Multimodal——Paper精读笔记:Improving Vision-and-Language Navigation with Image-Text Pairs from the Web

本文研究如何使用Web上的图像-文本对改进视觉-语言导航系统。受BERT启发,作者通过三个阶段的预训练和微调,使模型在有限的特定场景数据上表现良好。实验在Matterport3D数据集的Room-2-Room任务上展示了优越的性能。

Improving Vision-and-Language Navigation with Image-Text Pairs from the Web

关键字:BERT、迁移学习、预训练

文章简介

这篇文章中了今年ECCV(2020),还是spotlight,挺牛X的了。虽然还是吃的transformer的老本(自从出现了transformer,多模态领域就像找到了突破点一样,各种使用transformer,因此也是在各大会议发了不少文章,去年和今年几乎所有的多模态文章都是基于transformer的),但是作者也是找到了一个很好的应用领域,同时也有该应用场景下需要特殊处理的方法,所以仍然是一篇很不错的文章。对于transformer,我会在之后单独写一篇文章聊一聊,毕竟是大热门啊。

应用场景

现在用transformer写一篇文章是很容易中比较好的会议的,最关键的地方在于找到一个适合的场景。简单介绍一下这篇文章的场景。在基于语言导航的系统中,系统需要将文字描述的物体和现实中的视觉物体联系起来,这是需要大量的数据来训练模型才能达到的,但是往往很难收集到相同场景的大量数据集。网络上有很多相关的数据,作者想借鉴BERT模型中预训练的方法,用网络上大量相关的数据预训练模型,然后用少量的运用场景下的数据集微调模型参数,从而使模型达到好的效果。

假设前提

在路径寻找的问题中,有不同的场景假设,在本文中,作者是假设机器人为上帝视角,即机器人的存储空间里面包含了房间里面每一个位置的3D全景图,也就是说机器人是知道房间里面所有的路径的,在这种假设之下,模型需要做的工作就是在众多的路径之中,找到和导航命令最符合的路径,如下图所示。

视觉与语言导航(Vision-and-Language Navigation,VLN)技术应用于农业机器人,能让机器人根据自然语言指令,在复杂的农业环境中利用视觉感知完成导航任务。 在农业场景中,VLN可用于多种任务。比如精准农业中,农民可以通过语言指令让机器人前往特定的农田区域进行土壤样本采集、作物病虫害检查等工作。机器人借助视觉系统识别农田中的作物、障碍物等,结合语言指令规划出合理的移动路径。 在果园管理方面,机器人能根据指令找到需要采摘的果实所在位置。它通过视觉识别果实的成熟度、位置等信息,同时依据语言指令准确到达目标区域进行采摘操作。 在温室种植中,机器人可以按照语言要求对不同区域的作物进行灌溉、施肥等作业。视觉系统帮助它识别作物的生长状况、判断是否需要进行相应的农事操作。 实现农业机器人的VLN面临一些挑战。农业环境复杂多变,光照条件、作物生长形态等因素都会影响视觉识别的准确性。而且语言指令的多样性和模糊性也增加了机器人理解和执行任务的难度。 为解决这些问题,研究人员通常会采用先进的深度学习算法。例如,利用卷积神经网络(CNN)进行视觉特征提取,循环神经网络(RNN)或长短时记忆网络(LSTM)处理语言信息,然后通过多模态融合技术将视觉和语言信息结合起来,提高机器人的导航和任务执行能力。 以下是一个简单的伪代码示例,展示农业机器人VLN系统的基本流程: ```python # 模拟视觉信息获取 def get_visual_info(): # 这里可以是实际的视觉传感器数据处理 visual_info = "模拟的视觉信息,如作物图像特征等" return visual_info # 模拟语言指令接收 def receive_language_instruction(): instruction = "前往农田A区域检查作物病虫害" return instruction # 多模态信息融合与决策 def multimodal_fusion(visual_info, instruction): # 这里可以是复杂的多模态融合算法 decision = "根据视觉和语言信息做出的决策,如规划路径前往A区域" return decision # 机器人执行任务 def execute_task(decision): print(f"机器人执行任务: {decision}") # 主程序 visual_info = get_visual_info() instruction = receive_language_instruction() decision = multimodal_fusion(visual_info, instruction) execute_task(decision) ```
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