Learning visual representations with neural networks for video captioning and image generation

La recherche sur les réseaux de neurones a permis de réaliser de larges progrès durant la dernière décennie. Non seulement les réseaux de neurones ont été appliqués avec succès pour résoudre des problèmes de plus en plus complexes; mais ils sont aussi devenus l’approche dominante dans les domaines où ils ont été testés tels que la compréhension du langage, les agents jouant à des jeux de manière automatique ou encore la vision par ordinateur, grâce à leurs capacités calculatoires et leurs efficacités statistiques. La présente thèse étudie les réseaux de neurones appliqués à des problèmes en vision par ordinateur, où les représentations sémantiques abstraites jouent un rôle fondamental. Nous démontrerons, à la fois par la théorie et par l’expérimentation, la capacité des réseaux de neurones à apprendre de telles représentations à partir de données, avec ou sans supervision. Le contenu de la thèse est divisé en deux parties. La première partie étudie les réseaux de neurones appliqués à la description de vidéo en langage naturel, nécessitant l’apprentissage de représentation visuelle. Le premier modèle proposé permet d’avoir une attention dynamique sur les différentes trames de la vidéo lors de la génération de la description textuelle pour de courtes vidéos. Ce modèle est ensuite amélioré par l’introduction d’une opération de convolution récurrente. Par la suite, la dernière section de cette partie identifie un problème fondamental dans la description de vidéo en langage naturel et propose un nouveau type de métrique d’évaluation qui peut être utilisé empiriquement comme un oracle afin d’analyser les performances de modèles concernant cette tâche. La deuxième partie se concentre sur l’apprentissage non-supervisé et étudie une famille de modèles capables de générer des images. En particulier, l’accent est mis sur les “Neural Autoregressive Density Estimators (NADEs), une famille de modèles probabilistes pour les images naturelles. Ce travail met tout d’abord en évidence une connection entre les modèles NADEs et les réseaux stochastiques génératifs (GSN). De plus, une amélioration des modèles NADEs standards est proposée. Dénommés NADEs itératifs, cette amélioration introduit plusieurs itérations lors de l’inférence du modèle NADEs tout en préservant son nombre de paramètres. Débutant par une revue chronologique, ce travail se termine par un résumé des récents développements en lien avec les contributions présentées dans les deux parties principales, concernant les problèmes d’apprentissage de représentation sémantiques pour les images et les vidéos. De prometteuses directions de recherche sont envisagées.

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