Rebalanced Vision-Language Retrieval Considering Structure-Aware Distillation

计算机科学 人工智能 蒸馏 图像检索 自然语言处理 计算机视觉 模式识别(心理学) 情报检索 图像(数学) 化学 有机化学
作者
Yang Yang,Wenjuan Xi,Luping Zhou,Jinhui Tang
出处
期刊:IEEE transactions on image processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:33: 6881-6892
标识
DOI:10.1109/tip.2024.3518759
摘要

Vision-language retrieval aims to search for similar instances in one modality based on queries from another modality. The primary objective is to learn cross-modal matching representations in a latent common space. Actually, the assumption underlying cross-modal matching is modal balance, where each modality contains sufficient information to represent the others. However, noise interference and modality insufficiency often lead to modal imbalance, making it a common phenomenon in practice. The impact of imbalance on retrieval performance remains an open question. In this paper, we first demonstrate that ultimate cross-modal matching is generally sub-optimal for cross-modal retrieval when imbalanced modalities exist. The structure of instances in the common space is inherently influenced when facing imbalanced modalities, posing a challenge to cross-modal similarity measurement. To address this issue, we emphasize the importance of meaningful structure-preserved matching. Accordingly, we propose a simple yet effective method to rebalance cross-modal matching by learning structure-preserved matching representations. Specifically, we design a novel multi-granularity cross-modal matching that incorporates structure-aware distillation alongside the cross-modal matching loss. While the cross-modal matching loss constraints instance-level matching, the structure-aware distillation further regularizes the geometric consistency between learned matching representations and intra-modal representations through the developed relational matching. Extensive experiments on different datasets affirm the superior cross-modal retrieval performance of our approach, simultaneously enhancing single-modal retrieval capabilities compared to the baseline models.
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