进行跟踪任务,当跟踪场景的光照条件较差时,表征颜色和纹理特征的可见光图像会严重限制跟踪器的跟踪性能.针对单一模态目标信息存在缺失的问题,在Siam-FC网络模型以及红外—可见光图像融合思想的基础上提出了双模态权值自更新孪生网络目标跟踪方法.根据红外图像可以采集运动目标热信息的特点,有效利用了红外和可见光图像在目标跟踪领域的互补优势;使用较浅的特征提取网络AlexNet即可提取到运动目标具有鲁棒性的特征,在保证跟踪精度的同时提高了跟踪模型的跟踪速度.在公开数据集OTB2015和红外—可见光数据集RGB-T210进行实验,结果表明提出的目标跟踪算法在各种跟踪场景下都取得了较好的跟踪效果.     

多模态信息处理前沿综述:应用、融合和预训练

随着视觉、听觉、语言等单模态人工智能技术的突破,让计算机拥有更接近人类理解多模态信息的能力受到研究者们的广泛关注。另一方面,随着图文社交、短视频、视频会议、直播和虚拟数字人等应用的涌现,对多模态信息处理技术提出了更高要求,同时也给多模态研究提供了海量的数据和丰富的应用场景。该文首先介绍了近期自然语言处理领域关注度较高的多模态应用,并从单模态的特征表示、多模态的特征融合阶段、融合模型的网络结构、未对齐模态和模态缺失下的多模态融合等角度综述了主流的多模态融合方法,同时也综合分析了视觉-语言跨模态预训练模型的最新进展。     

面向深度学习的多模态融合技术研究综述

面向深度学习的多模态融合技术是指机器从文本、图像、语音和视频等领域获取信息实现转换与融合以提升模型性能,而模态的普遍性和深度学习的热度促进了多模态融合技术的发展。在多模态融合技术发展前期,以提升深度学习模型分类与回归性能为出发点,阐述多模态融合架构、融合方法和对齐技术。重点分析联合、协同、编解码器3种融合架构在深度学习中的应用情况与优缺点,以及多核学习、图像模型和神经网络等具体融合方法与对齐技术,在此基础上归纳多模态融合研究的常用公开数据集,并对跨模态转移学习、模态语义冲突消解、多模态组合评价等下一步的研究方向进行展望。     

动态模态交互和特征自适应融合的RGBT跟踪

目的 可见光和热红外模态数据具有很强的互补性,RGBT （RGB-thermal）跟踪受到越来越多的关注。传统RGBT目标跟踪方法只是将两个模态的特征进行简单融合,跟踪的性能受到一定程度的限制。本文提出了一种基于动态交互和融合的方法,协作学习面向RGBT跟踪的模态特定和互补表示。方法 首先,不同模态的特征进行交互生成多模态特征,在每个模态的特定特征学习中使用注意力机制来提升判别性。其次,通过融合不同层次的多模态特征来获得丰富的空间和语义信息,并通过设计一个互补特征学习模块来进行不同模态互补特征的学习。最后,提出一个动态权重损失函数,根据对两个模态特定分支预测结果的一致性和不确定性进行约束以自适应优化整个网络中的参数。结果 在两个基准RGBT目标跟踪数据集上进行实验,数据表明,在RGBT234数据集上,本文方法的精确率（precision rate,PR）为79.2%,成功率（success rate,SR）为55.8%;在GTOT （grayscale-thermal object tracking）数据集上,本文方法的精确率为86.1%,成功率为70.9%。同时也在RGBT234和GTOT数据集上进行了对比实验以验证算法的有效性,实验结果表明本文方法改善了RGBT目标跟踪的结果。结论 本文提出的RGBT目标跟踪算法,有效挖掘了两个模态之间的互补性,取得了较好的跟踪精度。     

引入独立融合分支的双模态语义分割网络

基于可见光、红外双模态数据的场景语义分割在多种复杂环境下较单模态分割显现出更好的性能,然而,获取较好分割效果的前提条件是可见光相机和红外热像仪的成像均清晰。真实场景中存在较多不利的环境因素,如恶劣的光照和天气会对可见光或红外产生不同程度的干扰,从而限制了基于双模态语义分割方法的性能表现。为解决该问题,建立一种改进的双模态语义分割模型。在双流网络架构的基础上增加红外与可见光的像素级融合模块,将其作为一个独立的分支网络并与可见光、红外2个已有分支进行特征级融合,从而实现双模态的像素级和特征级融合。此外,在融合分支中增加空间、通道注意力机制,以挖掘双模态在像素级上的互补特征。实验结果表明,在MF和FR-T这2个公开数据集上,该模型的mIoU指标相比性能表现次优的RTFNet-50模型分别提高6.5和0.6个百分点,且在双模态图像降质和失效时依然具有良好的分割性能。     

面向多模态视频时刻检索的查询感知跨模态双重对比学习网络

近期,跨模态视频语料库时刻检索（VCMR）这一新任务被提出,它的目标是从未分段的视频语料库中检索出与查询语句相对应的一小段视频片段.现有的跨模态视频文本检索工作的关键点在于不同模态特征的对齐和融合,然而,简单地执行跨模态对齐和融合不能确保来自相同模态且语义相似的数据在联合特征空间下保持接近,也未考虑查询语句的语义.为了解决上述问题,本文提出了一种面向多模态视频片段检索的查询感知跨模态双重对比学习网络（QACLN）,该网络通过结合模态间和模态内的双重对比学习来获取不同模态数据的统一语义表示.具体地,本文提出了一种查询感知的跨模态语义融合策略,根据感知到的查询语义自适应地融合视频的视觉模态特征和字幕模态特征等多模态特征,获得视频的查询感知多模态联合表示.此外,提出了一种面向视频和查询语句的模态间及模态内双重对比学习机制,以增强不同模态的语义对齐和融合,从而提高不同模态数据表示的可分辨性和语义一致性.最后,采用一维卷积边界回归和跨模态语义相似度计算来完成时刻定位和视频检索.大量实验验证表明,所提出的QACLN优于基准方法.     

