Socializing the Semantic Gap: A Comparative Survey on Image Tag Assignment, Refinement and Retrieval

Where previous reviews on content-based image retrieval emphasize on what can be seen in an image to bridge the semantic gap, this survey considers what people tag about an image. A comprehensive treatise of three closely linked problems, i.e., image tag assignment, refinement, and tag-based image retrieval is presented. While existing works vary in terms of their targeted tasks and methodology, they rely on the key functionality of tag relevance, i.e. estimating the relevance of a specific tag with respect to the visual content of a given image and its social context. By analyzing what information a specific method exploits to construct its tag relevance function and how such information is exploited, this paper introduces a taxonomy to structure the growing literature, understand the ingredients of the main works, clarify their connections and difference, and recognize their merits and limitations. For a head-to-head comparison between the state-of-the-art, a new experimental protocol is presented, with training sets containing 10k, 100k and 1m images and an evaluation on three test sets, contributed by various research groups. Eleven representative works are implemented and evaluated. Putting all this together, the survey aims to provide an overview of the past and foster progress for the near future.Comment: to appear in ACM Computing Survey

Recuperação multimodal e interativa de informação orientada por diversidade

Orientador: Ricardo da Silva TorresTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Os métodos de Recuperação da Informação, especialmente considerando-se dados multimídia, evoluíram para a integração de múltiplas fontes de evidência na análise de relevância de itens em uma tarefa de busca. Neste contexto, para atenuar a distância semântica entre as propriedades de baixo nível extraídas do conteúdo dos objetos digitais e os conceitos semânticos de alto nível (objetos, categorias, etc.) e tornar estes sistemas adaptativos às diferentes necessidades dos usuários, modelos interativos que consideram o usuário mais próximo do processo de recuperação têm sido propostos, permitindo a sua interação com o sistema, principalmente por meio da realimentação de relevância implícita ou explícita. Analogamente, a promoção de diversidade surgiu como uma alternativa para lidar com consultas ambíguas ou incompletas. Adicionalmente, muitos trabalhos têm tratado a ideia de minimização do esforço requerido do usuário em fornecer julgamentos de relevância, à medida que mantém níveis aceitáveis de eficácia. Esta tese aborda, propõe e analisa experimentalmente métodos de recuperação da informação interativos e multimodais orientados por diversidade. Este trabalho aborda de forma abrangente a literatura acerca da recuperação interativa da informação e discute sobre os avanços recentes, os grandes desafios de pesquisa e oportunidades promissoras de trabalho. Nós propusemos e avaliamos dois métodos de aprimoramento do balanço entre relevância e diversidade, os quais integram múltiplas informações de imagens, tais como: propriedades visuais, metadados textuais, informação geográfica e descritores de credibilidade dos usuários. Por sua vez, como integração de técnicas de recuperação interativa e de promoção de diversidade, visando maximizar a cobertura de múltiplas interpretações/aspectos de busca e acelerar a transferência de informação entre o usuário e o sistema, nós propusemos e avaliamos um método multimodal de aprendizado para ranqueamento utilizando realimentação de relevância sobre resultados diversificados. Nossa análise experimental mostra que o uso conjunto de múltiplas fontes de informação teve impacto positivo nos algoritmos de balanceamento entre relevância e diversidade. Estes resultados sugerem que a integração de filtragem e re-ranqueamento multimodais é eficaz para o aumento da relevância dos resultados e também como mecanismo de potencialização dos métodos de diversificação. Além disso, com uma análise experimental minuciosa, nós investigamos várias questões de pesquisa relacionadas à possibilidade de aumento da diversidade dos resultados e a manutenção ou até mesmo melhoria da sua relevância em sessões interativas. Adicionalmente, nós analisamos como o esforço em diversificar afeta os resultados gerais de uma sessão de busca e como diferentes abordagens de diversificação se comportam para diferentes modalidades de dados. Analisando a eficácia geral e também em cada iteração de realimentação de relevância, nós mostramos que introduzir diversidade nos resultados pode prejudicar resultados iniciais, enquanto que aumenta significativamente a eficácia geral em uma sessão de busca, considerando-se não apenas a relevância e diversidade geral, mas também o quão cedo o usuário é exposto ao mesmo montante de itens relevantes e nível de diversidadeAbstract: Information retrieval methods, especially considering multimedia data, have evolved towards the integration of multiple sources of evidence in the analysis of the relevance of items considering a given user search task. In this context, for attenuating the semantic gap between low-level features extracted from the content of the digital objects and high-level semantic concepts (objects, categories, etc.) and making the systems adaptive to different user needs, interactive models have brought the user closer to the retrieval loop allowing user-system interaction mainly through implicit or explicit relevance feedback. Analogously, diversity promotion has emerged as an alternative for tackling ambiguous or underspecified queries. Additionally, several works have addressed the issue of minimizing the required user effort on providing relevance assessments while keeping an acceptable overall effectiveness. This thesis discusses, proposes, and experimentally analyzes multimodal and interactive diversity-oriented information retrieval methods. This work, comprehensively covers the interactive information retrieval literature and also discusses about recent advances, the great research challenges, and promising research opportunities. We have proposed and evaluated two relevance-diversity trade-off enhancement work-flows, which integrate multiple information from images, such as: visual features, textual metadata, geographic information, and user credibility descriptors. In turn, as an integration of interactive retrieval and diversity promotion techniques, for maximizing the coverage of multiple query interpretations/aspects and speeding up the information transfer between the user and the system, we have proposed and evaluated a multimodal learning-to-rank method trained with relevance feedback over diversified results. Our experimental analysis shows that the joint usage of multiple information sources positively impacted the relevance-diversity balancing algorithms. Our results also suggest that the integration of multimodal-relevance-based filtering and reranking was effective on improving result relevance and also boosted diversity promotion methods. Beyond it, with a thorough experimental analysis we have investigated several research questions related to the possibility of improving result diversity and keeping or even improving relevance in interactive search sessions. Moreover, we analyze how much the diversification effort affects overall search session results and how different diversification approaches behave for the different data modalities. By analyzing the overall and per feedback iteration effectiveness, we show that introducing diversity may harm initial results whereas it significantly enhances the overall session effectiveness not only considering the relevance and diversity, but also how early the user is exposed to the same amount of relevant items and diversityDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da ComputaçãoP-4388/2010140977/2012-0CAPESCNP

