Text-image synergy for multimodal retrieval and annotation

Text and images are the two most common data modalities found on the Internet. Understanding the synergy between text and images, that is, seamlessly analyzing information from these modalities may be trivial for humans, but is challenging for software systems. In this dissertation we study problems where deciphering text-image synergy is crucial for finding solutions. We propose methods and ideas that establish semantic connections between text and images in multimodal contents, and empirically show their effectiveness in four interconnected problems: Image Retrieval, Image Tag Refinement, Image-Text Alignment, and Image Captioning. Our promising results and observations open up interesting scopes for future research involving text-image data understanding.Text and images are the two most common data modalities found on the Internet. Understanding the synergy between text and images, that is, seamlessly analyzing information from these modalities may be trivial for humans, but is challenging for software systems. In this dissertation we study problems where deciphering text-image synergy is crucial for finding solutions. We propose methods and ideas that establish semantic connections between text and images in multimodal contents, and empirically show their effectiveness in four interconnected problems: Image Retrieval, Image Tag Refinement, Image-Text Alignment, and Image Captioning. Our promising results and observations open up interesting scopes for future research involving text-image data understanding.Text und Bild sind die beiden häufigsten Arten von Inhalten im Internet. Während es für Menschen einfach ist, gerade aus dem Zusammenspiel von Text- und Bildinhalten Informationen zu erfassen, stellt diese kombinierte Darstellung von Inhalten Softwaresysteme vor große Herausforderungen. In dieser Dissertation werden Probleme studiert, für deren Lösung das Verständnis des Zusammenspiels von Text- und Bildinhalten wesentlich ist. Es werden Methoden und Vorschläge präsentiert und empirisch bewertet, die semantische Verbindungen zwischen Text und Bild in multimodalen Daten herstellen. Wir stellen in dieser Dissertation vier miteinander verbundene Text- und Bildprobleme vor: • Bildersuche. Ob Bilder anhand von textbasierten Suchanfragen gefunden werden, hängt stark davon ab, ob der Text in der Nähe des Bildes mit dem der Anfrage übereinstimmt. Bilder ohne textuellen Kontext, oder sogar mit thematisch passendem Kontext, aber ohne direkte Übereinstimmungen der vorhandenen Schlagworte zur Suchanfrage, können häufig nicht gefunden werden. Zur Abhilfe schlagen wir vor, drei Arten von Informationen in Kombination zu nutzen: visuelle Informationen (in Form von automatisch generierten Bildbeschreibungen), textuelle Informationen (Stichworte aus vorangegangenen Suchanfragen), und Alltagswissen. • Verbesserte Bildbeschreibungen. Bei der Objekterkennung durch Computer Vision kommt es des Öfteren zu Fehldetektionen und Inkohärenzen. Die korrekte Identifikation von Bildinhalten ist jedoch eine wichtige Voraussetzung für die Suche nach Bildern mittels textueller Suchanfragen. Um die Fehleranfälligkeit bei der Objekterkennung zu minimieren, schlagen wir vor Alltagswissen einzubeziehen. Durch zusätzliche Bild-Annotationen, welche sich durch den gesunden Menschenverstand als thematisch passend erweisen, können viele fehlerhafte und zusammenhanglose Erkennungen vermieden werden. • Bild-Text Platzierung. Auf Internetseiten mit Text- und Bildinhalten (wie Nachrichtenseiten, Blogbeiträge, Artikel in sozialen Medien) werden Bilder in der Regel an semantisch sinnvollen Positionen im Textfluss platziert. Wir nutzen dies um ein Framework vorzuschlagen, in dem relevante Bilder ausgesucht werden und mit den passenden Abschnitten eines Textes assoziiert werden. • Bildunterschriften. Bilder, die als Teil von multimodalen Inhalten zur Verbesserung der Lesbarkeit von Texten dienen, haben typischerweise Bildunterschriften, die zum Kontext des umgebenden Texts passen. Wir schlagen vor, den Kontext beim automatischen Generieren von Bildunterschriften ebenfalls einzubeziehen. Üblicherweise werden hierfür die Bilder allein analysiert. Wir stellen die kontextbezogene Bildunterschriftengenerierung vor. Unsere vielversprechenden Beobachtungen und Ergebnisse eröffnen interessante Möglichkeiten für weitergehende Forschung zur computergestützten Erfassung des Zusammenspiels von Text- und Bildinhalten

Contextual Media Retrieval Using Natural Language Queries

The widespread integration of cameras in hand-held and head-worn devices as well as the ability to share content online enables a large and diverse visual capture of the world that millions of users build up collectively every day. We envision these images as well as associated meta information, such as GPS coordinates and timestamps, to form a collective visual memory that can be queried while automatically taking the ever-changing context of mobile users into account. As a first step towards this vision, in this work we present Xplore-M-Ego: a novel media retrieval system that allows users to query a dynamic database of images and videos using spatio-temporal natural language queries. We evaluate our system using a new dataset of real user queries as well as through a usability study. One key finding is that there is a considerable amount of inter-user variability, for example in the resolution of spatial relations in natural language utterances. We show that our retrieval system can cope with this variability using personalisation through an online learning-based retrieval formulation.Comment: 8 pages, 9 figures, 1 tabl

VISIR : visual and semantic image label refinement

The social media explosion has populated the Internet with a wealth of images. There are two existing paradigms for image retrieval: 1) content-based image retrieval (CBIR), which has traditionally used visual features for similarity search (e.g., SIFT features), and 2) tag-based image retrieval (TBIR), which has relied on user tagging (e.g., Flickr tags). CBIR now gains semantic expressiveness by advances in deep-learning-based detection of visual labels. TBIR benefits from query-and-click logs to automatically infer more informative labels. However, learning-based tagging still yields noisy labels and is restricted to concrete objects, missing out on generalizations and abstractions. Click-based tagging is limited to terms that appear in the textual context of an image or in queries that lead to a click. This paper addresses the above limitations by semantically refining and expanding the labels suggested by learning-based object detection. We consider the semantic coherence between the labels for different objects, leverage lexical and commonsense knowledge, and cast the label assignment into a constrained optimization problem solved by an integer linear program. Experiments show that our method, called VISIR, improves the quality of the state-of-the-art visual labeling tools like LSDA and YOLO

Air Quality Assessment from Social Media and Structured Data

This paper describes our work on mining pollutant data to assess air quality in urban areas. Notable aspects of this work are that we mine social media and structured data in a domain-specific context, incorporate commonsense knowledge in mining media opinions and focus on the urban planning domain in a multicity environment. The results of mining are useful for predictive analysis in urbanization. A significant contribution is that we provide useful information on urban health impact

Air quality assessment from social media and structured data: Pollutants and health impacts in urban planning

This paper describes our work on mining pollutant data to assess air quality in urban areas. Notable aspects of this work are that we mine social media and structured data in a domain-specific context, incorporate commonsense knowledge in mining media opinions and focus on the urban planning domain in a multicity environment. The results of mining are useful for predictive analysis in urbanization. A significant contribution is that we provide useful information on urban health impacts