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VLM Foundation · Plate Nº 133

Improved Baselines with Visual Instruction Tuning

33 min read · 11577 字 · ⭐⭐ · 长篇结构化

📌 系列说明:本篇是 LLaVA-1.5(2023-10 改进版),主题入门三连选它是因为配方更成熟。想理解"视觉指令微调"这个范式的原始动机,请先读初代 LLaVA(本站 13 篇任务论文之一)。

LLaVA-1.5: Improved Baselines with Visual Instruction Tuning

这是一份给"完全没接触过 AI"的读者看的精读笔记。语言尽量像聊天,公式全部翻译成人话。

一句话讲什么(TL;DR)

给初代 LLaVA 换了四个零件——更厚的镜片(两层 MLP)、更高的分辨率(336px)、更丰富的教材(665K 混合数据)、更聪明的大脑(Vicuna-1.5)——模型本身一行代码没改,就在 12 个看图答题榜单上拿了开源第一。

所以这一节是想说:LLaVA-1.5 不是新发明,而是一次"用已知有效的小改动叠加出最大收益"的工程示范。


这是个什么场景

想象你在厨房里做菜。你有一口家用炒锅(模型架构),上次做的是最简单的番茄炒蛋——味道还行,但客人说"蛋有点老、番茄没入味、盐不太够"。

你面前有两条路:

第一条路是"换一口专业锅"——买铸铁锅、搪瓷锅、砂锅各来一口,搞一大堆新设备。这就像 BLIP-2 那种思路,用 Q-Former 这种精密的"翻译器"来连接视觉和语言。设备确实专业,但学习成本高、买来可能一半用不上。

第二条路是"还用这口锅,但把火候调对、食材选好、调料放全"。LLaVA-1.5 选的就是第二条路:同一口锅,火开大一点(分辨率 224→336)、镜片从一片换成两片(线性层→两层 MLP)、教材从一本换成一套(158K→665K)、食材用最新鲜的(Vicuna 换成基于 LLaMA-2 的 Vicuna-1.5)。四个调整都不大,但叠在一起效果惊人——在 12 个主流看图答题 benchmark 上拿了当时的开源第一名。

这个场景代表了 2023 年下半年开源 VLM(视觉语言模型)圈的一个关键转折点:大家发现,在架构上花大力气设计复杂桥接层(Q-Former、cross-attention 等),不如在数据和工程上做对几件简单的事。LLaVA-1.5 用最小的改动成本,把这个信念变成了数字上的铁证。

所以这一节是想说:LLaVA-1.5 要解决的问题是——在不动大架构的前提下,怎么用最小改动把初代 LLaVA 从"能聊天"提升到"看图答题也很准"。


Improved Baselines with Visual Instruction Tuning — 场景示意:这论文要解决的现实问题
Plate Nº IImproved Baselines with Visual Instruction Tuning — 场景示意:这论文要解决的现实问题

之前的人怎么做的,为什么不够好

在 LLaVA-1.5 出现之前(2023 年 10 月),"让 AI 看图说话"这个问题已经有了好几种方案,但各有痛点:

初代 LLaVA(2023 年 4 月)率先证明了一个大胆的想法:用一层线性投影把 CLIP 视觉编码器的输出直接接到大语言模型 Vicuna 上,再用 GPT-4 自动生成的 158K 多模态指令数据做微调。效果是"聊天能力不错"(相对 GPT-4 得分 67.3%),但在学术 VQA 榜单上分数平平——因为它的训练数据里几乎没有"看图答短答题"这类练习,而且分辨率只有 224x224,图里的小字和细节都糊成一团。

BLIP-2(2023 年 1 月,Salesforce)走了另一条路:用一个叫 Q-Former 的"压缩翻译器",把视觉编码器输出的几百个 token 压缩成 32 个"精华 token"再喂给冻结的 LLM。好处是推理速度快、训练参数少(只有 188M),但代价是训练流程复杂(两阶段预训练 + Q-Former 的三种注意力掩码),而且因为 LLM 被完全冻结,对话和推理能力受限——它更擅长"一句话描述图片"而不是"和你讨论图片"。

InstructBLIP(2023 年 6 月)在 BLIP-2 基础上加了指令微调,VQA 分数确实上去了,但 Q-Former 的训练依然复杂,而且整套系统和 BLIP-2 的预训练流程高度耦合,不好拆开单独改。

Flamingo / OpenFlamingo(2022/2023,DeepMind)用了最"重型"的方案——在 LLM 的每一层都插入 cross-attention 来注入视觉信息。效果确实好(32-shot 就超越了很多全量微调的模型),但 80B 参数、闭源、架构复杂到普通实验室根本没法复现。