Improving Web Image Search by Bag-based Reranking

Given a textual query in traditional text-based image retrieval (TBIR), relevant images are to be reranked using visual features after the initial text-based search. In this paper, we propose a new bag-based reranking framework for large-scale TBIR. Specifically, we first cluster relevant images using both textual and visual features. By treating each cluster as a “bag ” and the images in the bag as “instances, ” we formulate this problem as a multi-instance (MI) learning problem. MI learning methods such as mi-SVM can be readily incorporated into our bag-based reranking framework. Observing that at least a certain portion of a positive bag is of positive instances while a negative bag might also contain positive instances, we further use a more suitable generalized MI (GMI) setting for this application. To address the ambiguities on the instance labels in the positive and negative bags under this GMI setting, we develop a new method referred to as GMI-SVM to enhance retrieval performance by propagating the labels from the bag level to the instance level. To acquire bag annotations for (G)MI learning, we propose a bag ranking method to rank all the bags according to the defined bag ranking score. The top ranked bags are used as pseudopositive training bags, while pseudonegative training bags can be obtained by randomly sampling a few irrelevant images that are not associated with the textual query. Comprehensive experiments on the challenging real-world data set NUS-WIDE demonstrate our framework with automatic bag annotation can achieve the best performances compared with existing image reranking methods. Our experiments also demonstrate that GMI-SVM can achieve better performances when using the manually labeled training bags obtained from relevance feedback