联合模态语义相似度修正的无监督跨模态哈希

基于哈希编码的无监督跨模态检索方法以其存储代价低、检索速度快、无需人工标注信息的优点受到了广泛的关注.最近的方法通过融合各模态的相似度信息构建联合模态相似度矩阵，用以指导哈希编码网络的学习.然而，这些方法未考虑数据特征空间的流形结构差异对相似度的影响而引入了噪声降低了模型的检索性能.本文提出了一种基于联合模态语义相似度修正的无监督跨模态哈希方法(JSSR),引入特征空间中的流形结构信息修正相似度矩阵中的噪声信息，同时增强语义相关样本的亲和力，使得生成的哈希码更具判别性和区分度.在典型的公开数据集NUS-WIDE和MIR Flickr上的实验结果表明，JSSR在跨模态检索精度上超越了现有的方法.     

语义相似性保持的判别式跨模态哈希

针对跨模态哈希检索方法中存在标签语义利用不充分,从而导致哈希码判别能力弱、检索精度低的问题,提出了一种语义相似性保持的判别式跨模态哈希方法.该方法将异构模态的特征数据投影到一个公共子空间,并结合多标签核判别分析方法将标签语义中的判别信息和潜在关联嵌入到公共子空间中;通过最小化公共子空间与哈希码之间的量化误差提高哈希码的判别能力;此外,利用标签构建语义相似性矩阵,并将语义相似性保留到所学的哈希码中,进一步提升哈希码的检索精度.在LabelMe、MIRFlickr-25k、NUS-WIDE三个基准数据集上进行了大量实验,其结果验证了该方法的有效性.     

基于对抗投影学习的跨模态哈希检索

跨模态哈希检索以其较高的检索效率和较低的存储成本,在跨模态检索领域受到了广泛的关注.现有的跨模态哈希大多直接从多模态数据中学习哈希码,不能充分利用数据的语义信息,因此无法保证数据低维特征在模态间的分布一致性,解决这个问题的关键之一是要准确地度量多模态数据之间的相似度.为此,提出一种基于对抗投影学习的哈希(adversarial projection learning based Hashing for cross-modal retrieval,APLH)方法用于跨模态检索.利用对抗训练学习来自不同模态的低维特征,并保证低维特征在模态间的分布一致性.在此基础上,利用跨模态投影匹配约束(cross-modal projection matching,CMPM),最小化特征投影匹配分布和标签投影匹配分布之间的KL(Kullback-Leibler)散度,利用标签信息使数据低维特征之间的相似度结构与语义空间中的相似度结构趋于一致.此外,在哈希码学习阶段,引入加权余弦三元组损失进一步利用数据的语义信息;且为减小哈希码的量化损失,使用离散优化的方法优化哈希函数.在3个跨模态数据集MIRFlickr25K,NUS-WIDE,Wikipedia上,以不同码位计算mAP,且所提方法的mAP值均优于其他算法,验证了其在跨模态哈希检索上的优越性、鲁棒性以及CMPM的有效性.     

基于对象特征的深度哈希跨模态检索

随着不同模态的数据在互联网中的飞速增长,跨模态检索逐渐成为了当今的一个热点研究问题。哈希检索因其快速、有效的特点,成为了大规模数据跨模态检索的主要方法之一。在众多图像-文本的深度跨模态检索算法中,设计的准则多为尽量使得图像的深度特征与对应文本的深度特征相似。但是此类方法将图像中的背景信息融入到特征学习中,降低了检索性能。为了解决此问题,提出了一种基于对象特征的深度哈希(OFBDH)跨模态检索方法。此方法从特征映射中学习到优化的、有判别力的极大激活特征作为对象特征,并将其融入到图像与文本的跨模态网络学习中。实验结果表明,OFBDH能够在MIRFLICKR-25K、IAPR TC-12和NUS-WIDE三个数据集上获得良好的跨模态检索结果。     

基于多级语义的判别式跨模态哈希检索算法

针对大多数跨模态哈希方法采用二进制矩阵表示相关程度,因此无法捕获多标签数据之间更深层的语义信息,以及它们忽略了保持语义结构和数据特征的判别性等问题,提出了一种基于多级语义的判别式跨模态哈希检索算法——ML-SDH。所提算法使用多级语义相似度矩阵发现跨模态数据中的深层关联信息,同时利用平等指导跨模态哈希表示在语义结构和判别分类中的关联关系,不仅实现了对蕴含高级语义信息的多标签数据进行编码的目的,而且构建的保留多级语义的结构能够确保最终学习的哈希码在保持语义相似度的同时又具有判别性。在NUS-WIDE数据集上,哈希码长度为32 bit时,所提算法在两个检索任务中的平均准确率（mAP）比深度跨模态哈希（DCMH）、成对关联哈希（PRDH）、平等指导判别式哈希（EGDH）算法分别高出了19.48,14.50,1.95个百分点和16.32,11.82,2.08个百分点。     

