賦予大模型“眼睛”:視覺語(yǔ)言模型帶來(lái)全新的可能
芝能智芯出品
視覺語(yǔ)言模型(VLM)正成為人工智能發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通過將大語(yǔ)言模型(LLM)與視覺編碼器相結(jié)合,VLM 不再局限于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺的封閉任務(wù)框架,而是能以自然語(yǔ)言為接口,對(duì)圖像、視頻和文本進(jìn)行深度理解和靈活生成。
這擴(kuò)展了AI的適用范圍,我們將從VLM的基本架構(gòu)與工作原理出發(fā),分析其能力升級(jí)背后的驅(qū)動(dòng)機(jī)制與現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn),并探討其在產(chǎn)業(yè)落地與未來(lái)演進(jìn)中的關(guān)鍵。
Part 1
從“看得見”到“看得懂”
長(zhǎng)久以來(lái),計(jì)算機(jī)視覺模型的發(fā)展始終受限于其輸入與任務(wù)的靜態(tài)耦合。
無(wú)論是貓狗識(shí)別、車牌識(shí)別,還是文檔掃描,這些模型大多基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)結(jié)構(gòu),在特定數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練并優(yōu)化,面對(duì)任務(wù)或場(chǎng)景的變化便束手無(wú)策。傳統(tǒng)模型不僅無(wú)法靈活遷移,還缺乏對(duì)視覺信息背后語(yǔ)義的理解能力。
VLM將視覺編碼器與大語(yǔ)言模型(LLM)相結(jié)合,使AI不僅“看得見”,更能“看得懂”,甚至“說(shuō)出來(lái)”。
與其說(shuō)VLM是一個(gè)新模型,不如說(shuō)它是一種多模態(tài)智能框架,以統(tǒng)一的語(yǔ)言接口處理多源數(shù)據(jù),模糊了視覺和語(yǔ)言之間的界限,將計(jì)算機(jī)視覺的封閉世界帶入了生成式AI的開放范式中。
VLM 的基本結(jié)構(gòu)可拆解為三部分:視覺編碼器(如 CLIP)、投影器(projector)和大語(yǔ)言模型(如 LLaMA、GPT)。
視覺編碼器將圖像或視頻轉(zhuǎn)化為特征向量,投影器負(fù)責(zé)將這些視覺特征轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)LM可理解的語(yǔ)言“token”,再由 LLM 生成對(duì)話、回答、總結(jié)等自然語(yǔ)言輸出。這種設(shè)計(jì)不僅具備跨模態(tài)理解能力,更實(shí)現(xiàn)了高效的“零樣本學(xué)習(xí)”——即使是未見過的圖像場(chǎng)景,只需一個(gè)合理的提示,VLM 也能做出智能響應(yīng)。從圖像問答、文檔解析,到視頻摘要與圖像推理,VLM 正在快速替代多種特定模型,不再需要為每個(gè)任務(wù)訓(xùn)練一個(gè)獨(dú)立模型,開發(fā)者只需提供文本提示,就可以激活相應(yīng)的視覺能力,將AI的應(yīng)用門檻從模型訓(xùn)練轉(zhuǎn)移到語(yǔ)言表達(dá),大幅降低了實(shí)際部署的復(fù)雜性。
VLM 的通用性和靈活性,已經(jīng)讓它成為從教育、醫(yī)療到物流、制造等多個(gè)行業(yè)的新基建,
◎ 在倉(cāng)儲(chǔ)管理中,集成VLM的視覺智能體可以自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備故障、庫(kù)存缺失,甚至撰寫事故報(bào)告。
◎ 在交通管理領(lǐng)域,VLM可以理解監(jiān)控視頻內(nèi)容,識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)事件,自動(dòng)生成處理建議。
◎ 在教育場(chǎng)景中,能解讀手寫數(shù)學(xué)題,并生成逐步解題方案。這種視覺與語(yǔ)言交織的能力,正是未來(lái)AI平臺(tái)實(shí)現(xiàn)泛化智能的基礎(chǔ)。
VLM 的強(qiáng)大能力來(lái)自于其背后復(fù)雜的訓(xùn)練機(jī)制,模型的訓(xùn)練大致分為兩個(gè)階段:預(yù)訓(xùn)練與監(jiān)督式微調(diào)。
◎ 預(yù)訓(xùn)練階段主要用于對(duì)齊視覺編碼器、投影器和LLM之間的語(yǔ)義表征,使三者在理解圖像與語(yǔ)言時(shí)具備一致的語(yǔ)言空間。◎ 訓(xùn)練數(shù)據(jù)往往包括數(shù)以億計(jì)的圖像-文本對(duì),甚至交錯(cuò)形式的圖文序列,以強(qiáng)化模型在不同模態(tài)間的融合能力。
預(yù)訓(xùn)練后的模型往往缺乏執(zhí)行具體任務(wù)的能力,因此需要進(jìn)入監(jiān)督微調(diào)階段,使用具體的任務(wù)提示與預(yù)期響應(yīng)數(shù)據(jù),如圖像問答、目標(biāo)統(tǒng)計(jì)等,讓模型習(xí)得如何根據(jù)輸入指令給出準(zhǔn)確響應(yīng)。
最終,部分企業(yè)或組織還會(huì)使用 PEFT(參數(shù)高效微調(diào))方法,在小規(guī)模數(shù)據(jù)上快速適配特定行業(yè)任務(wù),構(gòu)建定制化的垂直VLM。
Part 2
視覺語(yǔ)言模型
如何賦能關(guān)鍵應(yīng)用?
