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CLIP出来前先进的视觉系统训练都需要一个提前定义好的标签集合但采用这样有限制性的监督学习很可能会模型的泛化性。所以CLIP从NLP中得到监督信息因为本文描述的监督信号非常广。CLIP使用4亿个文本-图像训练集去进行了大模型的训练。生成的模型可以直接用于下游的Zero-shot推理。OpenAI公开了CLIP的预训练模型和推理代码但没公开预训练代码。 Introduction
从原始的文本里去预训练一个模型在NLP领域取得了成功。如GPT它的模型架构同样也是与下游任务无关的所以直接应用在下游应用时无需去设计分类头等特殊处理。所以CLIP将NLP里面的这套框架应用到了视觉里面。自监督学习transformer、对比学习、掩码填空、自回归。CLIP主打泛化性。 Approach 利用自然语言的监督信号来训练一个比较好的视觉模型。好处 不需要标注数据只需要文本-图片配对集。训练时图片和文字绑定所以学习到的是一个多模态特征。 Transformer出现后为NLP带来革命性的改变开始使用具有上下文语义环境的学习方式去替代传统且复杂的Topic model和n-gram等。让其可以比较方便地进行跨模态训练。 大数据集WebImageText:WIT 由于数据集巨大训练成本高时间长所以训练效率对多模态的训练效果有直接影响。所以CLIP由于训练效率的原因使用了对比学习的方法而非预测性的方法。 仅仅把预测型的目标函数改为对比型的目标函数训练效率就提升了4倍。 模型预训练伪代码与其他对比学习没有太大区别主要是将单模态正样本替换成了多模态正样本。 CLIP数据集较大不太会产生过拟合的情况。它在最后的投射中表示和对比学习层之间仅使用了线性的投射层。同时由于数据集太大也不需要做过多的数据增强(?)唯一使用的是随机的剪裁。由于模型太耗时不好做微调所以将对比学习中的超参数temperature在模型中重新设置为可学习的参数。 训练过程 视觉方面训练了8种模型ResNet-50,ResNet-101,和三个基于EfficientNet-style model改进的ResNet变体。同时还使用了3个Vision Transformers包括ViT-B/32,ViT-B/16,ViT-L/14。 32 epochs。 使用Adam optimizer优化器 对超参数进行了grid searches,random search或者manual tuning。 bitch size 32768 使用了混精度训练 工程上的问题 训练Vision transformer比训练残差网络高效。 Experiments Zero-shot Transfer: 动机一旦借助文本训练好了这个又大又好的模型之后就可以使用文本做引导去灵活地做zero shot的迁移学习。而不必再进行微调。推理过程 Prompt engineering and ensembling: Prompt是在微调或者直接推理时用的一种方法。需要使用Prompt,是因为1.单个单词具有歧义性。2.预训练的时候输入是文本信息而非单词为了防止出现分布偏移(distribution gap)问题。所以作者使用Prompt template A photo of a {label}来描述推理时的输入可以使模型准确率得到提升。如果你已经提前知道类别那么可以添加更多的提示词来使模型的输出更加准确。Prompt ensemble就是利用多段提示词最后将结果聚合起来。 few-shot transfer每个类别拿出少量图片来做微调:将CLIP里面的图片编码器拿出来“冻住”去做linear probe对最后的分类头进行训练。 如果下游任务用全部的数据而不是zero/few shot 方法1linear probe方法2fine-tune ,把整个网络都放开直接去做端对端的学习。比linear probe更灵活、数据集大的时候效果更好。 而在CLIP中作者专门使用了linear probe是因为(1)CLIP本来就是用来研究跟数据集无关的预训练方式的能能好地反映出预训练模型的好坏(2)linear probe不用调参来适应各个数据集。
Limitations
CLIP在大多数模型平均下来来看只是与比较简单的机械模型打成平手而无法与state of the art(SOTA,最前沿)的结果媲美。 扩大训练数据集是一个不太可能的方案要达到SOTA的效果需要再训练当前的1000X,所以需要有新的方法在计算和数据上更加高效。CLIP在细分类任务和抽象概念的处理上表现得较差。CLIP的泛化性较好但推理数据集不能out-of-distribution。虽然CLIP可以用zero-shot去做推理但仍然是从给定的类别里去做的选择。所以OpenAI还是想将其作为生成式的模型。数据利用率不高效。预训练数据没有经过清洗可能会带着社会的偏见。
Conclusion
CLIP的宗旨就是想把NLP领域当中与下游任务无关的训练方式带到其他领域中去。CLIP方法总结在预训练阶段使用对比学习利用文本的提示去做zero shot的迁移学习。在大数据和大模型的双向加持下CLIP的效果能和之前精心设计的且是有监督训练出来的基线模型打成平手。
