视觉语言预训练综述

近年来深度学习在计算机视觉(CV)和自然语言处理(NLP)等单模态领域都取得了十分优异的性能.随着技术的发展,多模态学习的重要性和必要性已经慢慢展现.视觉语言学习作为多模态学习的重要部分,得到国内外研究人员的广泛关注.得益于Transformer框架的发展,越来越多的预训练模型被运用到视觉语言多模态学习上,相关任务在性能上得到了质的飞跃.系统地梳理了当前视觉语言预训练模型相关的工作,首先介绍了预训练模型的相关知识,其次从两种不同的角度分析比较预训练模型结构,讨论了常用的视觉语言预训练技术,详细介绍了5类下游预训练任务,最后介绍了常用的图像和视频预训练任务的数据集,并比较和分析了常用预训练模型在不同任务下不同数据集上的性能.     

视觉语言多模态预训练综述

在多模态机器学习领域,为特定任务而制作的人工标注数据昂贵,且不同任务难以进行迁移,从而需要大量重新训练,导致训练多个任务时效率低下、资源浪费。预训练模型通过以自监督为代表的方式进行大规模数据训练,对数据集中不同模态的信息进行提取和融合,以学习其中蕴涵的通用知识表征,从而服务于广泛的相关下游视觉语言多模态任务,这一方法逐渐成为人工智能各领域的主流方法。依靠互联网所获取的大规模图文对与视频数据,以及以自监督学习为代表的预训练方法的进步,视觉语言多模态预训练模型在很大程度上打破了不同视觉语言任务之间的壁垒,提升了多个任务训练的效率并促进了具体任务的性能表现。本文总结视觉语言多模态预训练领域的进展,首先对常见的预训练数据集和预训练方法进行汇总,然后对目前最新方法以及经典方法进行系统概述,按输入来源分为图像—文本预训练模型和视频—文本多模态模型两大类,阐述了各方法之间的共性和差异,并将各模型在具体下游任务上的实验情况进行汇总。最后,总结了视觉语言预训练面临的挑战和未来发展趋势。     

面向视觉语言理解与生成的多模态预训练方法

大多数现有的视觉语言预训练方法侧重于理解任务,并在训练时使用类似于BERT的损失函数(掩码语言建模和图像文本匹配).尽管它们在许多理解类型的下游任务中表现良好,例如视觉问答、图像文本检索和视觉蕴涵,但它们不具备生成信息的能力.为了解决这个问题,提出了视觉语言理解和生成的统一多模态预训练(unified multimodal pre-training for vision-language understanding and generation, UniVL). UniVL能够处理理解任务和生成任务,并扩展了现有的预训练范式,同时使用随机掩码和因果掩码,因果掩码即掩盖未来标记的三角形掩码,这样预训练的模型可以具有自回归生成的能力.将几种视觉语言理解任务规范为文本生成任务,并使用基于模版提示的方法对不同的下游任务进行微调.实验表明,在使用同一个模型时,理解任务和生成任务之间存在权衡,而提升这两个任务的可行方法是使用更多的数据. UniVL框架在理解任务和生成任务方面的性能与最近的视觉语言预训练方法相当.此外,实验还证明了基于模版提示的生成方法更有效,甚至在少数场景中它优于判别方法.     

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。     

基于深度学习的语言模型研究进展

语言模型旨在对语言的内隐知识进行表示,作为自然语言处理的基本问题,一直广受关注．基于深度学习的语言模型是目前自然语言处理领域的研究热点,通过预训练-微调技术展现了内在强大的表示能力,并能够大幅提升下游任务性能．本文围绕语言模型基本原理和不同应用方向,以神经概率语言模型与预训练语言模型作为深度学习与自然语言处理结合的切入点,从语言模型的基本概念和理论出发,介绍了神经概率与预训练模型的应用情况和当前面临的挑战,对现有神经概率、预训练语言模型及方法进行对比和分析．我们又从新型训练任务和改进网络结构两方面对预训练语言模型训练方法进行详细阐述,并对目前预训练模型在规模压缩、知识融合、多模态和跨语言等研究方向进行概述和评价．最后总结语言模型在当前自然语言处理应用中的瓶颈,对未来可能的研究重点做出展望．     

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.该文章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.目前比较好的思路和解决方案是将视觉特征语义化然后与文本特征通过一个强大的特征抽取器产生出表征,其中Transformer[1]作为主要的特征抽取器被应用表征学习的各类任务中.文章分别从研究背景、不同研究方法的划分、测评方法、未来发展趋势等几个不同角度进行阐述.     

