多模态大语言模型的免训练视觉提示学习 ControlMLLM

ControlMLLM: Training-Free Visual Prompt Learning for Multimodal Large Language Models

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在本研究中,提出了一种无需进行训练的方法,通过可学习的潜变量优化将视觉提示注入到多模态大型语言模型(MLLMs)中。

在MLLMs核心模块中,注意力连接文本提示标记和视觉标记,并最终确定输出结果起着重要作用。

提出的方法涉及在推理过程中调整与视觉标记相关联部分的MLP输出,以控制注意力响应并确保文本提示标记关注指定区域内的视觉标记。

通过基于能量函数优化一个可学习的潜变量,增强了注意图对指定区域描述和推理任务的能力,而无需进行大规模训练或重新训练模型。

因此,本文提供了一种有希望将引用能力集成到MLLMs中,并支持使用框、蒙版、涂鸦和点等方式进行引用的方法。

动机

要解决的问题
  1. 传统MLLMs的局限性 :
    • 粗粒度图像对齐:传统多模态大语言模型(MLLMs)主要依赖于粗粒度的图像级对齐,这限制了用户通过文本提示进行详细区域描述和推理的能力。
    • 文本提示的局限性:文本提示往往无法捕捉图像中的复杂视觉细节,导致模型在理解图像内容时的局限性。
  2. 现有方法的不足 :
    • 高训练成本:现有的将引用能力集成到MLLMs中的方法通常需要大量的训练数据,并且模型需要针对新数据域或新基础MLLMs进行重新训练。
    • 缺乏灵活性:模型在域迁移时表现不佳,缺乏灵活性。
解决问题的策略
  • 提出一种无训练的方法:通过可学习的潜在变量优化,将视觉提示注入到MLLMs中,无需对模型进行训练或微调。
  • 利用注意力机制:通过调整MLLMs解码器中的注意力图,控制文本提示标记关注到视觉标记在指定区域,从而增强对指定区域的描述和推理能力。

方法

1. 方法概述
  • 核心思想:在推理过程中,通过调整MLP输出的视觉标记,控制注意力响应,确保文本提示标记关注到视觉标记在指定区域。
  • 优化目标:基于能量函数优化一个可学习的潜在变量,增强注意力图中指定区域的强度。
2. 方法步骤
2.1 分析MLLMs中的注意力
  • 注意力图的作用:注意力图模型了视觉标记和文本提示标记之间的关系,显著影响生成的文本。
  • 直接修改注意力图的不可行性:直接修改注意力图需要仔细选择调整系数,且容易影响LLM的语言能力。
2.2 通过潜在变量学习操纵注意力
  • 引入可学习的潜在变量:在视觉标记中增加一个可学习的潜在变量,通过优化该变量来间接影响注意力图。
  • 能量函数设计:设计能量函数来计算输入引用和注意力图之间的关系,支持四种引用形状(框、掩码、涂鸦和点)。
  • 上下文标记:通过平均池化每个文本提示标记生成的注意力图,生成代表全局上下文的上下文标记,简化计算并保留关键信息。
2.3 方法流程
  1. 视觉编码:使用冻结的视觉编码器和后续的MLP将图像编码为视觉标记。
  2. 文本编码:将文本提示编码为文本标记。
  3. 注意力计算:计算视觉标记和文本标记之间的注意力图。
  4. 潜在变量优化:基于能量函数优化可学习的潜在变量,增强指定区域的注意力强度。
  5. LLM解码:使用优化后的视觉标记和文本标记作为输入,通过LLM解码器生成输出文本。

总结

本文提出了一种无训练的方法,通过优化可学习的潜在变量,将视觉提示注入到MLLMs中,从而实现对指定区域的详细描述和推理。该方法利用注意力机制,通过调整注意力图来增强指定区域的强度,无需对模型进行训练或微调,具有灵活性和泛化能力。

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