【CVPR2024-工业异常检测】PromptAD方法(CLIP和提示学习)
- Preliminaries
3.1. CLIP and Prompt Learning(CLIP和提示学习)
CLIP核心机制
输入：未知图像 + 多组文本提示（如 “a photo of [class]”）
操作：
- 图像编码：视觉编码器
f(·)提取图像特征f(i) - 文本编码：文本编码器
g(·)提取每个文本提示s_k的特征g(s_k) - 相似度计算：计算图像特征与所有文本特征的余弦相似度
- 概率分布：通过softmax生成图像属于各文本提示的概率分布
输出：图像属于每个文本提示的概率分布，实现零样本分类。
举个栗子🌰：
• 输入文字提示：“狗”、“猫”、“汽车”
• 计算相似度得分：8（狗）、5（猫）、1（汽车）
• Softmax处理后：
• 狗：95%
• 猫：4.7%
• 汽车：0.3%
👉 结论：这张图大概率是狗！
Prompt Learning（提示学习）步骤
目标：自动学习更有效的文本提示，提升CLIP在下游任务的表现。
输入：少量正常样本（小样本设置）
操作：
- 设计可训练提示模板：
• 模板形式：[P1][P2]...[PE_P][class_k]
•[P1]...[PE_P]为可训练的token，[class_k]为固定的类别名称 - 对比学习优化：
• 通过对比损失（如交叉熵）调整提示参数，使正常样本特征与正常提示特征对齐 - 生成最终提示：
• 学习后的提示模板直接用于推理
输出：优化后的文本提示，提升分类或检测性能（如异常检测）。
例子背景
任务：训练模型区分图片是“猫”还是“狗”
传统方法：需要大量标注数据训练模型
Prompt Learning方法：只改提示模板，不修改CLIP模型本身，用少量数据优化提示。
Prompt Learning步骤
输入：
• 少量标注图片（如5张猫、5张狗）
• 初始模板：“a photo of [class]”（[class]替换为“猫”或“狗”）
操作：
-
定义可训练模板：
• 原始模板：[P1][P2] a photo of [class]
◦[P1][P2]：可训练的token（模型自动学习的“魔法词语”）
◦[class]：固定类别名称（直接替换为“猫”或“狗”）
• 例如训练后的模板可能是："清晰特写 毛茸茸的 a photo of 猫" -
训练过程：
• 输入一张狗图片，计算它与优化后提示的相似度：
◦ 狗的提示：[P1][P2] a photo of 狗
◦ 猫的提示：[P1][P2] a photo of 猫
• 目标：让狗图片与狗的提示相似度 远高于 猫的提示
• 通过对比损失（如交叉熵）更新[P1][P2]的向量值 -
生成最终提示：
• 训练完成后，固定[P1][P2]的参数
• 推理时直接使用模板：
◦ 输入狗图片 ➔ 计算与[P1][P2] a photo of 狗的匹配概率
输出：
• 优化后的提示模板，例如：
• 狗：“特写镜头 草地上的 a photo of 狗”
• 猫：“室内环境 窗边的 a photo of 猫”
• 效果：使用优化后的提示，分类准确率从70%提升到90%！
关键点
-
可训练token（[P1][P2]）：
• 相当于“自动学习的神奇修饰词”，比如“特写镜头”、“毛茸茸的”
• 模型通过少量数据调整这些词的含义，让提示更匹配任务需求 -
固定类别（[class]）：
• 直接使用“猫”、“狗”等真实类别名，不修改
• 保证语义明确，避免模型混淆
类比理解
• 传统方法：让模型从头学习“猫狗是啥”（费时费力）
• Prompt Learning：
• 相当于给模型一个填空题模板：
“[学来的修饰词] 一张照片的 [猫/狗]”
• 模型只需要填对修饰词，就能更准确定义类别！
关键点
- CLIP优势：无需训练数据，直接通过文本提示实现零样本分类。
- Prompt Learning作用：
• 自动优化提示模板，减少人工设计成本
• 在少样本场景下提升模型对特定任务（如异常检测）的适应能力 - 对比学习核心：通过正负样本对比（如正常 vs 异常提示），增强语义区分性。
示例应用：
在异常检测中，通过学习正常提示 [P1][P2][obj] 和生成异常提示 [P1][P2][obj][flaw]，使模型区分正常与异常特征。