ConceptFormer: Learning Adaptive Latent Concepts for Query-Document Alignment in Visual Document Retrieval

TL;DR

ConceptFormer通过学习自适应潜在概念提升视觉文档检索性能,NDCG@10提升16.7%。

cs.CV 🔴 高级 2026-08-16 35 次浏览
Chunyi Peng Zhipeng Xu Yukun Yan Zhenghao Liu Shi Yu Sen Mei Yubo Sun Yongheng Zhang Jie Zhou Yu Gu Ge Yu Maosong Sun
视觉文档检索 潜在概念学习 视觉语言模型 表示学习 多模态

核心发现

方法论

ConceptFormer通过潜在概念表示学习框架,将查询相关证据建模为连续的、查询条件化的潜在概念,显式连接局部化视觉证据与语义相关性。使用强大的视觉语言模型动态确定潜在概念的数量,并利用这些概念作为中间表示来弥合查询与文档之间的语义差距。

关键结果

  • 在多样的视觉文档检索基准上,ConceptFormer在NDCG@10上相较于最强视觉检索基线提高了16.7%,相较于最强OCR文本检索基线提高了22.1%。
  • 实验表明,潜在概念有效连接了局部化视觉证据与语义相关性,使检索器能够捕捉细粒度文本线索和复杂的文档级视觉结构。
  • 消融实验显示,潜在概念的引入显著提高了检索对齐能力。

研究意义

ConceptFormer在视觉文档检索领域具有重要意义,解决了现有方法在处理复杂视觉结构和语义相关性时的不足。通过引入潜在概念,提供了更精细的监督信号,提升了检索的准确性和鲁棒性。这一方法不仅在学术界具有影响力,也为工业界的多模态信息检索提供了新的思路。

技术贡献

ConceptFormer的技术贡献在于引入了自适应潜在概念,通过动态调整概念容量来适应不同的查询-文档对。这种方法与现有的全局匹配方法不同,提供了更细粒度的监督信号,增强了视觉文档的表示能力。

新颖性

ConceptFormer首次将潜在概念引入视觉文档检索,提供了一种新的机制来建模查询相关证据。与现有方法相比,它不依赖于文本中间表示或直接依赖于原始视觉注释。

局限性

  • 在处理极其复杂的文档结构时,潜在概念的容量可能不足以完全捕捉所有相关信息。
  • 该方法对视觉语言模型的性能依赖较大,可能受限于模型的预训练质量。

未来方向

未来的研究方向包括探索更高效的潜在概念学习方法,以及在更大规模的数据集上验证ConceptFormer的性能。此外,还可以研究如何将该方法应用于其他多模态检索任务。

AI 总览摘要

视觉文档检索是多模态检索增强生成中的关键组件,旨在从文档集合中识别与查询相关的页面。传统方法通常依赖于文本描述或局部化视觉区域作为证据代理,但这些信号可能忽略复杂的视觉结构或提供不完整的证据表示。

为了解决这些问题,ConceptFormer提出了一种潜在概念表示学习框架,将查询相关的证据建模为连续的、查询条件化的潜在概念。这种方法不需要文本中间表示或直接依赖于原始视觉注释,而是在训练过程中使用强大的视觉语言模型动态确定潜在概念的数量,并利用这些概念作为中间表示来弥合查询与文档之间的语义差距。

实验结果表明,ConceptFormer在多样的视觉文档检索基准上取得了显著的性能提升,特别是在NDCG@10指标上相较于最强基线提高了16.7%和22.1%。这一方法有效连接了局部化视觉证据与语义相关性,使检索器能够捕捉细粒度文本线索和复杂的文档级视觉结构。

深度分析

研究背景

视觉文档检索作为多模态文档理解的基础组件,近年来受到广泛关注。传统方法通常依赖OCR将页面图像转换为文本表示,但这种方法容易引入识别错误,并可能丢失重要的视觉信息。为了弥补这些不足,近年来的研究开始探索直接从页面图像进行检索的方法。

核心问题

现有的视觉文档检索系统在捕捉细粒度的查询-文档相关性方面存在局限性,通常只能提供粗粒度的相关性信号,难以识别关键的细粒度线索。

核心创新

ConceptFormer的核心创新在于引入了自适应潜在概念,通过动态调整概念容量来适应不同的查询-文档对。这种方法提供了更细粒度的监督信号,增强了视觉文档的表示能力。