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。     

Discovering joint audio–visual codewords for video event detection

Detecting complex events in videos is intrinsically a multimodal problem since both audio and visual channels provide important clues. While conventional methods fuse both modalities at a superficial level, in this paper we propose a new representation—called bi-modal words—to explore representative joint audio–visual patterns. We first build a bipartite graph to model relation across the quantized words extracted from the visual and audio modalities. Partitioning over the bipartite graph is then applied to produce the bi-modal words that reveal the joint patterns across modalities. Different pooling strategies are then employed to re-quantize the visual and audio words into the bi-modal words and form bi-modal Bag-of-Words representations. Since it is difficult to predict the suitable number of bi-modal words, we generate bi-modal words at different levels (i.e., codebooks with different sizes), and use multiple kernel learning to combine the resulting multiple representations during event classifier learning. Experimental results on three popular datasets show that the proposed method achieves statistically significant performance gains over methods using individual visual and audio feature alone and existing popular multi-modal fusion methods. We also find that average pooling is particularly suitable for bi-modal representation, and using multiple kernel learning to combine multi-modal representations at various granularities is helpful.     

基于多模态多级特征聚合网络的光场显著性目标检测

现有基于深度学习的显著性检测算法主要针对二维RGB图像设计,未能利用场景图像的三维视觉信息,而当前光场显著性检测方法则多数基于手工设计,特征表示能力不足,导致上述方法在各种挑战性自然场景图像上的检测效果不理想。提出一种基于卷积神经网络的多模态多级特征精炼与融合网络算法,利用光场图像丰富的视觉信息,实现面向四维光场图像的精准显著性检测。为充分挖掘三维视觉信息,设计2个并行的子网络分别处理全聚焦图像和深度图像。在此基础上,构建跨模态特征聚合模块实现对全聚焦图像、焦堆栈序列和深度图3个模态的跨模态多级视觉特征聚合,以更有效地突出场景中的显著性目标对象。在DUTLF-FS和HFUT-Lytro光场基准数据集上进行实验对比,结果表明,该算法在5个权威评估度量指标上均优于MOLF、AFNet、DMRA等主流显著性目标检测算法。     

结合模态表征学习的多模态情感分析

在当前视频多模态情感分析研究中, 存在着未充分考虑模态之间的动态独立性和模态融合缺乏信息流控制的问题. 为解决这些问题, 本文提出了一种结合模态表征学习的多模态情感分析模型. 首先, 通过使用BERT和LSTM分别挖掘文本、音频和视频的内在信息, 其次, 引入模态表征学习, 以获得更具信息丰富性的单模态特征. 在模态融合阶段, 融合了门控机制, 对传统的Transformer融合机制进行改进, 以更精确地控制信息流. 在公开数据集CMU-MOSI和CMU-MOSEI的实验结果表明, 与传统模型相比, 准确性和F1分数都有所提升, 验证了模型的有效性.     

多模态视觉语言表征学习研究综述

我们生活在一个由大量不同模态内容构建而成的多媒体世界中,不同模态信息之间具有高度的相关性和互补性,多模态表征学习的主要目的就是挖掘出不同模态之间的共性和特性,产生出可以表示多模态信息的隐含向量.主要介绍了目前应用较广的视觉语言表征的相应研究工作,包括传统的基于相似性模型的研究方法和目前主流的基于语言模型的预训练的方法....     

多模态情绪识别研究综述

本文针对多模态情绪识别这一新兴领域进行综述。首先从情绪描述模型及情绪诱发方式两个方面对情绪识别的研究基础进行了综述。接着针对多模态情绪识别中的信息融合这一重难点问题,从数据级融合、特征级融合、决策级融合、模型级融合4种融合层次下的主流高效信息融合策略进行了介绍。然后从多种行为表现模态混合、多神经生理模态混合、神经生理与行为表现模态混合这3个角度分别列举具有代表性的多模态混合实例,全面合理地论证了多模态相较于单模态更具情绪区分能力和情绪表征能力,同时对多模态情绪识别方法转为工程技术应用提出了一些思考。最后立足于情绪识别研究现状的分析和把握,对改善和提升情绪识别模型性能的方式和策略进行了深入的探讨与展望。     

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。     

预训练模型特征提取的双对抗磁共振图像融合网络研究

随着多模态医学图像在临床诊疗工作中的普及,建立在时空相关性特性基础上的融合技术得到快速发展,融合后的医学图像不仅可以保留各模态源图像的独有特征,而且能够强化互补信息、便于医生阅片.目前大多数方法采用人工定义约束的策略来实现特征提取和特征融合,这容易导致融合图像中部分有用信息丢失和细节不清晰等问题.为此,提出一种基于预训练模型特征提取的双对抗融合网络实现MR-T1/MR-T2图像的融合.该网络由一个特征提取模块、一个特征融合模块和两个鉴别网络模块组成.由于已配准的多模态医学图像数据集规模较小,无法对特征提取网络进行充分的训练,又因预训练模型具有强大的数据表征能力,故将预先训练的卷积神经网络模型嵌入到特征提取模块以生成特征图.然后,特征融合网络负责融合深度特征并输出融合图像.两个鉴别网络通过对源图像与融合图像进行准确分类,分别与特征融合网络建立对抗关系,最终激励其学习出最优的融合参数.实验结果证明了预训练技术在所提方法中的有效性,同时与现有的6种典型融合方法相比,所提方法融合结果在视觉效果和量化指标方面均取得最优表现.