使用人工智能幻覺(jué)評(píng)估圖像真實(shí)感?

作者：朱先忠 2025-04-09 08:23:49

本文提出了一種使用人工智能幻覺(jué)來(lái)評(píng)估圖像真實(shí)感的新方法，對(duì)此方法的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行詳細(xì)闡述，并給出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明。

譯者 | 朱先忠

審校 | 重樓

引言

最近，俄羅斯的一項(xiàng)新研究提出了通過(guò)一種非常規(guī)方法來(lái)檢測(cè)不切實(shí)際的人工智能生成的圖像。這種方法的主要思想是：不是通過(guò)提高大型視覺(jué)語(yǔ)言模型（LVLM）的準(zhǔn)確性，而是通過(guò)有意利用它們產(chǎn)生幻覺(jué)的傾向。

這種新方法使用LVLM提取有關(guān)圖像的多個(gè)“原子事實(shí)”，然后應(yīng)用自然語(yǔ)言推理（NLI）系統(tǒng)地衡量這些陳述之間的矛盾，從而有效地將模型的缺陷轉(zhuǎn)化為檢測(cè)違背常識(shí)的圖像的診斷工具。

WHOOPS!數(shù)據(jù)集中的兩幅圖像以及LVLM模型自動(dòng)生成的語(yǔ)句（左側(cè)圖像非常逼真，因此可以產(chǎn)生一致的描述，而右側(cè)圖像則不同尋常，導(dǎo)致模型產(chǎn)生幻覺(jué)，產(chǎn)生矛盾或錯(cuò)誤的語(yǔ)句。圖片來(lái)源：https://arxiv.org/pdf/2503.15948）

當(dāng)被要求評(píng)估第二幅圖像的真實(shí)度時(shí)，LVLM發(fā)現(xiàn)有些不對(duì)勁，因?yàn)樗枥L的駱駝?dòng)腥齻€(gè)駝峰，這在自然界中是未知的。

然而，LVLM最初將大于2個(gè)駝峰與大于2只動(dòng)物混為一談，因?yàn)檫@是你在一張“駱駝圖片”中看到三個(gè)駝峰的唯一方式。然后，它繼續(xù)產(chǎn)生幻覺(jué)，產(chǎn)生比三個(gè)駝峰更不可能的東西（即“兩個(gè)頭”），并且從未詳細(xì)描述似乎引發(fā)其懷疑的內(nèi)容——不太可能的額外駝峰。

這項(xiàng)新研究的研究人員發(fā)現(xiàn)，LVLM模型可以原生地執(zhí)行此類評(píng)估，并且與針對(duì)此類任務(wù)進(jìn)行微調(diào)的模型相當(dāng)（甚至更好）。由于微調(diào)復(fù)雜、昂貴且在下游適用性方面相當(dāng)脆弱；因此，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)前AI革命中最大的障礙之一的原生用途是對(duì)文獻(xiàn)中總體趨勢(shì)的一次令人耳目一新的轉(zhuǎn)變。

開(kāi)放式評(píng)估

作者斷言，上述方法的重要性在于它可以與開(kāi)源框架一起部署。雖然像ChatGPT這樣的先進(jìn)且高投資的模型（該論文承認(rèn)）可能在這項(xiàng)任務(wù)中提供更好的結(jié)果，但對(duì)于我們大多數(shù)人（尤其是業(yè)余愛(ài)好者和VFX社區(qū)）來(lái)說(shuō)，該文獻(xiàn)的真正價(jià)值在于有可能在本地實(shí)現(xiàn)中融入和開(kāi)發(fā)新的突破；相反，所有注定要用于專有商業(yè)API系統(tǒng)的產(chǎn)品都可能被撤回、任意漲價(jià)和經(jīng)受審查——這些審查政策更有可能反映公司的企業(yè)關(guān)切，而不是用戶的需求和責(zé)任。

這篇新論文的標(biāo)題為《不要對(duì)抗幻覺(jué)，而要利用它們：使用NLI而非原子事實(shí)估計(jì)圖像真實(shí)性》，該文由來(lái)自斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)學(xué)院（Skoltech）、莫斯科物理技術(shù)學(xué)院以及俄羅斯公司MTSAI和AIRI的五名研究人員共同撰寫(xiě)。該論文還提供了一個(gè)相應(yīng)的GitHub頁(yè)面。

