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Generalized Decoding for Pixel, Image, and Language

Towards a Generalized Multi-Modal Foundation Model

1、概述

X-Decoder没有为视觉和VL任务开发统一的接口，而是建立了一个通用的解码范式，该范式可以通过采用共同的（例如语义）但尊重自然差异（例如空间掩码与序列语言）来无缝连接任务，从而全面显著改进不同的分割和VL工作。

输入：两个查询，(i) generic non-semantic queries that aim to decode segmentation masks for universal segmentation，(ii) newly introduced textual queries to make the decoder language-aware for a diverse set of language-related vision tasks

输出：两种类型，像素级别和token级别。

2、X-Decoder

2.1 Formulation

图片：经过image encoder 得到特征，文本T经过text encoder 编码为，长度为n，非语义查询或者潜在查询，输入X-Decoder输出：

分别是像素级别masks和token级别语义.

在许多以前的统一编码器-解码器模型中，图像和文本在编码器侧融合。这种设计不仅使全局图像-文本对比学习难以解决，而且使生成预训练也难以解决。相反，通过完全解耦图像和文本编码器，并将输出全部用作查询，X-Decoder可以从图像内监督和图像间监督中学习，这对于学习更强的像素级表示和支持不同粒度的任务至关重要。

2.2 Unification of Tasks

Generic Segmentation：

Referring Segmentation：，与一般分割类似，只使用与潜在查询相对应的前m个解码输出。

Image-Text Retrieval：，

Image Captioning and VQA：，这两个任务有两个不同：Captioning遵循因果掩mask策略，而VQA则不遵循。其次，使用Os中的所有输出作为字幕，但仅使用最后一个输出来预测VQA的答案。

之前的一系列工作探索了序列解码接口进行统一。然而，在这项工作中，我们提倡通过功能而不是接口来实现统一，即我们最大限度地共享不同任务的共同部分，同时保持单个任务的其余部分不变。

2.3 Unified Architecture

，不同level的特征

在每一层：先和视觉特征做交叉注意力，然后潜在查询和文本查询做自注意力：

其中，对第一个公式，所有查询和视觉特征做交叉注意力，对于潜在查询，使用masked cross-attention mechanism，对文本查询使用全部注意力。

对第二个公式，（i） 我们使用最后一个潜在查询来提取全局图像表示，剩余的用于一般分割；（ii）对于图像Caption，每个文本查询可以和其自身、前面的文字、所有潜在查询做自注意力；（iii）对于参考分割，潜在查询与所有文本查询做注意力。

对，m个潜在查询输出mask，对于语义输出，为潜在查询和文本查询预测输出，

2.4  End-to-End Pre-training

两种类型的损失函数：Semantic Loss，Mask Loss

1）Semantic Loss：

三个任务对应三个损失函数：

对image-text retrieval，计算语言图片相对损失。最后一个有效的token feature 代表文本，记作，用潜在特征的表示全局图片的特征表示图片，记作，对minibatch  B获得B对特征对：，然后计算点乘得到，然后计算双向交叉熵：

y是class labels。

对于mask classification，包括“background”在内C个类别编码为C个文本查询，提取每个查询最后一个有效特征作为概念表示，然后取对应前（m-1）个潜在查询的decoder输出，计算这些输出和概念表示的点乘，得到，最后计算交叉熵损失：。

对于image captioning，提取所有词汇向量，大小为V，X-Decoder最后n个语义输出，计算点乘得到，和GT的写一个token的id  计算交叉熵。

2）Mask Loss

用Hungarian matching找到和前(m − 1)个输出匹配的GT，使用BCE和DICE计算损失。

3  实验

100 latent queries and 9 decoder layers for segmentation, and we add one additional latent query for image-level task。

Focal-T and DaViT-B/L  as the vision encoder