MANTIS: Interleaved Multi-Image Instruction Tuning

TL;DR

MANTIS通过指令微调提升多图像视觉语言能力,平均提升13点。

cs.CV 🔴 高级 2024-05-03 2 次浏览
Dongfu Jiang Xuan He Huaye Zeng Cong Wei Max Ku Qian Liu Wenhu Chen
多模态模型 指令微调 视觉语言 多图像处理 性能提升

核心发现

方法论

MANTIS采用指令微调方法,通过构建Mantis-Instruct数据集,包含721K多图像指令数据,训练出具有共指、比较、推理和时间理解能力的模型。模型架构结合LLaMA-3语言模型和CLIP视觉编码器,使用多模态投影器将视觉嵌入映射到文本嵌入空间。

关键结果

  • Mantis-Idefics2在8个多图像基准测试中均取得最优结果,平均超越Idefics2-8B 13个绝对点。
  • 在单图像基准测试中,Mantis与CogVLM和Emu2表现相当,保持强劲性能。
  • Mantis在held-in和held-out基准测试中表现一致,展示了良好的泛化能力。

研究意义

研究表明,通过低成本的指令微调可以有效提升多图像能力,而不是依赖大规模预训练。此方法为未来多模态模型的多图像能力提升提供了新的思路。

技术贡献

MANTIS通过指令微调实现了多图像能力的提升,提供了新的理论保证和工程可能性,与现有SOTA方法的根本区别在于数据集规模和训练效率。

新颖性

MANTIS首次证明多图像能力可以通过指令微调获得,而无需大规模数据预训练,显著减少了计算成本。

局限性

  • 模型在极端复杂场景中可能表现不佳,尤其是需要深度推理的任务。
  • 数据集覆盖面有限,可能影响某些特定任务的表现。

未来方向

未来工作可探索更广泛的多图像任务,优化模型架构以进一步提升性能。

AI 总览摘要

近年来,多模态模型在单图像视觉语言任务中取得了显著进展,但在多图像任务中仍存在挑战。现有模型如OpenFlamingo和Idefics依赖大规模噪声数据预训练,效率低下且效果有限。MANTIS通过指令微调方法,利用学术级资源构建了Mantis-Instruct数据集,成功训练出具有多图像能力的模型。实验结果显示,Mantis-Idefics2在多图像基准测试中取得了最优成绩,并在单图像任务中保持了强劲表现。研究表明,多图像能力不必通过大规模预训练获得,指令微调提供了一种低成本高效的解决方案。未来工作将继续优化模型架构,扩展数据集覆盖范围,以进一步提升多模态模型的多图像能力。

深度分析

研究背景

多模态模型近年来在视觉语言任务中取得了显著进展,尤其是在单图像任务中。然而,多图像任务仍面临挑战,现有模型如OpenFlamingo和Idefics依赖大规模噪声数据预训练,效率低下且效果有限。

核心问题

多图像视觉语言任务需要模型具备共指、比较、推理和时间理解能力,这些能力在实际应用中至关重要,但现有模型在这些任务中的表现仍有待提升。

核心创新

MANTIS通过指令微调方法,构建了Mantis-Instruct数据集,显著提升了模型的多图像能力。与传统方法相比,指令微调无需大规模数据预训练,降低了计算成本。

方法详解

  • �� 构建Mantis-Instruct数据集,包含721K多图像指令数据
  • �� 使用LLaMA-3语言模型和CLIP视觉编码器进行模型训练
  • �� 应用多模态投影器将视觉嵌入映射到文本嵌入空间
  • �� 通过指令微调赋予模型多图像任务能力

实验设计

实验采用8个多图像基准测试和6个单图像基准测试,比较Mantis与现有模型的性能。使用16个A100 GPU进行训练,评估模型在held-in和held-out基准测试中的表现。

结果分析

Mantis-Idefics2在多图像基准测试中取得最优成绩,平均超越Idefics2-8B 13个绝对点。在单图像任务中,Mantis与CogVLM和Emu2表现相当,保持强劲性能。