研究方法

論文作者們使用以色列/美國(guó)WHOOPS！數(shù)據(jù)集研究這個(gè)項(xiàng)目：

WHOOPS！數(shù)據(jù)集中不可能出現(xiàn)的圖像示例。值得注意的是，這些圖像如何組合合理的元素，并且它們的不可能性必須基于這些不兼容方面的串聯(lián)來(lái)計(jì)算。來(lái)源：https://whoops-benchmark.github.io/

該數(shù)據(jù)集包含500張合成圖像和超過(guò)10,874條注釋，專門(mén)用于測(cè)試AI模型的常識(shí)推理和構(gòu)圖理解。它是與設(shè)計(jì)師合作創(chuàng)建的，這些設(shè)計(jì)師的任務(wù)是通過(guò)文本到圖像系統(tǒng)（例如Midjourney和DALL-E系列）生成具有挑戰(zhàn)性的圖像——產(chǎn)生難以或不可能自然捕捉的場(chǎng)景：

WHOOPS!數(shù)據(jù)集中的更多示例。來(lái)源：https://huggingface.co/datasets/nlphuji/whoops

他們提出的新方法可劃分為三個(gè)階段：首先，LVLM（具體來(lái)說(shuō)是LLaVA-v1.6-mistral-7b）被提示生成多個(gè)描述圖像的簡(jiǎn)單語(yǔ)句（稱為“原子事實(shí)”）。這些語(yǔ)句是使用多樣化集束搜索生成的，確保輸出的可變性。

多樣化集束搜索通過(guò)優(yōu)化多樣性增強(qiáng)目標(biāo)，提供了更多種類的字幕選項(xiàng)（來(lái)源：https://arxiv.org/pdf/1610.02424）

接下來(lái)，他們使用自然語(yǔ)言推理模型系統(tǒng)地將每個(gè)生成的語(yǔ)句與每個(gè)其他語(yǔ)句進(jìn)行比較，該模型分配的分?jǐn)?shù)反映了語(yǔ)句對(duì)是否相互包含、矛盾或中立。

矛盾的話，表明圖像中存在幻覺(jué)或不切實(shí)際的元素：

實(shí)驗(yàn)中使用的檢測(cè)管道的架構(gòu)

最后，他們將這些成對(duì)的NLI分?jǐn)?shù)聚合為單個(gè)“現(xiàn)實(shí)分?jǐn)?shù)”，以量化生成的語(yǔ)句的整體一致性。

研究人員探索了不同的聚合方法，發(fā)現(xiàn)基于聚類的方法效果最佳。他們應(yīng)用k-means聚類算法將單個(gè)NLI分?jǐn)?shù)分成兩個(gè)聚類，然后選擇值較低的聚類的質(zhì)心作為最終指標(biāo)。

使用兩個(gè)聚類直接符合分類任務(wù)的二元性質(zhì)，即區(qū)分真實(shí)圖像和非真實(shí)圖像。其邏輯類似于簡(jiǎn)單地選擇總體最低分；然而，聚類允許指標(biāo)表示多個(gè)事實(shí)的平均矛盾，而不是依賴于單個(gè)異常值。

數(shù)據(jù)和測(cè)試

研究人員使用旋轉(zhuǎn)測(cè)試分割（即交叉驗(yàn)證）在WHOOPS!基線基準(zhǔn)上測(cè)試了他們的系統(tǒng)。測(cè)試的模型是分割的BLIP2 FlanT5-XL和BLIP2 FlanT5-XXL，以及零樣本格式的BLIP2 FlanT5-XXL（即無(wú)需額外訓(xùn)練）。

對(duì)于遵循指令的基線，作者用短語(yǔ)“Is this unusual? Please explain briefly with a short sentence（這不尋常嗎？請(qǐng)用一個(gè)簡(jiǎn)短的句子簡(jiǎn)要解釋一下）”提示LVLM，先前的研究發(fā)現(xiàn)這對(duì)發(fā)現(xiàn)不切實(shí)際的圖像很有效。

評(píng)估的模型是LLaVA 1.6 Mistral 7B、LLaVA 1.6 Vicuna 13B和兩種大小（7/130億個(gè)參數(shù)）的InstructBLIP。