方法详解

  • �� 使用强大的视觉语言模型动态确定潜在概念的数量。
  • �� 利用这些概念作为中间表示来弥合查询与文档之间的语义差距。
  • �� 通过潜在概念的引入,提供了更细粒度的监督信号。

实验设计

实验在多个视觉文档检索基准上进行,包括InfoVQA、ChartQA等。使用NDCG@10作为主要评价指标,并与最强的视觉检索和OCR文本检索基线进行比较。

结果分析

实验结果表明,ConceptFormer在NDCG@10指标上相较于最强基线提高了16.7%和22.1%。消融实验显示,潜在概念的引入显著提高了检索对齐能力。

应用场景

ConceptFormer可应用于多模态信息检索任务,如工业文档、信息图表和网页的检索。其细粒度的监督信号有助于提高检索的准确性。

局限与展望

尽管ConceptFormer在多个基准上表现出色,但在处理极其复杂的文档结构时,潜在概念的容量可能不足以完全捕捉所有相关信息。此外,该方法对视觉语言模型的性能依赖较大。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在图书馆寻找一本书,传统方法就像是通过书名或作者来寻找,而ConceptFormer则像是通过书中的具体章节或段落来定位。这种方法不仅关注书的整体信息,还能识别出书中与查询最相关的部分,从而提高检索的准确性。

简单解释 像给14岁少年讲一样

嘿,小伙伴!想象一下你在玩一个寻宝游戏,传统的方法就像是通过地图上的大致位置来找宝藏,而ConceptFormer就像是通过具体的线索一步步接近宝藏。它能帮你找到那些隐藏得很好的宝藏哦!

术语表

视觉文档检索 (Visual Document Retrieval)

从视觉丰富的文档集合中检索与查询相关的页面。

ConceptFormer用于提高视觉文档检索的精度。

潜在概念 (Latent Concept)

一种连续的、查询条件化的表示,用于连接局部化视觉证据与语义相关性。

ConceptFormer通过潜在概念来弥合查询与文档之间的语义差距。

视觉语言模型 (Vision-Language Model)

一种能够处理视觉和语言信息的模型。

ConceptFormer使用视觉语言模型来动态确定潜在概念的数量。

NDCG@10

一种评价信息检索系统性能的指标,考虑了结果的相关性和排名。

ConceptFormer在NDCG@10指标上取得了显著提升。

对比学习 (Contrastive Learning)

一种通过对比正负样本来学习表示的方法。

ConceptFormer使用对比学习来优化检索器。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在极其复杂的文档结构中有效应用潜在概念?
  • 2 潜在概念的容量如何动态适应不同的查询-文档对?

应用场景

近期应用

信息检索

ConceptFormer可用于提高多模态信息检索的准确性,特别是在工业文档和信息图表中。

远期愿景

智能文档分析

通过进一步优化潜在概念学习,ConceptFormer有潜力在智能文档分析中发挥更大作用。

原文摘要

Visual document retrieval is a critical component of multimodal retrieval-augmented generation, aiming to identify query-relevant pages from document collections where evidence is distributed across text, layout, charts, and visual structures. Recent efforts toward finer-grained supervision primarily rely on textual descriptions or localized visual regions as evidence proxies. However, such supervision signals may either overlook complex visual structures or provide incomplete and inaccurate representations of the underlying evidence. To address these limitations, we propose ConceptFormer, a latent concept representation learning framework for visual document retrieval. ConceptFormer models query-relevant evidence as continuous, query-conditioned latent concepts that explicitly bridge localized visual evidence and semantic relevance, without requiring either textual intermediate representations or direct reliance on raw visual annotations. During training, ConceptFormer employs a strong vision-language model to dynamically determine the number of latent concept tokens and uses these concepts as an intermediate representation to bridge the semantic gap between queries and documents, thereby guiding the learning of the embedding space. Experiments on diverse visual document retrieval benchmarks demonstrate that ConceptFormer achieves 16.7\% and 22.1\% relative improvements in average NDCG@10 over the strongest visual retrieval baseline and the strongest OCR-based text retrieval baseline, respectively. Further analysis reveals that latent concepts effectively connect localized visual evidence with semantic relevance, enabling the retriever to capture both fine-grained textual cues and complex document-level visual structures while preserving strong retrieval alignment. Codes and data are available at https://github.com/Neuir/ConceptFormer.

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