commit 5782a2b35f489cfde494e64289e743687fbd8f63 Author: Pavlenko_B Date: Fri Apr 24 09:49:17 2026 +0300 first commit diff --git a/0_disser/chapter2_multimodal.md b/0_disser/chapter2_multimodal.md new file mode 100644 index 0000000..15c2a7b --- /dev/null +++ b/0_disser/chapter2_multimodal.md @@ -0,0 +1,147 @@ +--- +tags: + - диссер +--- + + +# Глава 2. Мультимодальный подход в задаче сопоставления изображений + +## 2.1. Эволюция мультимодальных архитектур + +### Предпосылки + +Классические системы машинного обучения развивались в рамках узких специализаций: CNN для изображений, RNN/Transformer для текста. Мультимодальный подход возник из осознания, что реальный мир поставляет информацию одновременно в нескольких формах. + +Ключевые этапы: +- **Image Annotation (2000-е)** — изображение и подпись как выражения одного смысла; методы CCA для поиска латентных зависимостей. +- **DeViSE (2013)** — связывание визуальных и текстовых представлений в едином пространстве; zero-shot классификация. +- **VQA (2015)** — совместная обработка текста и изображения; первые механизмы внимания. +- **CLIP (2021)** — контрастивное предобучение на 400M пар; универсальное мультимодальное пространство. + +--- + +## 2.2. Архитектурные подходы + +### Раздельные (dual-stream) архитектуры + +Два независимых трансформера + cross-attention на поздних стадиях. + +| Модель | Год | Особенность | +|---|---|---| +| ViLBERT | 2019 | Двухпоточный BERT с co-attention | +| LXMERT | 2019 | Третий объединяющий модуль | +| ALBEF | 2021 | Контрастивное выравнивание перед слиянием | +| **CLIP** | 2021 | Слияние только через общее эмбеддинговое пространство | + +### Однопотоковые (single-stream) архитектуры + +Единый трансформер, принимающий все модальности одновременно. + +| Модель | Год | Особенность | +|---|---|---| +| VisualBERT | 2019 | Патчи изображения как токены рядом с текстом | +| UNITER | 2019 | 86M параметров, SOTA при меньшем объёме | +| ViLT | 2021 | Без CNN-экстрактора; прямые патч-эмбеддинги | + +### Encoder-Decoder архитектуры + +| Модель | Год | Особенность | +|---|---|---| +| CoCa | 2022 | Контрастивный + генеративный режим одновременно | +| BLIP-2 | 2023 | Q-Former как мост между визуальным энкодером и LLM | + +--- + +## 2.3. Методы объединения признаков + +### Простые методы + +| Метод | Формула | Плюсы | Минусы | +|---|---|---|---| +| Конкатенация | `[f_A; f_B] ∈ R^{d_A+d_B}` | Сохраняет всю информацию | Рост размерности | +| Сложение | `f_A + f_B ∈ R^d` | Компактность | Взаимная компенсация значений | +| Умножение | `f_A ⊙ f_B ∈ R^d` | Выявляет зависимости | Обнуление при нулевых компонентах | +| Взвешенная сумма | `α·f_A + β·f_B` | Гибкость коэффициентов | Фиксированные веса, нет адаптации | + +### Параметризованные методы + +- **MLP-fusion**: нелинейная комбинация, но рост параметров и потеря интерпретируемости. +- **Билинейное произведение**: высокая выразительность, квадратичный рост параметров. + +### Адаптивные методы + +#### Cross-Attention Fusion + +``` +Attention(Q, K, V) = softmax(Q·Kᵀ / √d_k) · V +``` + +Признаки одной модальности — запросы (Q), другой — ключи (K) и значения (V). + +**Плюсы:** контекстная адаптивность, высокая выразительность, интерпретируемость через карты внимания. +**Минусы:** O(n²) сложность, риск переобучения на малых выборках, ресурсоёмкость. + +#### Gate-Fusion + +``` +fused = v_img ⊙ g + v_text ⊙ (1 − g) +g = σ(linear([v_img; v_text])) +``` + +**Плюсы:** O(d) сложность, адаптивность к качеству сигнала, не меняет исходную