应用场景

MANTIS可用于多图像视觉语言任务,如图像比较、推理和时间理解,适用于需要处理多图像输入的应用场景。

局限与展望

模型在极端复杂场景中可能表现不佳,尤其是需要深度推理的任务。数据集覆盖面有限,可能影响某些特定任务的表现。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在厨房里做饭,你需要同时处理多个食材。每个食材都有不同的处理方法,比如切片、煮沸或搅拌。MANTIS就像一个聪明的厨师,它能同时处理多个食材,并根据每个食材的特点选择最佳处理方法。通过指令微调,MANTIS学会了如何在多图像任务中找到最佳解决方案,就像厨师在复杂的菜肴中找到最佳烹饪方法。

简单解释 像给14岁少年讲一样

嘿,小伙伴们!想象一下你在玩一个超级酷的游戏,你需要同时关注多个屏幕上的信息。每个屏幕都有不同的任务,比如找到隐藏的宝藏或解开谜题。MANTIS就像一个超级聪明的游戏助手,它能同时处理多个屏幕上的信息,并帮你找到最佳解决方案。通过指令微调,MANTIS学会了如何在多图像任务中找到最佳解决方案,就像游戏助手在复杂的关卡中找到最佳通关方法!

术语表

指令微调 (Instruction Tuning)

一种通过特定指令数据集微调模型的方法,旨在提升模型在特定任务中的表现。

MANTIS通过指令微调提升多图像任务能力。

多模态模型 (Multimodal Model)

能够处理多种数据类型(如图像和文本)的模型。

MANTIS是一种多模态模型,处理图像和文本。

共指 (Co-reference)

理解自然语言表达中的引用并将其与图像关联的能力。

MANTIS在多图像任务中展示了强大的共指能力。

视觉编码器 (Vision Encoder)

将图像数据转换为模型可处理的嵌入表示的组件。

MANTIS使用CLIP视觉编码器进行图像处理。

泛化能力 (Generalization Ability)

模型在未见过的数据或任务上表现良好的能力。

MANTIS在held-in和held-out基准测试中表现一致,展示了良好的泛化能力。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在极端复杂场景中进一步提升模型性能?
  • 2 如何扩展数据集以覆盖更多多图像任务?

应用场景

近期应用

图像比较

MANTIS可用于快速比较多个图像,适用于需要分析图像差异的应用场景。

远期愿景

多图像推理

MANTIS可用于复杂的多图像推理任务,推动视觉语言模型在实际应用中的广泛使用。

原文摘要

Large multimodal models (LMMs) have shown great results in single-image vision language tasks. However, their abilities to solve multi-image visual language tasks is yet to be improved. The existing LMMs like OpenFlamingo, Emu2, and Idefics gain their multi-image ability through pre-training on hundreds of millions of noisy interleaved image-text data from the web, which is neither efficient nor effective. In this paper, we aim to build strong multi-image LMMs via instruction tuning with academic-level resources. Therefore, we meticulously construct Mantis-Instruct containing 721K multi-image instruction data to train a family of Mantis models. The instruction tuning empowers Mantis with different multi-image skills like co-reference, comparison, reasoning, and temporal understanding. We evaluate Mantis on 8 multi-image benchmarks and 6 single-image benchmarks. Mantis-Idefics2 can achieve SoTA results on all the multi-image benchmarks and beat the strongest multi-image baseline, Idefics2-8B by an average of 13 absolute points. Notably, Idefics2-8B was pre-trained on 140M interleaved multi-image data, which is 200x larger than Mantis-Instruct. We observe that Mantis performs equivalently well on the held-in and held-out benchmarks, which shows its generalization ability. We further evaluate Mantis on single-image benchmarks and demonstrate that Mantis also maintains a strong single-image performance on par with CogVLM and Emu2. Our results show that multi-image abilities are not necessarily gained through massive pre-training, instead, they can be gained by low-cost instruction tuning. The training and evaluation of Mantis has paved the road for future work to improve LMMs' multi-image abilities.

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