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。     

多模态预训练模型综述

预训练模型（PTM）通过利用复杂的预训练目标和大量的模型参数,可以有效地获得无标记数据中的丰富知识。而在多模态中,PTM的发展还处于初期。根据具体模态的不同,将目前大多数的多模态PTM分为图像-文本PTM和视频-文本PTM;根据数据融合方式的不同,还可将多模态PTM分为单流模型和双流模型两类。首先,总结了常见的预训练任务和验证实验所使用的下游任务;接着,梳理了目前多模态预训练领域的常见模型,并用表格列出各个模型的下游任务以及模型的性能和实验数据比较;然后,介绍了M6(Multi-Modality to Multi-Modality Multitask Megatransformer)模型、跨模态提示调优（CPT）模型、VideoBERT(VideoBidirectionalEncoderRepresentationsfrom Transformers)模型和AliceMind(Alibaba’s collection of encoder-decoders from Mind)模型在具体下游任务中的应用场景;最后,总结了多模态PTM相关工作面临的挑战以及未来可能的研究方向。     

面向多视角对比学习和语义增强的多模态预训练方法

视觉语言预训练(VLP)模型通过对比学习等方法，在多模态任务上表现出了优异的性能。然而现有研究忽视了多视角描述带来的好处，以及语义和语法的重要性。为了解决这一问题，文中提出了多视角对比学习和语义增强多模态预训练(Multi-view learning and Semantic Enhancement for Multimodal pre-training, MulSE)模型。MulSE主要分为3个部分：1)在融合编码器模型中，引入带有生成器的多视角对比学习；2)提出了一种新的自监督视觉语言预训练任务——多模态文本重排序；3)增加并探寻最优MLM掩码比例，最大化利用视觉信息的能力。通过改进预训练任务，采取多种最优策略，并通过实验验证MulSE增强了模态内部和模态间的理解能力以及对文本语法和语义的理解能力。预训练仅用4×10⁶的数据量，在图文检索任务中就达到了先前大型数据集的效果，且其在视觉问答和视觉蕴含任务上的评估效果优于先前的理解式VLP模型。     

基于视觉和语言的跨媒体问答与推理研究综述

基于视觉和语言的跨媒体问答与推理是人工智能领域的研究热点之一,其目的是基于给定的视觉内容和相关问题,模型能够返回正确的答案。随着深度学习的飞速发展及其在计算机视觉和自然语言处理领域的广泛应用,基于视觉和语言的跨媒体问答与推理也取得了较快的发展。文中首先系统地梳理了当前基于视觉和语言的跨媒体问答与推理的相关工作,具体介绍了基于图像的视觉问答与推理、基于视频的视觉问答与推理以及基于视觉常识推理模型与算法的研究进展,并将基于图像的视觉问答与推理细分为基于多模态融合、基于注意力机制和基于推理3类,将基于视觉常识推理细分为基于推理和基于预训练2类;然后总结了目前常用的问答与推理数据集,以及代表性的问答与推理模型在这些数据集上的实验结果;最后展望了基于视觉和语言的跨媒体问答与推理的未来发展方向。     

多模态图像描述任务综述

近年来，随着深度学习技术在计算机视觉和自然语言处理领域取得不断成功，越来越多的学者开始致力于推动计算机视觉和自然语言处理的交叉领域——多模态图像描述的研究进展。现对多模态图像描述任务进行了文献综述，从图像描述方法的发展与分类、常用数据集和评价指标三个方面对该领域进行介绍，对不同方法的优缺点进行了总结，并将不同方法的代表模型在相同数据集上的表现进行比对。最后，对图像描述任务当前面临的挑战和未来发展方向进行展望。     

基于提示学习的低资源藏文文本分类

文本分类是自然语言处理的基础任务之一。标注数据不足一直是限制藏文及其他少数民族语言自然语言处理技术发展的重要原因,传统的深度学习模型对标注数据的规模有较高的要求。为解决这个问题,该文在大规模预训练语言模型的基础上,利用提示学习实现低资源藏文文本分类,即使用不同的藏文预训练语言模型和提示模板开展藏文文本分类实验。实验结果表明,通过设计合理的提示模板等方式,提示学习能够在训练数据不足的情况下提升藏文文本分类的效果(48.3%),初步验证了提示学习在民族语言处理中的价值和潜力。但是,实验结果也反映出提示学习模型在处理部分类别时性能较差,且藏文预训练语言模型也有进一步提升空间。     

多语言问答研究综述

多语言问答是自然语言处理领域的研究热点之一,其目的是给定不同语种的问题和文本,模型能够返回正确的答案。随着机器翻译技术的快速发展及多语言预训练技术在自然语言处理领域中的广泛应用,多语言问答也取得了较快的发展。文中首先系统地梳理了当前多语言问答方法的相关工作,并将多语言问答方法分为基于特征的方法、基于翻译的方法、基于预训练的方法和基于双重编码的方法,分别介绍了每类方法的使用和特点;然后系统地探讨了当前多语言问答任务的相关工作,将多语言问答任务分为基于文本的多语言问答任务和基于多模态的多语言问答任务,并分别给出每个多语言问答任务的基本定义;接着总结了这些任务中的数据集统计、评价指标,以及涉及的问答方法;最后展望了多语言问答的未来发展方向。     

