CLIP在Github上的使用教程

CLIP的github链接：https://github.com/openai/CLIP

CLIP

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CLIP（对比语言-图像预训练）是一个在各种（图像、文本）对上进行训练的神经网络。可以用自然语言指示它在给定图像的情况下预测最相关的文本片段，而无需直接对任务进行优化，这与 GPT-2 和 3 的零镜头功能类似。我们发现，CLIP 无需使用任何 128 万个原始标注示例，就能在 ImageNet "零拍摄 "上达到原始 ResNet50 的性能，克服了计算机视觉领域的几大挑战。

Usage用法

首先，安装 PyTorch 1.7.1（或更高版本）和 torchvision，以及少量其他依赖项，然后将此 repo 作为 Python 软件包安装。在 CUDA GPU 机器上，完成以下步骤即可：

conda install --yes -c pytorch pytorch=1.7.1 torchvision cudatoolkit=11.0
pip install ftfy regex tqdm
pip install git+https://github.com/openai/CLIP.git

将上面的 cudatoolkit=11.0 替换为机器上相应的 CUDA 版本，如果在没有 GPU 的机器上安装，则替换为 cpuonly。

import torch
import clip
from PIL import Image

device = "cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
model, preprocess = clip.load("ViT-B/32", device=device)

image = preprocess(Image.open("CLIP.png")).unsqueeze(0).to(device)
text = clip.tokenize(["a diagram", "a dog", "a cat"]).to(device)

with torch.no_grad():
    image_features = model.encode_image(image)
    text_features = model.encode_text(text)
    
    logits_per_image, logits_per_text = model(image, text)
    probs = logits_per_image.softmax(dim=-1).cpu().numpy()

print("Label probs:", probs)  # prints: [[0.9927937  0.00421068 0.00299572]]

API

CLIP 模块提供以下方法：

clip.available_models()

返回可用 CLIP 模型的名称。例如下面就是我执行的结果。
在这里插入图片描述

clip.load(name, device=..., jit=False)

返回模型和模型所需的 TorchVision 变换（由 clip.available_models() 返回的模型名称指定）。它将根据需要下载模型。name参数也可以是本地检查点的路径。
可以选择指定运行模型的设备，默认情况下，如果有第一个 CUDA 设备，则使用该设备，否则使用 CPU。当 jit 为 False 时，将加载模型的非 JIT 版本。

clip.tokenize(text: Union[str, List[str]], context_length=77)

返回包含给定文本输入的标记化序列的 LongTensor。这可用作模型的输入。

clip.load() 返回的模型支持以下方法：

model.encode_image(image: Tensor)

给定一批图像，返回 CLIP 模型视觉部分编码的图像特征。

model.encode_text(text: Tensor)

给定一批文本标记，返回 CLIP 模型语言部分编码的文本特征。

model(image: Tensor, text: Tensor)

给定一批图像和一批文本标记，返回两个张量，其中包含与每张图像和每个文本输入相对应的 logit 分数。这些值是相应图像和文本特征之间的余弦相似度乘以 100。

More Examples更多实例

Zero-Shot预测

下面的代码使用 CLIP 执行零点预测，如论文附录 B 所示。该示例从 CIFAR-100 数据集中获取一张图片，并预测数据集中 100 个文本标签中最有可能出现的标签。

import os
import clip
import torch
from torchvision.datasets import CIFAR100

# Load the model
device = "cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
model, preprocess = clip.load('ViT-B/32', device)

# Download the dataset
cifar100 = CIFAR100(root=os.path.expanduser("~/.cache"), download=True, train=False)

# Prepare the inputs
image, class_id = cifar100[3637]
image_input = preprocess(image).unsqueeze(0).to(device)
text_inputs = torch.cat([clip.tokenize(f"a photo of a {c}") for c in cifar100.classes]).to(device)

# Calculate features
with torch.no_grad():
    image_features = model.encode_image(image_input)
    text_features = model.encode_text(text_inputs)

# Pick the top 5 most similar labels for the image
image_features /= image_features.norm(dim=-1, keepdim=True)
text_features /= text_features.norm(dim=-1, keepdim=True)
similarity = (100.0 * image_features @ text_features.T).softmax(dim=-1)
values, indices = similarity[0].topk(5)

# Print the result
print("\nTop predictions:\n")
for value, index in zip(values, indices):
    print(f"{cifar100.classes[index]:>16s}: {100 * value.item():.2f}%")

输出结果如下（具体数字可能因计算设备而略有不同）：

Top predictions:

           snake: 65.31%
          turtle: 12.29%
    sweet_pepper: 3.83%
          lizard: 1.88%
       crocodile: 1.75%

请注意，本示例使用的 encode_image() 和 encode_text() 方法可返回给定输入的编码特征。

Linear-probe evaluation线性探针评估

下面的示例使用 scikit-learn 对图像特征进行逻辑回归。

import os
import clip
import torch

import numpy as np
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision.datasets import CIFAR100
from tqdm import tqdm

# Load the model
device = "cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
model, preprocess = clip.load('ViT-B/32', device)

# Load the dataset
root = os.path.expanduser("~/.cache")
train = CIFAR100(root, download=True, train=True, transform=preprocess)
test = CIFAR100(root, download=True, train=False, transform=preprocess)


def get_features(dataset):
    all_features = []
    all_labels = []
    
    with torch.no_grad():
        for images, labels in tqdm(DataLoader(dataset, batch_size=100)):
            features = model.encode_image(images.to(device))

            all_features.append(features)
            all_labels.append(labels)

    return torch.cat(all_features).cpu().numpy(), torch.cat(all_labels).cpu().numpy()

# Calculate the image features
train_features, train_labels = get_features(train)
test_features, test_labels = get_features(test)

# Perform logistic regression
classifier = LogisticRegression(random_state=0, C=0.316, max_iter=1000, verbose=1)
classifier.fit(train_features, train_labels)

# Evaluate using the logistic regression classifier
predictions = classifier.predict(test_features)
accuracy = np.mean((test_labels == predictions).astype(float)) * 100.
print(f"Accuracy = {accuracy:.3f}")