OpenAI CLIP 论文解读

GiantPandaCV导语：视频内容主要是讲解 CLIP 这篇文章的思路，值得一看

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视频太长不看版：

CLIP 训练阶段

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模型架构分为两部分，图像编码器和文本编码器，图像编码器可以是比如 resnet50，然后文本编码器可以是 transformer。

训练数据是网络社交媒体上搜集的图像文本对。在训练阶段，对于一个batch 的数据，首先通过文本编码器和图像编码器，得到文本和图像的特征，接着将所有的文本和图像特征分别计算内积，就能得到一个矩阵，然后从图像的角度看，行方向就是一个分类器，从文本角度看，列方向也是一个分类器。

而由于我们已经知道一个batch中的文本和图像的匹配关系，所以目标函数就是最大化同一对图像和文本特征的内积，也就是矩阵对角线上的元素，而最小化与不相关特征的内积。文章的作者从社交媒体上搜集了有大约4亿对的数据。

CLIP 测试阶段

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在测试阶段，可以直接将训练好的CLIP用于其他数据集而不需要finetune。和训练阶段类似，首先将需要分类的图像经过编码器得到特征，然后对于目标任务数据集的每一个标签，或者你自己定义的标签，都构造一段对应的文本，如上图中的 dog 会改造成 "A photo of a dog"，以此类推。然后经过编码器得到文本和图像特征，接着将文本特征与图像特征做内积，内积最大对应的标签就是图像的分类结果。这就完成了目标任务上的 zero-shot 分类。

一些有趣的实验结果

在27个数据集上与有监督resnet50的对比

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上图是在27个数据集上的对比实验结果，Linear Probe ResNet50 是指首先将 ResNet50 在 imagenet 数据集上做预训练。接着扔掉最后一层全连接并固定网络参数，重新添加一层线性分类器，然后在这27个数据集上重新训练新增的这层分类器。从实验结果上看，Zero-Shot CLIP 在其中16个数据集上都超过了 Linear Probe ResNet50，甚至包括了 imagenet。

在 ImageNet 变种数据集上与resnet101对比

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这个实验是对于imagenet数据集经过重新的筛选，制作了几个变种的版本。然后将 Zero-Shot CLIP 与在 Imagenet 上有监督训练的 ResNet101 在这些数据集上的分类精度做对比。可以看到随着变种版本的难度增大，ResNet101分类精度愈来愈差，而CLIP的表现则依然很坚挺。

通过添加标签对CLIP分类效果的影响

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这是在一个人脸数据集上的实验结果，最上面的 Table 6 是表示数据集标签包含7个人类种族、3类罪犯相关的标签和4类非人类的标签。Table 7 才是重点，表示各个年龄段的人脸识别为罪犯或者非人类的图片比例，可以看到通过给 Default Label Set 添加一个新的 'child' 儿童这个类别，0~19岁低年龄段的人脸的误识别率都降低了很多，因为CLIP分类的时候多了个儿童这个选项。通过这个实验说明文本编码器部分的标签文本构造对CLIP分类结果的影响非常大。

总结

CLIP提供一个如何做 zero-shot 分类的思路，且模型鲁棒性强。基于 CLIP 可以自由定义自己的分类器，而且与现有的很多工作结合或许玩出很多花样，比如 DALL·E 中用到了 CLIP，又比如有人已经把 CLIP 和 stylegan 结合来生成图片，又或者可以和 GPT-3 结合等等。想了解更多详细内容可以阅读原文章或者观看视频。

原论文链接：https://arxiv.org/pdf/2103.00020.pdf