структуру признаков. +**Минусы:** меньшая выразительность межмодальных зависимостей по сравнению с full attention. + +#### Progressive Fusion + +Итеративное объединение с обратными связями (skip-back connections) от глубоких слоёв к ранним. Совмещает преимущества раннего и позднего слияния. + +--- + +## 2.4. Извлечение визуальных признаков + +### CNN-подход + +- Иерархия признаков: низкоуровневые (края, текстуры) → среднеуровневые (части объектов) → высокоуровневые (семантика). +- Пространственная структура сохраняется в картах активаций H×W×C. +- Локальность и трансляционная инвариантность — встроенные индуктивные предположения. +- Рецептивное поле расширяется с глубиной сети. + +**Хорошо сочетается с:** Gate-Fusion, конкатенацией, поэлементным сложением — все методы, сохраняющие топологию признаков. + +### Transformer-подход (ViT) + +- Изображение → патчи → линейные эмбеддинги + позиционное кодирование. +- Механизм self-attention обеспечивает глобальные зависимости с первых слоёв. +- Менее жёсткая пространственная структура (последовательность токенов). +- Требует больших данных для обучения. + +--- + +## 2.5. Извлечение текстовых признаков + +### Токенизация и эмбеддинги + +- Токенизация на уровне подслов (subword units) — обработка редких слов. +- Self-attention формирует контекстно-зависимые эмбеддинги. +- Агрегированные представления инвариантны к длине текста. + +### Текст как контейнер для метаданных + +Числовые и категориальные метаданные, преобразованные в текстовые описания, воспринимаются нейросетевыми моделями как последовательности токенов, формируя векторы, отражающие совокупность метаданных и их взаимосвязей. + +**Преимущество:** расширение информационной ёмкости модели без изменения архитектуры. + +--- + +## 2.6. Сравнение методов объединения применительно к задаче CVGL + +| Критерий | Конкат. | Сложение | Cross-Att. | Gate-Fusion | +| --------------------------------- | ------- | -------- | ---------- | ----------- | +| Вычислит. сложность | O(d) | O(d) | O(d²) | O(d) | +| Адаптивность к примеру | ✗ | ✗ | ✓ | ✓ | +| Устойчивость к шуму | Низкая | Низкая | Средняя | Высокая | +| Сохранение пространств. структуры | ✓ | ✓ | Частично | ✓ | +| Выразительность зависимостей | Низкая | Низкая | Высокая | Средняя | +| Применимость на UAV real-time | ✓ | ✓ | Ограничено | ✓ | + +**Вывод:** для задачи CVGL в условиях ограниченных вычислительных ресурсов и высокой вариативности качества UAV-снимков Gate-Fusion является оптимальным базовым методом с перспективами развития через RCGF-подобные модификации. diff --git a/0_disser/chapter3_templates.md b/0_disser/chapter3_templates.md new file mode 100644 index 0000000..3188b78 --- /dev/null +++ b/0_disser/chapter3_templates.md @@ -0,0 +1,135 @@ +--- +tags: + - диссер + - text_prompts +--- + +[[text_templates]] +# Глава 3. Разработка текстовых шаблонов и признаков для аэрофотоснимков + +## 3.1. Обоснование текстового кодирования метаданных + +### Контекст мультимодальных систем + +В современных мультимодальных моделях текст всё чаще используется не только как средство описания визуального контента, но и как универсальный контейнер для структурированных и слабоструктурированных данных. + +**Определение текстового шаблона** (в рамках данной работы): формализованная текстовая конструкция, в которую инжектируются значения метаданных различных типов (числовые, категориальные, дискретные) с целью: +- переноса дополнительной информации в языковое представление; +- обеспечения семантической