一文彻底搞懂多模态 - 多模态检索 原创

多模态检索

​多模态检索是指利用多种数据模态（如文本、图像、视频、音频等）进行信息检索的技术。它旨在通过整合不同形式的数据，提供更全面、精确和丰富的检索结果，以满足用户多样化的查询需求。

接下来分三部分：单模态检索、多模态检索、跨模态检索，一起来深入了解多模态应用：多模态检索。

多模态检索

一、单模态检索

什么是单模态检索（Single-Modal Retrieval）？单模态检索是指仅涉及单一数据模态（如文本、图像、音频或视频等）的检索技术。在这种检索方式中，用户通过特定模态的查询来检索相同模态下的相关信息。

单模态检索

文本检索（Text Retrieval）是单模态检索中最常见且应用最广泛的一种形式。它主要依赖于文本处理技术和信息检索算法，如倒排索引、向量空间模型、布尔模型、概率模型等。

• 分词与索引：将文本分割成词或短语，并构建索引以便于快速检索。
• 查询处理：对用户的查询进行解析和优化，以提高检索效率。
• 相关性排序：根据文本之间的相似度或相关性对检索结果进行排序。​

文本检索

图像检索（Image Retrieval）是基于图像内容的检索技术，它通过分析图像的颜色、纹理、形状等特征来检索相似的图像。

• 特征提取：使用卷积神经网络（CNN）等深度学习模型提取图像的视觉特征。
• 特征匹配：计算查询图像与数据库图像之间的特征相似度。
• 检索优化：通过哈希技术、量化方法等优化检索过程，提高检索速度。​

图像检索

音频检索（Audio Retrieval）是基于音频内容的检索技术，它通过分析音频信号的频谱、节奏、音色等特征来检索相似的音频片段。

• 音频特征提取：使用音频处理算法提取音频信号的频谱特征和时间特征。
• 特征匹配与检索：计算查询音频与数据库音频之间的特征相似度，并进行检索。​

音频检索​

二、多模态检索

什么是多模态检索（Multi-Modal Retrieval）？多模态检索是一种涉及多种媒体模态（如文本、图像、音频、视频等）的信息检索方法。与传统的基于单一模态的信息检索不同，多模态检索能够处理并整合来自不同模态的数据，以提供更全面、准确和丰富的检索结果。

多模态检索

多模态检索的关键步骤和过程是什么？多模态检索通过深度学习模型转换数据为向量表示，映射至共同向量空间实现跨模态对齐，进行模态融合提取共同特征，并通过相似度度量排序检索结果。

• 数据转换：在多模态检索中，首先需要将不同类型的输入数据（文本、图像、音频、视频等）转换为相应的向量表示。这些向量表示通常通过深度学习模型（如卷积神经网络CNN、循环神经网络RNN、Transformer等）进行提取，以捕捉数据的特征。
• 共同向量空间：为了在同一空间中进行检索，必须将所有模态的数据映射到同一向量空间中。这一步骤通过多模态对齐技术（Cross-modal alignment）实现，确保不同模态的数据在向量空间中具有可比性。
• 模态融合：在多模态检索中，还需要进行模态融合，即将不同模态的数据进行融合，提取它们的共同特征。这有助于更好地理解用户的查询意图，并返回更准确的检索结果。
• 相似度度量：在向量空间中，通过计算查询向量与候选结果向量之间的相似度，来确定检索结果的排序。常用的相似度度量方法包括余弦相似度、欧氏距离等。

多模态检索

三、跨模态检索

什么是跨模态检索（Cross-Modal Retrieval）？跨模态检索是指在不同类型的数据（如图像、文本、音频、视频等）之间进行查询和检索的过程。这种技术通过特定的方法将不同模态的数据映射到一个共享的特征空间中，使得用户可以通过一种模态的查询来检索到另一种模态的数据。

跨模态检索

跨模态检索的核心流程是什么？跨模态检索视觉通过特征提取与表示学习、跨模态映射、语义对齐及检索与排序等步骤，实现了不同模态数据在共享特征空间中的相互关联与高效检索。

1. 特征提取与表示学习：首先，针对不同模态的数据，需要提取各自的特征，并将这些特征转换为统一的向量表示。这一步骤是跨模态检索的基础，它确保了不同模态的数据在向量空间中可以进行比较和计算。
2. 跨模态映射：将不同模态的数据映射到共享的特征空间是跨模态检索的核心。这一步骤通常通过深度学习等机器学习技术实现，如使用卷积神经网络（CNN）处理图像数据，使用循环神经网络（RNN）或Transformer处理文本数据等。通过映射，不同模态的数据在特征空间中能够相互关联，从而支持跨模态的查询和检索。
3. 语义对齐：在共享的特征空间中，需要实现不同模态数据之间的语义对齐。这意味着虽然数据来自不同的模态，但它们在特征空间中的表示应该能够反映出相同的语义信息。这一步骤对于提高跨模态检索的准确性和效率至关重要。
4. 检索与排序：在跨模态检索过程中，用户通过一种模态的查询（如文本）来检索另一种模态的数据（如图像）。系统会根据查询向量与候选结果向量之间的相似度进行排序，并返回最相关的检索结果。相似度的计算通常基于向量空间中的距离度量，如余弦相似度或欧氏距离等。

跨模态检索

本文转载自公众号架构师带你玩转AI 作者：AllenTang

原文链接：​​https://mp.weixin.qq.com/s/XraE7fA6mvv_8Rjg5y5mjQ​​​