多模态学习最新进展与应用

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多模态学习最新进展与应用

引言

多模态学习旨在整合来自不同感知通道的信息,如文本、图像、音频、视频等。近年来,视觉语言模型的发展使多模态学习取得了突破性进展。

CLIP:连接视觉与语言

CLIP架构

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class CLIP(nn.Module):
"""CLIP: Contrastive Language-Image Pre-training"""

def __init__(self, vision_model, text_model):
super().__init__()
self.vision_encoder = vision_model
self.text_encoder = text_model

# 投影头
self.vision_projection = nn.Linear(768, 512)
self.text_projection = nn.Linear(768, 512)

# 温度参数
self.logit_scale = nn.Parameter(torch.ones([]) * np.log(1 / 0.07))

def encode_image(self, image):
features = self.vision_encoder(image)
return self.vision_projection(features)

def encode_text(self, text):
features = self.text_encoder(text)
return self.text_projection(features)

def forward(self, image, text):
image_features = self.encode_image(image)
text_features = self.encode_text(text)

# 对比学习
image_features = image_features / image_features.norm(dim=-1, keepdim=True)
text_features = text_features / text_features.norm(dim=-1, keepdim=True)

logit_scale = self.logit_scale.exp()
logits_per_image = logit_scale * image_features @ text_features.t()
logits_per_text = logits_per_image.t()

return logits_per_image, logits_per_text

视觉语言模型

LLaVA架构

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class LLaVA(nn.Module):
"""LLaVA: Large Language and Vision Assistant"""

def __init__(self, llm, vision_tower, projector):
super().__init__()
self.llm = llm
self.vision_tower = vision_tower
self.projector = projector

def forward(self, image, text):
# 视觉编码
image_features = self.vision_tower(image)
image_features = self.projector(image_features)

# 与文本拼接
inputs = self.prepare_inputs(image_features, text)

# LLM生成
outputs = self.llm.generate(inputs)

return outputs

多模态融合策略

早期融合 vs 晚期融合

策略 描述 优点 缺点
早期融合 原始特征拼接 特征交互充分 计算量大
晚期融合 各模态独立处理后融合 灵活高效 交互受限
中期融合 深层特征融合 平衡 实现复杂

应用场景

零样本图像分类

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class ZeroShotClassifier:
"""基于CLIP的零样本分类"""

def __init__(self, clip_model, classes):
self.model = clip_model
self.classes = classes

def classify(self, image):
# 编码图像
image_features = self.model.encode_image(image)

# 编码类别文本
text_descriptions = [f"a photo of a {c}" for c in self.classes]
text_features = self.model.encode_text(text_descriptions)

# 相似度计算
similarity = image_features @ text_features.t()

return self.classes[similarity.argmax()]

总结

多模态学习正在成为AI发展的主流方向,视觉语言模型的突破为通用人工智能奠定了基础。


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