Omni-RGPT:通过标记符号统一图像和视频区域级理解

Omni-RGPT: Unifying Image and Video Region-level Understanding via Token Marks

January 14, 2025
作者: Miran Heo, Min-Hung Chen, De-An Huang, Sifei Liu, Subhashree Radhakrishnan, Seon Joo Kim, Yu-Chiang Frank Wang, Ryo Hachiuma
cs.AI

摘要

我们提出了Omni-RGPT,这是一个多模态大型语言模型,旨在促进对图像和视频的区域级理解。为了实现跨时空维度的一致区域表示,我们引入了Token Mark,一组突出显示视觉特征空间中目标区域的标记。这些标记直接嵌入到空间区域中,使用区域提示(例如,框或蒙版),同时并入文本提示以指定目标,建立视觉和文本标记之间的直接连接。为了进一步支持视频理解而无需轨迹片段,我们引入了一个辅助任务,通过利用标记的一致性来指导Token Mark,实现视频中稳定的区域解释。此外,我们还引入了一个大规模的区域级视频指导数据集(RegVID-300k)。Omni-RGPT在基于图像和视频的常识推理基准上取得了最先进的结果,同时在字幕生成和指代表达理解任务中表现出色。
English
We present Omni-RGPT, a multimodal large language model designed to facilitate region-level comprehension for both images and videos. To achieve consistent region representation across spatio-temporal dimensions, we introduce Token Mark, a set of tokens highlighting the target regions within the visual feature space. These tokens are directly embedded into spatial regions using region prompts (e.g., boxes or masks) and simultaneously incorporated into the text prompt to specify the target, establishing a direct connection between visual and text tokens. To further support robust video understanding without requiring tracklets, we introduce an auxiliary task that guides Token Mark by leveraging the consistency of the tokens, enabling stable region interpretation across the video. Additionally, we introduce a large-scale region-level video instruction dataset (RegVID-300k). Omni-RGPT achieves state-of-the-art results on image and video-based commonsense reasoning benchmarks while showing strong performance in captioning and referring expression comprehension tasks.

Summary

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论文概述

本文介绍了Omni-RGPT,这是一个多模态大型语言模型,旨在实现图像和视频的区域级理解。通过引入Token Mark和辅助任务,实现了视频中的稳健区域理解,并在多个任务中取得了最先进的成果。

核心贡献

  • 引入Token Mark,将空间区域特定信息整合到视觉tokens中。
  • 提出Temporal Region Guide Head,增强视频帧间的区域一致性。
  • 创新性地设计了大规模视频指导数据集RegVID-300k,支持视频理解。

研究背景

本研究针对图像和视频领域的区域级理解问题展开,通过引入新的Token Mark和辅助任务,填补了现有研究的空白,提高了视频理解的效率和准确性。

研究缺口

  • 先前方法主要依赖于边界框坐标或RoI特征,而本文引入了Token Mark以实现一致的区域表示。
  • 缺乏针对视频输入的稳定区域解释方法,本文通过Temporal Region Guide Head解决了这一问题。

技术挑战

  • 视频中区域级理解面临着空间和时间视觉信息处理的挑战。
  • 如何有效整合文本提示和视觉tokens以实现准确的区域理解是当前技术面临的挑战。

先前方法

  • 以往的方法在视频理解中存在稳定性和准确性方面的不足,本文通过引入Token Mark和辅助任务提高了模型性能。

方法论

本文方法论基于Token Mark和辅助任务设计,包括理论基础、技术架构、实现细节和创新点。

理论基础

  • 采用RegionGPT的预训练方法,结合微调图像和视频数据集。
  • 在图像预训练中使用全局图像-文本配对数据集,联合微调使用多个数据集。

技术架构

  • 模型架构包括视觉编码器和语言模型,通过Token Mark实现文本提示和视觉tokens的连接。
  • 使用Region prompts标识目标区域,Token Mark为区域分配唯一表示以实现一致性引用。

实现细节

  • 实验采用VILA框架,使用Llama-2作为语言模型,CLIP-ViT-L作为视觉编码器。
  • 训练分为预训练和微调两个阶段,采用不同数据集进行模型训练。

创新点

  • 引入Token Mark和Temporal Region Guide Head,提高了视频理解的稳定性和准确性。
  • 通过RegVID-300k数据集支持视频理解,实现了区域级视频指导的有效性。

实验验证

本文通过具体设置、评估指标、结果展示和与基线方法的比较,验证了模型的性能。

设置

  • 实验采用Causal-VidQA基准测试展示了方法在视频问题回答任务中的表现。
  • 使用不同数据集进行预训练和微调,包括全局图像-文本配对数据集和高质量GPT辅助区域感知图像数据集。

评估指标

  • 通过POPE评估协议验证模型在MSCOCO数据集上的对象幻觉评估结果。
  • 展示了模型在图像和视频场景中的区域级理解能力的可视化结果。

结果

  • 模型在视频理解任务中表现出色,尤其在VCR和Causal-VidQA基准测试中取得领先性能。
  • RegVID-300k数据集对模型性能有积极影响,提高了视频理解的准确性。

比较分析

  • 与基线方法相比,Omni-RGPT在不同任务中展现出竞争性能,即使没有任务特定微调也能保持稳定性。

影响与启示

本研究的关键发现、局限性和未来研究方向,以及实际意义。

关键发现

  • Omni-RGPT在图像和视频理解任务中表现出色,具有强大的区域级理解能力。
  • 通过可视化分析和消融研究验证了模型的有效性和鲁棒性。

局限性

  • 模型在小物体理解和图像QA方面存在一定限制,需要进一步优化。
  • 在处理长视频和多样真实场景时,仍存在挑战,需要进一步研究。

未来方向

  • 可能将区域级理解扩展到长视频,以更好地捕捉多样的真实场景。
  • 进一步优化模型在小物体理解和图像QA方面的性能,提高模型的全面性能。

实际意义

  • 该研究为图像和视频理解领域带来了新的思路和方法,有望在实际应用中提高视觉理解的效率和准确性。
  • 模型的稳定性和性能优势为多领域的实际应用提供了有力支持,具有广泛的实际意义。
PDF342January 15, 2025