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MINIGPT-4: ENHANCING VISION-LANGUAGE UNDERSTANDING WITH ADVANCED LARGE LANGUAGE MODELS

在GPT4未开源的情况下，作者认为其表现优越是因为采用了最为先进的LLM模型，因此，作者在BLIP2的基础上，将LLM模型替换为了Vicuna，同样也是通过一个线性映射层将图像表征映射为LLM的输入。此外，作者还提出只在短标题文本对上训练会出现不自然的语言描述（重复）。因此作者也构建了一个更加详细的图像描述数据集。

开源代码：https://minigpt-4.github.io/

一、预训练方法

预训练方法几乎和BLIP2模型一致，可以参考：【大模型学习 | BLIP2原理】-腾讯云开发者社区-腾讯云

1.1 Q-Former

主要作用就是对齐两个不同模态的冻结预训练模型

🟢 Q-Former包含了两个transformer子模块：（1）Image Transformer （特征提取） （2） Text transformer (作为文本编码器和解码器) ;

🟢 一组可学习的查询嵌入向量作为 Image Transformer 的输入，这些向量在self-attention layer相互联系以及通过 cross-attention layer与预训练的图像模型特征交互； 除此之外，这组可学习的嵌入向量也与文本token进行拼接作为Text transformer的输入；

🟢 将Q-Former初始化为 ${\text{BERT}}_{\text{base}}$, cross-attention layer是随机初始化的；同时查询向量的大小为：($32\times 768$)

1.2 视觉语言特征表示学习

第一阶段的训练目标是基于文本对，通过 Q-Former 与冻结图像编码器，使得可学习的 query 向量能够从图像中提取出与文本语义最相关、最具信息量的视觉特征。在这个阶段中，采用了与BLIP预训练过程近似的目标损失：Image-Text Contrastive Learning (ITC) 、Image-grounded Text Generation (ITG)、Image-Text Matching (ITM).

🟢 ITC：图像、文本特征对比学习，通过可学习的查询向量和Text transformer中的[CLS]计算相似度，为了防止数据泄露，采用unimodal self-attention，禁止 query 与文本 token 之间的直接交互；

🟢 ITG：将可学习的向量作为条件输入，以自回归的方式生成图像描述，采用了causal self-attention mask；

🟢 ITM：二分类匹配任务，采用bi-directional self-attention mask；

1.3 图像到文本的生成学习

第二阶段利用LLM的生成语言的能力来训练Q-Former。将图像通过图像冻结模型和Image Transformer得到与文本语义最相关、最具信息量的视觉特征。接着通过一个全连接层的线性变换，将大小转换为符合到LLM模型中的输入维度。

🟢 在这个阶段中，作者采用了一个先进的语言模型Vicuna作为线性变换向量的输入。

二、数据与实验

2.1 数据

作者提出了短标题文本对对于模型的训练来说是不够的，会出现不自然标题的现象。因此，作者重新收集了另外3500个图像详细描述的图文对对模型进行微调。

2.2 实验

• 与GPT-4对比：有许多相似功能，例如可以生成复杂图像描述，根据手写文字生成网站，解释不正常的现象；
• 与BLIP2对比：根据食物图片生成详细的食谱，根据图片写诗；这些都是BLIP2不具备的功能；

🧠 MINI-GPT4表现比BLIP2要强上许多？

在生成式（generative）任务方向上，MiniGPT-4 的表现明显优于 BLIP-2。但这种差距主要体现在语言生成质量和自然语言理解上，而非底层模态对齐或通用图文任务能力。

① MiniGPT-4 使用的是 Vicuna（基于 LLaMA 的开源 ChatGPT 对话模型），具有更强的自然语言表达和指令理解能力；而BLIP-2 使用的 LLM 主要是 Flan-T5 或 OPT，虽然也支持问答，但语言生成的细腻度和上下文保持能力较弱。

② MiniGPT-4 在 Q-Former 采用描述更加细致的3600 条人工构造的图文指令数据进行微调