интерпретации данных; +- унификации разнородных источников информации без усложнения архитектуры. + +### Обзор аналогичных подходов + +| Работа | Что кодируется | Способ кодирования | +|---|---|---| +| SJTU (Chae et al.) | Геометрические отношения между объектами | «object A is slightly to the left of object B» | +| Multi-View Spatial Modeling (Li et al.) | Ракурс камеры, направление обзора | «wide-angle view», «top-down perspective» | +| LLaVA-ST | Пространственно-временные характеристики | Категории, интервалы, относительные описания | +| Visual Position Prompt (Tang et al.) | Координаты объектов | «near the top-left corner», «center-right area» | + +**Общий вывод из литературы:** прямая передача точных числовых значений в текст ухудшает обучение; квантование в дискретные семантические категории или явные числовые значения в контексте («height of X meters») — улучшает. + +--- + +## 3.2. Типы данных, извлекаемых из аэрофотоснимков + +### Числовые признаки + +| Признак | Физический смысл | Влияние на изображение | +|---|---|---| +| Высота съёмки (h), м | Расстояние БПЛА от земли | Масштаб объектов, контекст сцены | +| Yaw, ° | Азимутальный угол камеры | Ориентация сцены в кадре | +| Pitch, ° | Угол тангажа | Перспективные искажения | +| Roll, ° | Угол крена | Наклон горизонта | +| Количество объектов по классам | Агрегированная семантика | Семантическое содержание | + +### Категориальные признаки + +| Признак | Возможные значения | +|---|---| +| Тип платформы | БПЛА / Спутник | +| Время суток | Утро / День / Вечер / Ночь | +| Сезон | Весна / Лето / Осень / Зима | +| Погода | Ясно / Облачно / Дождь / Туман | + +### Извлечение недостающих признаков + +Для признаков, отсутствующих в метаданных датасета (сезон, погода, время суток), применяется метод VQA (Visual Question Answering): + +``` +"What is the approximate season shown in this aerial image?" +"What time of day does this image appear to be taken?" +"What is the weather condition in this image?" +``` + +--- + +## 3.3. Лингвистические особенности шаблонов + +### Выбор языка + +Английский язык обеспечивает более согласованные с изображениями текстовые эмбеддинги в моделях типа CLIP, поскольку эти модели обучены преимущественно на англоязычных корпусах. + +| Датасет предобучения | Доля EN (оригинал) | Доля EN (после обработки) | +|---|---|---| +| WIT (OpenAI) | 100% | 100% | +| LAION-5B | 39.6% | ~100% (с переводом) | +| COYO-700M | N/A | ~100% | +| DataComp-1B | 35.5% | ~70–80% | + +Косинусное сходство эмбеддингов (CLIP ViT-B/32): +- 50-й перцентиль: EN-перевод 0.296 > оригинал 0.286 +- 90-й перцентиль: EN-перевод 0.353 > оригинал 0.331 +- 10-й перцентиль: EN-перевод 0.241 < оригинал 0.258 (качество перевода неравномерно) + +### Принципы формирования шаблонов + +1. **Структурированность** — числовые значения лингвистически корректно связаны со смысловыми описаниями. +2. **Семантическая интерпретируемость** — текст читаем человеком. +3. **Согласование с визуальными признаками** — элементы шаблона соответствуют наблюдаемым характеристикам изображения. + +--- + +## 3.4. Разработанные шаблоны + +### Регрессия + +``` +"This is a drone aerial image taken from a height of meters" +``` + +### Классификация + +``` +a) "The target is a in an aerial photo" +b) "An aerial photo contains a " +c) "An aerial view showing a " +``` + +### Семантическая сегментация (полный шаблон) + +``` +"Drone aerial photo from UAV, taken from height meters, with camera orientation +defined by yaw °, pitch °, and roll °.