在工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景中,VLM 被集成到工廠監(jiān)控系統(tǒng)中,成為具有事件檢測(cè)與決策支持能力的“視覺智能體”。
例如,在一個(gè)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中,VLM 不僅能識(shí)別特定事件(如物料掉落、貨架空缺),還可以總結(jié)操作流程、判斷異常來(lái)源,并用自然語(yǔ)言生成報(bào)告供管理人員查看。這種“用文字說(shuō)出看到的內(nèi)容”的能力,大大節(jié)約了人工監(jiān)控的成本和時(shí)間。
在公共安全領(lǐng)域,VLM 的視頻理解能力被廣泛應(yīng)用于智能交通。
比如一個(gè)交通系統(tǒng)攝像頭記錄下十字路口的視頻,VLM 能分析畫面中車輛的行為,檢測(cè)是否有違章停車、事故發(fā)生、行人穿越紅燈等事件,并實(shí)時(shí)生成語(yǔ)義化描述。甚至,它還可以基于多個(gè)攝像頭對(duì)比分析,復(fù)盤事故發(fā)生前后的行為鏈,輔助交通管理部門快速響應(yīng)。
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng),大多依賴卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)對(duì)圖像進(jìn)行分類、檢測(cè)或分割。
然而,它們的任務(wù)是靜態(tài)的、單一的,無(wú)法通過語(yǔ)言進(jìn)行指令引導(dǎo)。例如,一個(gè)貓狗識(shí)別模型無(wú)法回答“這只貓?zhí)稍诖芭_(tái)上還是沙發(fā)上?”這類問題。
相反,VLM 利用視覺編碼器+投影器+LLM的三段式結(jié)構(gòu),使 AI 能夠像人一樣用語(yǔ)言處理視覺輸入,從而完成更復(fù)雜、更靈活的任務(wù)。
這種能力主要來(lái)自于模型訓(xùn)練階段的多模態(tài)對(duì)齊:視覺編碼器在理解圖像,LLM 在理解文本,而投影器則作為橋梁,統(tǒng)一圖像標(biāo)記(tokens)與語(yǔ)言語(yǔ)義。
通過大規(guī)模圖文配對(duì)樣本的訓(xùn)練,模型逐漸學(xué)會(huì)如何將視覺感知轉(zhuǎn)化為語(yǔ)言表達(dá),這使得它既能完成傳統(tǒng) CV 任務(wù),也能勝任問答、解釋、推理等語(yǔ)言驅(qū)動(dòng)型任務(wù)。
VLM 的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是提示驅(qū)動(dòng)的零樣本能力。傳統(tǒng)模型要完成一個(gè)新任務(wù),比如“識(shí)別辦公環(huán)境中存在的風(fēng)險(xiǎn)行為”,往往需要標(biāo)注新的數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練。
而 VLM 只需一句提示:“請(qǐng)指出這張照片中是否存在不符合安全規(guī)定的行為”,即可基于已有知識(shí)進(jìn)行推理。
小結(jié)
視覺語(yǔ)言模型的出現(xiàn)不僅改變了我們處理圖像和文本的方式,更正在重新定義“智能”的內(nèi)涵。從安防、工業(yè)、交通,VLM 正在不斷打破應(yīng)用邊界,替代多個(gè)孤立的視覺模型,這個(gè)是我們持續(xù)要跟蹤的。
原文標(biāo)題 : 賦予大模型“眼睛”:視覺語(yǔ)言模型帶來(lái)全新的可能

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