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。     

知识感知的预训练语言模型综述

随着自然语言处理（NLP）领域中预训练技术的快速发展,将外部知识引入到预训练语言模型的知识驱动方法在NLP任务中表现优异,知识表示学习和预训练技术为知识融合的预训练方法提供了理论依据。概述目前经典预训练方法的相关研究成果,分析在新兴预训练技术支持下具有代表性的知识感知的预训练语言模型,分别介绍引入不同外部知识的预训练语言模型,并结合相关实验数据评估知识感知的预训练语言模型在NLP各个下游任务中的性能表现。在此基础上,分析当前预训练语言模型发展过程中所面临的问题和挑战,并对领域发展前景进行展望。     

视觉语言导航研究进展

视觉语言导航,即在一个未知环境中,智能体从一个起始位置出发,结合指令和周围视觉环境进行分析,并动态响应生成一系列动作,最终导航到目标位置.视觉语言导航有着广泛的应用前景,该任务近年来在多模态研究领域受到了广泛关注.不同于视觉问答和图像描述生成等传统多模态任务,视觉语言导航在多模态融合和推理方面,更具有挑战性.然而由于传统模仿学习的缺陷和数据稀缺的现象,模型面临着泛化能力不足的问题.系统地回顾了视觉语言导航的研究进展,首先对于视觉语言导航的数据集和基础模型进行简要介绍;然后全面地介绍视觉语言导航任务中的代表性模型方法,包括数据增强、搜索策略、训练方法和动作空间四个方面;最后根据不同数据集下的实验,分析比较模型的优势和不足,并对未来可能的研究方向进行了展望.     

可解释化、结构化、多模态化的深度神经网络

深度学习方法依赖于大规模的标签数据,通过端到端的监督训练,在计算机视觉、自然语言处理领域都取得优异性能.但是,现有方法通常针对单一模态数据,忽视数据的内在结构,缺乏理论支撑.针对上述问题,文中从基于小波核学习的深度滤波器组网络设计、基于结构化学习的深度学习、基于多模态学习的深度学习3个角度阐述结合深度学习方法与小波理论、结构化预测的潜在方法,以及其拓展到多模态数据的可行机制.     

计算机视觉中的Transformer发展综述

Transformer是基于自注意力机制的编码器-解码器架构模型，擅长建立远距离依赖关系，已经成为自然语言处理领域的主流模型.受Transformer在自然语言处理领域中取得巨大成功的启发，近两年一些开创性的工作开始研究如何将Transformer应用于计算机视觉领域，并取得了显著的成果，目前视觉Transformer依然是研究的热点.本文对近年来Transformer在多个视觉任务上的应用与发展进行梳理、分析与总结.首先阐述了视觉Transformer基本结构与实现原理，分析了模型结构的特点与优势，梳理了视觉Transformer的研究进展.其次，介绍了Transformer在高层视觉任务、底层视觉任务和多模态任务上的典型应用模型，并详细对比了在图像分类、检测和分割领域典型视觉Transformer模型的性能指标.最后总结了当前视觉Transformer各类模型存在的问题与难点，并指出未来的发展方向.     

可靠多模态学习综述

近年来多模态学习逐步成为机器学习、数据挖掘领域的研究热点之一,并成功应用于诸多现实场景,如跨媒介搜索、多语言处理、辅助信息点击率预估等.传统多模态学习方法通常利用模态间的一致性或互补性设计相应的损失函数或正则化项进行联合训练,进而提升单模态及集成的性能.而开放环境下,受数据缺失及噪声等因素的影响,多模态数据呈现不均衡性.具体表现为单模态信息不充分或缺失,从而导致“模态表示强弱不一致”、“模态对齐关联不一致”两大挑战,而针对不均衡多模态数据直接利用传统的多模态方法甚至会退化单模态和集成的性能.针对这类问题,可靠多模态学习被提出并进行了广泛研究,本文系统地总结和分析了目前国内外学者针对可靠多模态学习取得的进展,并对未来研究可能面临的挑战进行展望.     

深度学习的三维模型识别研究综述

随着三维扫描仪、LiDAR等三维视觉感知设备的快速发展,三维模型识别方向正逐渐引起越来越多的研究者的关注。该领域的核心任务是三维模型的分类与检索。深度学习技术在二维视觉任务方面已经取得显著的成就,将这一技术引入三维视觉领域不仅突破了传统方法的限制,还在自动驾驶、智能机器人等领域取得了引人瞩目的进展。然而,将深度学习技术应用于三维模型识别任务仍然面临着多项挑战。鉴于此,对深度学习在三维模型识别任务中的应用进行综述。首先,论述了常用的评价指标和公开数据集,介绍每个数据集的相关信息和来源。接着,从多个角度出发,包括点云、视图、体素以及多模态融合等,详细介绍现有具有代表性的方法,并梳理了近年来的相关研究工作。通过在数据集上对这些方法的性能进行对比,分析各个方法的优势和局限性。最后,基于各类方法的利弊,总结当前亟待解决的三维模型识别任务中的挑战,并展望了未来在该领域的发展趋势。