Abstract

大规模的预训练通常可以产生更好的泛化性能，例如，在大量的图像-文本对上进行训练的CLIP (contrast Language-Image pre-training)，在各种视觉任务中表现出了很强的 zero-shot 能力。

为了进一步研究CLIP带来的优势，我们提出在两种典型的场景下的各种V&L模型中使用CLIP作为视觉编码器：

将 CLIP 插入特定任务的微调
将 CLIP 与 V&L 预训练任务结合并迁移的下游任务。

结果表明 CLIP 比广泛使用的视觉编码器 BottomUp-TopDown 表现更好。

Introduction

近期工作(Anderson et al.， 2018a;Jiang等，2020;Zhang等人，2021)观察到视觉表示已经成为V&L模型的性能瓶颈，并强调了学习一种强大的视觉编码器的重要性。

这些高性能视觉编码器使用类别标签(例如，Im-ageNet) (Russakovsky等人，2015年)或边界框(例如，Visual Genome)(Krishna等人，2017年)的人工标注的数据进行训练。

然而，此类检测或图像分类数据的采集成本较高，且视觉表现受到预定义类标签的限制。

因此，需要一种视觉编码器，它可以在更多样化和大规模的数据源上训练，不受一组固定标签的限制，并具有对未见过的目标和概念具有泛化能力。

CLIP在ImageNet分类等基准测试中显示了强大的 zero-shot 能力。我们假设它对于V&L任务也具有很大的潜力。然而，将CLIP作为 zero-shot 模型直接应用于 V * L 任务被证明是困难的(第5节和Kim等人(2021年))，因为许多V&L任务需要复杂的多模态推理。因此，我们建议将CLIP与现有的V&L模型结合起来，用CLIP的视觉编码器取代它们的视觉编码器。

我们考虑两种典型场景：

将 CLIP 直接插入任务特定的 fine-tuning 中
将 CLIP 与 V&L 预训练在图像文本对上预训练，并且迁移到下游任务上。

在任务特定的 fine-tuning 上，我们考虑了三个热门任务： VQA， image cationing 和 V&L Navigation。

在所有三个任务中，CLIP-ViL带来了较强基线的显著改善，在VQA v2.0上的准确率为1.4%，在COCO字幕上的准确率为6.5，在 Room-to-Room navigation 上的成功率为4.0%

在VL 预训练中，将传统的基于区域的表征替换为 CLIP 特征。CLIP-VIL_p 在 VQAv2, SNLI-VE和GQA 上取得了好的表现，在 VQA 上取得了新 SOTA (76.7% on test-std)，在 SNLI-VE 上取得了新SOTA(80.20% on test)。CLIP-Res50 的 CLIP-ViL_p 比广泛基于区域的编码器 (BUTD) ResNet101 的表现更好。 CLIP-Res50x4 的 CLIP-ViL_p 比 VinVL-ResNeXt152 的表现更好，其实当前的 SOTA，并且极致 Scale-up 基于区域的编码器。

Background and Motivation

Motivation

尽管CLIP在视觉任务中具有较强的zero-shot能力，但在某些V&L下游任务中，CLIP没有表现出相同的表现水平。

例如，如果我们将VQA 2.0 (Goyal et al.， 2017)转换为 zero-shot 的图像到文本检索任务，我们只观察 chance 性能(第5节)。

因此，我们建议将CLIP的视觉编码器与之前的V&L模型集成(图1)。

我们考虑使用CLIP的不同视觉主干。 (CLIP-ResNet denoted as CLIP-Res): CLIP-Res50, CLIP-Res101, CLIP-Res50x4, 和 CLIP-ViT-B。

接下来，我们将在两个场景中描述我们的方法:

直接特定于任务的微调(第3节)
V&L预训练(第4节)。

CLIP-ViL

Visual Question Answering

Experimental Setup：参考 (Jiang 等人 2020) 提取 grid feature。

Experimental Results：与传统的在 ImageNet 分类任务上预训练的视觉特征提取器相比， CLIP 视觉模块表现出明显的提升。

我们进一步展示了在 VG 上预训练的检测的结果。相比于 ImageNet-Res50 编码器，它提升了 Pythia_VG 2.82% 的表现，在 MCAN_VG 上提升了 2.90% 的表现。然而，使用Pythia_VG时CLIP-Res50的性能下降了5.54%，使用MCAN_VG时下降了4.08%。可能原因是，与ImageNet相比，CLIP-Res50是在不同的数据和不同的方法上进行训练的，所以为ImageNet模型设计的Visual-Genome微调实际可能会损害性能。

Conclusion

这篇文章提出利用CLIP作为视觉特征编码器在不同任务上用于不同的 V&L 模型。

用两种方法进行实验：

1) 直接将 CLIP 插入特定任务的微调 2) 将CLIP 与 VL 预训练结合，然后在下游任务上微调。

大量的实验表明， CLIP-ViL 和 CLIP-ViL_p 能够取得有竞争力或更好的成绩。

Bug

RuntimeError: NCCL Error 1: unhandled cuda error

使用 pytorch 1.7.1 无此问题

MMF

提取特征 no kernel image is available for execution on the device

将 maskrcnn/layers/nms.py 中的：

nms = _C.nms

改为

try:
    import torchvision
    from torchvision.ops import nms
except:
    nms = _C.nms

将 maskrcnn/layers/roi_align.py 中的：

roi_align = _ROIAlign.apply

改为

try:
    import torchvision
    from torchvision.ops import roi_align
except:
    roi_align = _ROIAlign.apply

安装 MMF

conda create -n mmf python=3.7
conda activate mmf

git clone https://github.com/facebookresearch/mmf.git
cd mmf
pip install --editable .

配置提取特征环境

conda create -n maskrcnn_benchmark
conda activate maskrcnn_benchmark

# first, make sure that your conda is setup properly with the right environment
# for that, check that `which conda`, `which pip` and `which python` points to the
# right path. From a clean conda env, this is what you need to do

# this installs the right pip and dependencies for the fresh python
conda install ipython

# maskrcnn_benchmark and coco api dependencies
pip install ninja yacs cython matplotlib

conda install pytorch==1.7.1 torchvision==0.8.2 torchaudio==0.7.2 -c pytorch


git clone https://gitlab.com/vedanuj/vqa-maskrcnn-benchmark.git
cd vqa-maskrcnn-benchmark

将 maskrcnn/layers/nms.py 中的：

nms = _C.nms

改为

try:
    import torchvision
    from torchvision.ops import nms
except:
    nms = _C.nms

将 maskrcnn/layers/roi_align.py 中的：

roi_align = _ROIAlign.apply

改为

try:
    import torchvision
    from torchvision.ops import roi_align
except:
    roi_align = _ROIAlign.apply

python setup.py build develop

Bug

pytorch/vision 安装失败

pytorch 1.7.1 安装分支 -b v0.8.2。

opencv 依赖

apt install libgl1-mesa-glx

apt-get install libglib2.0-dev

【深度学习】How Much Can CLIP Benefit Vision-and-Language Tasks?