语义嵌入重构的跨模态哈希检索

针对大多数跨模态哈希检索方法仅通过分解相似矩阵或标签矩阵,从而导致标签语义信息利用不充分、标签矩阵分解过程语义信息丢失以及哈希码鉴别能力差的问题,提出了一种语义嵌入重构的跨模态哈希检索方法。该方法首先通过最小化标签成对距离和哈希码成对距离之间的距离差,从而将标签矩阵的成对相似性嵌入哈希码;接着对标签矩阵分解并重构学得共同子空间,共同子空间再回归生成哈希码,从而将标签矩阵的类别信息嵌入哈希码,并有效地控制标签矩阵分解过程的语义信息丢失情况,进一步提高哈希码的鉴别能力。在公开的三个基准数据集上进行了多个实验,实验结果验证了该方法的有效性。     

深度非对称离散跨模态哈希方法

大多数深度监督跨模态哈希方法采用对称的方式学习哈希码,导致其不能有效利用大规模数据集中的监督信息;并且对于哈希码的离散约束问题,常采用的基于松弛的策略会产生较大的量化误差,导致哈希码次优。针对以上问题,提出深度非对称离散跨模态哈希（DADCH）方法。首先构造了深度神经网络和字典学习相结合的非对称学习框架,以学习查询实例和数据库实例的哈希码,从而更有效地挖掘数据的监督信息,减少模型的训练时间;然后采用离散优化算法逐列优化哈希码矩阵,降低哈希码二值化的量化误差;同时为充分挖掘数据的语义信息,在神经网络中添加了标签层进行标签预测,并利用语义信息嵌入将不同类别的判别信息通过线性映射嵌入到哈希码中,增强哈希码的判别性。实验结果表明,在IAPR-TC12、MIRFLICKR-25K和NUS-WIDE数据集上,哈希码长度为64 bit时,所提方法在图像检索文本时的平均精度均值（mAP）较近年来提出的先进的深度跨模态检索方法——自监督对抗哈希（SSAH）分别高出约11.6、5.2、14.7个百分点。     

重构约束的离散矩阵因式分解跨模态哈希

针对目前跨模态哈希方法中存在的哈希码鲁棒性不足、量化误差较大的问题,提出一种重构约束的离散矩阵因式分解哈希算法.通过矩阵因式分解直接学习多模态数据的离散深层潜在语义,避免松弛-量化产生的大量误差;将学习的深层语义重构回原始数据,降低数据中冗余信息的影响,加强哈希码的鲁棒性与可区分性.该算法在Wiki、NUS-WIDE和MirFlickr-25 k这3个公开的基准数据集上与最近相关的算法进行实验比较,实验结果表明,所提方法在检索精度和效率上有明显优势.     

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。     

联合哈希特征和分类器学习的跨模态检索算法

为了解决跨模态检索算法检索准确率较低、训练时间较长等问题,文中提出联合哈希特征和分类器学习的跨模态检索算法(HFCL).采用统一的哈希码描述语义相同的不同模态数据.在训练阶段,利用标签信息学习具有鉴别性的哈希码.第二阶段基于生成的鉴别性哈希码,采用核逻辑回归学习各模态的哈希函数.在测试阶段,给定任意一个模态查询样本,利用学习的哈希函数生成哈希特征,从数据库中检索与之语义相关的另一模态数据.在3个公开数据集上的实验验证HFCL的有效性.     

相似度保持跨模态哈希检索

由于不同模态数据之间的异构性以及语义鸿沟等特点,给跨模态数据分析带来巨大的挑战.本文提出了一个新颖的相似度保持跨模态哈希检索算法.利用模态内数据相似性结构使得模态内相似的数据具有相似的残差,从而保证学习到的哈希码能够保持模态内数据的局部结构.同时利用模态间数据的标签,使得来自于不同模态同时具有相同标签的数据对应的哈希码能够紧密聚集在一起.为了进一步提高哈希码的鉴别能力,算法引入线性回归使得投影后的哈希码能够逼近样本的二值标签.在三个公开的不同跨模态检索数据集上的实验结果显示本文算法有较高的平均查准率.     

