BLIP-2: Bootstrapping Language-Image Pre-training with Frozen Image Encoders and Large Language M

发表时间:PMLR 2023

论文链接:https://proceedings.mlr.press/v202/li23q/li23q.pdf

作者单位:Salesforce Research

Motivation:由于大规模模型的端到端训练,视觉和语言预训练的成本变得越来越令人望而却步。

解决方法:本文提出了 BLIP-2,这是一种通用且高效的预训练策略,可以从现成的冻结的预训练图像编码器和冻结的大型语言模型引导视觉语言预训练

我们使用两阶段预训练的 Q-Former 弥合模态差距:表示学习阶段和生成学习阶段。

第一阶段从冻结的图像编码器引导视觉语言表示学习。第二阶段从冻结的语言模型引导视觉语言生成学习。

实现方式:第一个预训练阶段(表示学习阶段),我们执行视觉语言表示学习,它强制 Q-Former 学习与文本最相关的视觉表示

我们创建了一组可学习的查询嵌入(learned queries)作为图像转换器的输入。查询通过自注意力层相互交互,并通过交叉注意力层(插入所有其他变压器块)与冻结图像特征交互文本的self-attention与learned queries的self-attention是权值共享的,所以能让learned queries与text进行交互

BLIP-2 是一种高效的视觉语言预训练模型,它通过冻结预训练的图像编码器和大语言模型(LLM),在两者之间引入轻量级的适配模块(如 Q-Former),实现跨模态对齐和信息融合。这种方法不仅降低了训练成本,还提升了模型的泛化能力。 在 BLIP-2 的预训练过程中,图像编码器通常采用如 ViT 或 CLIP 中的视觉编码器,这些模型已经具备了强大的图像表示能力。图像编码器的输出作为视觉特征输入到 Q-Former 模块中,该模块负责从高维视觉特征中提取关键信息,并将其对齐到语言模型可理解的语义空间中。Q-Former 本质上是一个轻量级的 Transformer 模型,它通过查询向量(query vectors)从图像特征中提取与当前任务相关的语义信息,并将其传递给大语言模型进行进一步处理[^1]。 大语言模型部分在 BLIP-2 中保持冻结状态,通常采用如 OPT 或 BLOOM 等开源模型。这种设计使得 BLIP-2 能够直接利用 LLM 的强大语言生成能力,而无需从头训练语言模型。在训练过程中,BLIP-2 通常采用两阶段训练策略:第一阶段专注于图像-文本对的跨模态对齐,例如通过对比学习或掩码语言建模任务;第二阶段则侧重于下游任务的微调,如图像描述生成、视觉问答(VQA)等,以提升模型在具体任务上的性能。 为了实现 BLIP-2 的训练,可以使用 Hugging Face 的 Transformers 库结合自定义模块进行搭建。以下是一个简化的训练流程示例代码: ```python from transformers import Blip2Processor, Blip2ForConditionalGeneration from PIL import Image import requests # 加载 BLIP-2 模型和处理器 processor = Blip2Processor.from_pretrained("Salesforce/blip2-opt-2.7b") model = Blip2ForConditionalGeneration.from_pretrained( "Salesforce/blip2-opt-2.7b", load_in_8bit=True, device_map="auto" ) # 准备图像和文本输入 url = "https://www.example.com/image.jpg" image = Image.open(requests.get(url, stream=True).raw) text = "a photography of" # 对输入进行编码 inputs = processor(image, text, return_tensors="pt").to(model.device) # 生成描述 generated_ids = model.generate(**inputs) generated_text = processor.batch_decode(generated_ids, skip_special_tokens=True)[0].strip() print(generated_text) ``` 在实际训练中,BLIP-2 的图像编码器和大语言模型均保持冻结状态,仅训练 Q-Former 模块。训练过程中,通常使用大规模的图文对数据集(如 COCO、Conceptual Captions 等)来优化 Q-Former 的参数,使其能够更有效地桥接视觉和语言模态。此外,BLIP-2 还支持多任务学习框架,允许在训练过程中同时优化多个视觉语言任务,从而进一步提升模型的泛化能力。 在模型评估方面,BLIP-2 可以应用于多个视觉语言任务,包括但不限于图像描述生成、视觉问答(VQA)、图像文本检索等。由于其高效的架构设计和出色的性能表现,BLIP-2 成为了当前视觉语言预训练领域的重要研究方向之一。
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