基于多任务和注意力机制的图文匹配技术研究

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随着图像、文本、视频等多模态数据的快速增长,如何高效且精准地进行跨模态检索成为了一个亟待解决的问题。跨模态检索旨在通过为不同模态的数据建立匹配关系,从而实现以某一模态数据作为查询,检索到具有相同或相近语义的其他模态数据。由于不同模态数据的底层特征之间存在异构鸿沟,使得对异构数据进行语义对齐有了很大的挑战性。本文主要针对跨模态检索中的图文匹配任务展开研究。首先,受到多任务学习和层次化表征学习的启发,提出一种多任务层次化卷积网络(Multi-Task Hierarchical Convolutional Neural Network,简称MT-HCN)。该网络以图文匹配任务和图文分类任务构建多任务学习,并在卷积网络的高低层同时进行多任务学习优化,从而将模态数据的特征表示分成了两个层级,即外观表示和概念表示。此外,还提出了一种两阶段的难分负样本挖掘策略,针对难分负样本进行模型优化以提高模型的鲁棒性。在推理阶段,本文将模态特征的外观表示和概念表示融合,以得到信息丰富的嵌入特征,从而有利于跨模态语义对齐。其次,从特征增强的角度,提出一种多模态记忆增强注意力网络(Multi-modal Memory Enhancement Attention Network,简称M3A-Net)。该网络以通道注意力和片段注意力构建双注意力模块,用于提高模态特征的判别力。同时设计了可与深度网络交互的多模态记忆增强模块,用于存储学习到的上下文知识。两个模块通过串联的方式与深度网络进行融合,共同贡献于改善图文数据的联合语义嵌入。上述两种方法均在主流的公开数据集MSCOCO和Flickr30k上进行了大量实验,并且验证了两种方法的先进性与有效性。
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