基于标记增强的离散跨模态哈希方法

跨模态哈希通过将不同模态的数据映射为同一空间中更紧凑的哈希码,可以大大提升跨模态检索的效率.然而现有跨模态哈希方法通常使用二元相似性矩阵,不能准确描述样本间的语义相似关系,并且存在平方复杂度问题.为了更好地挖掘数据间的语义相似关系,提出了一个基于标记增强的离散跨模态哈希方法.首先借助迁移学习的先验知识生成样本的标记分布,然后通过标记分布构建描述度更强的语义相似性矩阵,再通过一个高效的离散优化算法生成哈希码,避免了量化误差问题.最后,在两个基准数据集上的实验结果验证了所提方法在跨模态检索任务上的有效性.     

自监督深度离散哈希图像检索

目的 基于深度学习的图像哈希检索是图像检索领域的热点研究问题。现有的深度哈希方法忽略了深度图像特征在深度哈希函数训练中的指导作用,并且由于采用松弛优化,不能有效处理二进制量化误差较大导致的生成次优哈希码的问题。对此,提出一种自监督的深度离散哈希方法（self-supervised deep discrete hashing,SSDDH）。方法 利用卷积神经网络提取的深度特征矩阵和图像标签矩阵,计算得到二进制哈希码并作为自监督信息指导深度哈希函数的训练。构造成对损失函数,同时保持连续哈希码之间相似性以及连续哈希码与二进制哈希码之间的相似性,并利用离散优化算法求解得到哈希码,有效降低二进制量化误差。结果 将本文方法在3个公共数据集上进行测试,并与其他哈希算法进行实验对比。在CIFAR-10、NUS-WIDE（web image dataset from National University of Singapore）和Flickr数据集上,本文方法的检索精度均为最高,本文方法的准确率比次优算法DPSH（deep pairwise-supervised hashing）分别高3%、3%和1%。结论 本文提出的基于自监督的深度离散哈希的图像检索方法能有效利用深度特征信息和图像标签信息,并指导深度哈希函数的训练,且能有效减少二进制量化误差。实验结果表明,SSDDH在平均准确率上优于其他同类算法,可以有效完成图像检索任务。     

融合多重实例关系的无监督跨模态哈希检索

大多数跨模态哈希检索方法仅使用余弦相似度进行特征匹配,计算方式过于单一,没有考虑到实例的关系对于性能的影响.为此,提出一种基于多重实例关系图推理的方法,通过构造相似度矩阵,建立全局和局部的实例关系图,充分挖掘实例之间的细粒度关系.在多重实例关系图的基础上进行相似度推理,首先分别进行图像模态和文本模态关系图内部的推理,然后将模态内的关系映射到实例图中进行推理,最后执行实例图内部的推理.此外,为了适应图像和文本两种模态的特点,使用分步训练策略训练神经网络.在MIRFlickr和NUS-WIDE数据集上实验表明,提出的方法在mAP指标上具有很明显的优势,在Top-k-Precision曲线上也获得良好的效果.这也说明所提方法对实例关系进行深入挖掘,从而显著地提升检索性能.     

目标提取与哈希机制的多标签图像检索

目的 哈希是大规模图像检索的有效方法。为提高检索精度,哈希码应保留语义信息。图像之间越相似,其哈希码也应越接近。现有方法首先提取描述图像整体的特征,然后生成哈希码。这种方法不能精确地描述图像包含的多个目标,限制了多标签图像检索的精度。为此提出一种基于卷积神经网络和目标提取的哈希生成方法。方法 首先提取图像中可能包含目标的一系列区域,然后用深度卷积神经网络提取每个区域的特征并进行融合,通过生成一组特征来刻画图像中的每个目标,最后再产生整幅图像的哈希码。采用Triplet Loss的训练方法,使得哈希码尽可能保留语义信息。结果 在VOC2012、Flickr25K和NUSWIDE数据集上进行多标签图像检索。在NDCG(normalized discounted cumulative gain)性能指标上,当返回图像数量为 1 000时,对于VOC2012,本文方法相对于DSRH(deep semantic ranking hashing)方法提高24个百分点,相对于ITQ-CCA(iterative quantization-canonical correlation analysis)方法能提高36个百分点;对于Flickr25,本文方法比DSRH方法能提高2个左右的百分点;对于NUSWIDE,本文方法相对于DSRH方法能提高4个左右的百分点。对于平均检索准确度,本文方法在NUSWIDE和Flickr25上能提高25个百分点。根据多项评价指标可以看出,本文方法能以更细粒度来精确地描述图像,显著提高了多标签图像检索的性能。结论 本文新的特征学习模型,对图像进行细粒度特征编码是一种可行的方法,能够有效提高数据集的检索性能。