允中发自凹非寺
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视觉语言模型屡屡出现新突破，但 ViT 仍是图像编码器的首选网络结构。
字节提出新基础模型——ViTamin，专为视觉语言时代设计。
在使用相同的数据集和训练方案时，ViTamin 在 ImageNet 零样本准确率上比 ViT 提高了 2.0%。
此外在分类、检索、开放词汇检测和分割、多模态大语言模型等 60 个不同基准上都表现出了良好的结果。
当进一步扩展参数规模时，ViTamin-XL 仅有 436M 参数，却达到了 82.9% 的 ImageNet 零样本准确率，超过了拥有十倍参数（4.4B）的 EVA-E。
最终这一成果，入选计算机视觉顶会 CVPR2024。
视觉语言时代新基准
在视觉语言时代下，如何设计一个更好可扩展的视觉模型？
在 ImageNet 时代，新的视觉模型在 ImageNet 数据集得以验证，也造就了不断有新的视觉模型涌现。但在视觉语言时代，新的视觉模型鲜为人见。
此外，基于现有常见视觉模型，在面对比 ImageNet 数据规模还大的情况下表现又是如何？研究团队们测试了几种常见模型，包括纯 Transformer 的 ViT，纯卷积网络的 ConvNeXt，以及混合卷积和 Transformer 的 CoAtNet。
最终在一个公开的数据集上进行了系统性的训练和比较，得出了一些关键发现：
第一，模型的扩展性：由于可扩展的自注意力机制，ViT 能最好地适应不同规模的任务。 第二，数据的扩展性：随着训练数据的增加，所有模型的性能都有所提升。 第三，特征的分辨率：在训练过程中，模型需要理解更广泛的信息，而不仅仅是简单的类别标签。因此，提取的特征的分辨率对模型的预测能力有很大影响。 第四，混合架构：在一般情况下，CoAtNet 表现优于其他模型，但将其扩展到处理数十亿数据可能会有一些挑战。基于这些发现，研究人员设计了ViTamin 模型。
它采用了三个阶段的混合架构。前两个阶段使用了轻量级的 MBConv Blocks，第三个阶段包含了可扩展的 Transformer Blocks。
具体来说，一张图片首先经过卷积 stem 处理，得到 2 倍降采样的特征图。
然后，这个特征图经过第一阶段，由两个 MBConv-LN Blocks 组成，接着经过第二阶段，由四个 MBConv-LN Blocks 组成，然后降采样得到 16 倍降采样的二维特征。
接下来，这些特征被展平成一维，并输入到第三阶段，该阶段由N_B个 TFB-GeGLU Block 组成。最后，通过对比图像特征和语言特征，来学习对比损失函数。
作者们致力于简单有效的scaling law，只考虑模型的宽度C和模型第三阶段的深度N_B，因此在 scaling 到更大的模型中，通过模型的参数规模可以直接反推需要多大的宽度和深度，进而实现模型的 scaling。
多项 SOTA
在零样本性能上面，研究结果显示，ViTamin-L 的零样本 ImageNet 准确率比 ViT-L/14 高出了 2.0%。
当将特征分辨率增加到 576 个 patch 时，ViTamin-L 的准确率进一步提高到了 81.8%，比之前的 ViT-L/14 CLIPA-v2 高出了 1.5%。在 38 个数据集的平均性能上，ViTamin-L 比 ViT-H/14 模型高出了 0.4%，而且参数数量只有 ViT-H/14 的一半。
此外，当进一步扩大模型规模时，参数量为 436M 的 ViTamin-XL 达到了 82.9% 的 ImageNet 零样本准确率，超过了 4.4B 参数量的 EVA-E 取得的 82.0%。
作者们进一步验证了ViTamin 模型对下游任务而言是个强大的视觉编码器。
作者们引入了一系列下游任务，包括开放词汇检测和分割，以及多模态大模型（LMMs）。
ViTamin 在开放词汇检测任务 OV-LVIS 上，相比比 ViT-L 模型能提高了 3.1%。ViTamin 在 8 个开放词汇分割任务中，相比 ViT-L 平均提升了 2.6%。
ViTamin 能直接迁移到多模态大模型诸如 LLaVA 上，并在 12 个多模态问答等基准上表现出色。值得注意的是，ViTamin 在 7 个开放词汇分割基准上创造了新 SOTA。
在这项工作中，作者们建立了主流视觉模型在视觉语言情境下的评估基准，并对它们进行了重新基准测试。作者们从数据可扩展性、模型可扩展性、特征分辨率和混合架构四个方面考察了主流的视觉模型。
这四个方面的关键发现为 ViTamin 的设计提供指导，ViTamin 模型不仅在零样本 ImageNet 准确率和平均 38 个数据集准确率方面全面超越 ViT，而且在包括开放词汇检测和分割以及大型多模态模型在内的 22 个下游任务上达到了最新的技术水平。
来自智能创作团队
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论文链接：
https://arxiv.org/pdf/2404.02132.pdf
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