測(cè)試過(guò)程圍繞102對(duì)真實(shí)和非真實(shí)（“怪異”）圖像展開(kāi)。每對(duì)圖像由一張正常圖像和一張違背常理的圖像組成。

三位人類注釋者對(duì)圖像進(jìn)行了標(biāo)注，達(dá)成了92%的共識(shí)，表明人類對(duì)“怪異”的定義具有高度的認(rèn)同感。評(píng)估方法的準(zhǔn)確性是通過(guò)正確區(qū)分現(xiàn)實(shí)和非現(xiàn)實(shí)圖像的能力來(lái)衡量的。

該系統(tǒng)使用三重交叉驗(yàn)證進(jìn)行評(píng)估，使用固定種子隨機(jī)打亂數(shù)據(jù)。作者在訓(xùn)練期間調(diào)整了蘊(yùn)涵分?jǐn)?shù)（邏輯上一致的陳述）和矛盾分?jǐn)?shù)（邏輯上沖突的陳述）的權(quán)重，而“中性”分?jǐn)?shù)固定為零。最終準(zhǔn)確率計(jì)算為所有測(cè)試分割的平均值。

對(duì)五個(gè)生成事實(shí)的子集進(jìn)行不同NLI模型和聚合方法的比較，以準(zhǔn)確性作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于上面顯示的初步結(jié)果，論文指出：

“clust方法脫穎而出，成為表現(xiàn)最佳的方法之一。這意味著，匯總所有矛盾分?jǐn)?shù)至關(guān)重要，而不是只關(guān)注極端值。此外，最大的NLI模型（nli-deberta-v3-large）在所有聚合方法中的表現(xiàn)優(yōu)于所有其他模型，這表明它更有效地抓住了問(wèn)題的本質(zhì)。”

作者發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)權(quán)重始終傾向于矛盾而非蘊(yùn)涵，這表明矛盾對(duì)于區(qū)分不切實(shí)際的圖像更具參考價(jià)值。他們的方法優(yōu)于測(cè)試的所有其他零樣本方法，接近經(jīng)過(guò)微調(diào)的BLIP2模型的性能：

各種方法在WHOOPS!基準(zhǔn)上的表現(xiàn)。微調(diào)（ft）方法顯示在頂部，而零樣本（zs）方法列在下面。其中，模型大小表示參數(shù)數(shù)量，準(zhǔn)確率用作評(píng)估指標(biāo)

他們還指出，在同樣的提示下，InstructBLIP的表現(xiàn)優(yōu)于同類LLaVA模型，這多少有點(diǎn)出乎意料。在承認(rèn)GPT-4o的卓越準(zhǔn)確性的同時(shí)，該論文強(qiáng)調(diào)了作者傾向于展示實(shí)用的開(kāi)源解決方案，而且似乎可以合理地宣稱在明確利用幻覺(jué)作為診斷工具方面具有新穎性。

結(jié)論

作者承認(rèn)他們的項(xiàng)目得益于2024年FaithScore活動(dòng)，這是德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校和約翰霍普金斯大學(xué)合作舉辦的活動(dòng)。

FaithScore評(píng)估的工作原理說(shuō)明。首先，識(shí)別LVLM生成的答案中的描述性陳述。接下來(lái)，將這些陳述分解為單個(gè)原子事實(shí)。最后，將原子事實(shí)與輸入圖像進(jìn)行比較以驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。其中，帶下劃線的文本突出顯示客觀描述內(nèi)容，而藍(lán)色文本表示幻覺(jué)陳述，從而使FaithScore能夠提供可解釋的事實(shí)正確性衡量標(biāo)準(zhǔn)。來(lái)源：https://arxiv.org/pdf/2311.01477

FaithScore通過(guò)驗(yàn)證與圖像內(nèi)容的一致性來(lái)衡量LVLM生成的描述的忠實(shí)度，而新論文中抽出的方法明確利用了LVLM幻覺(jué)，通過(guò)使用自然語(yǔ)言推理生成的事實(shí)中的矛盾來(lái)檢測(cè)不切實(shí)際的圖像。

新成果自然取決于當(dāng)前語(yǔ)言模型的怪異之處，以及它們產(chǎn)生幻覺(jué)的傾向。如果模型開(kāi)發(fā)最終產(chǎn)生一個(gè)完全不產(chǎn)生幻覺(jué)的模型，那么新成果的一般原理也將不再適用。然而，這仍然是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的前景。