MiniGPT-4、mPLUG-Owl 等同期工作思路类似,但要么对话强 VQA 弱,要么 VQA 强但配方复杂、不好复现。

总结一下这些方案的共同短板:要么架构太复杂(Q-Former、多层 cross-attention),要么训练数据不够多样(只有聊天数据没有 VQA 数据),要么分辨率太低看不清细节,要么 LLM 被冻结导致对话能力受限。而且大家似乎都在"架构创新"这条路上内卷——谁能发明一种更精巧的桥接方式,谁就能发论文。

LLaVA-1.5 的出现给了一个完全相反的答案:不需要发明新架构,把已知有效的小改动叠在一起就够了。

所以这一节是想说:之前的方案要么太复杂,要么数据不全面,要么分辨率太低——LLaVA-1.5 的前辈们都在架构上使劲,却忽略了"数据和工程细节"才是真正的瓶颈。


这篇论文的新想法

LLaVA-1.5 的核心信念可以用一句话概括:做菜不在锅多花哨,而在选对食材、调好火候。

具体来说,作者赌的是两件事:

第一,桥接层不需要花哨。初代 LLaVA 用一层线性投影连接视觉编码器和 LLM,效果已经不错。LLaVA-1.5 只是把它从"一片镜片"换成"两片镜片"——从单层线性层换成两层 MLP(中间加一个 GELU 非线性激活)。参数从 4M 增长到约 33M,仍然远小于 BLIP-2 Q-Former 的 188M。这个改动的逻辑是:CLIP 视觉空间和 LLM 词嵌入空间之间的映射不是简单的线性关系(旋转 + 平移),需要一点非线性能力来捕捉更复杂的对应关系。但两层就够了——不需要搞到 Q-Former 那么复杂。

第二,数据才是真正的瓶颈。初代 LLaVA 的训练数据只有 GPT-4 生成的 158K 多模态对话,而这些对话主要是"聊天"风格——"这张图里有什么?""帮我描述一下这个场景。"但学术 VQA 榜单考的是另一种能力:"这张图里的数字是什么?"(OCR)、"图里的动物属于什么类别?"(常识推理)、"这道题选 A 还是 B?"(选择题)。模型没做过这类题,考试当然考不好。LLaVA-1.5 的解决方案很直接:把这些题型的数据集直接混进训练数据里——加入 VQAv2、GQA、OCR-VQA、TextCaps、A-OKVQA 等学术数据集,总量从 158K 扩展到 665K。

底层逻辑:左边的"眼睛"(CLIP ViT-L/14@336px)和右边的"嘴巴"(Vicuna-1.5 大语言模型)都已经足够强了。中间那座桥不必复杂,真正决定 VLM 上限的是它做过哪些类型的题。这个洞察后来被 2024 年几乎所有开源 VLM 继承——InternVL、Qwen-VL-2、LLaVA-NeXT 都走了"简单桥 + 好数据"的路线。

所以这一节是想说:LLaVA-1.5 的核心创新不是新架构,而是一个信念——"简单架构 + 好数据 + 好工程 > 复杂架构"——并用实验数据证明了它。


它分几步做的(方法)

Figure 1(ar5iv 原图)
Plate Nº IIFigure 1(ar5iv 原图)

上图说明:Figure 1(ar5iv 原图)(论文原图)。

Figure 2(ar5iv 原图)
Plate Nº IIIFigure 2(ar5iv 原图)

上图说明:Figure 2(ar5iv 原图)(论文原图)。

Figure 3(ar5iv 原图)
Plate Nº IVFigure 3(ar5iv 原图)

上图说明:Figure 3(ar5iv 原图)(论文原图)。

这是全文最重要的一节。LLaVA-1.5 的方法可以拆成四大块:架构设计、两阶段训练流程、数据配方、以及一系列工程细节。我们逐个拆解。

下图是"三件套"的数据流管道(眼睛 → 镜片 → 嘴巴):

   输入图像 336×336
        │
        ▼
┌────────────────────┐
│ CLIP ViT-L/14@336  │  切成 24×24 = 576 patch
│ (视觉编码器, 冻结) │  每 patch → 1024 维向量
└─────────┬──────────┘
          │ 576 × 1024
          ▼
┌────────────────────┐
│ 两层 MLP + GELU    │  1024 →(GELU)→ 4096
│ (连接器, ~33M 可训)│  对齐 LLM 词嵌入维度
└─────────┬──────────┘
          │ 576 × 4096  (576 个"假装是词"的向量)
          ▼
   ┌──────────────────────────────────────────┐
   │ [视觉token×576] + [用户问题文字 token]     │  拼接成一条序列
   └──────────────────────┬───────────────────┘
                          ▼
              ┌────────────────────────┐
              │ Vicuna-1.5 (LLaMA-2)   │  自回归生成答案
              │ (LLM, Stage2 微调)     │
              └───────────┬────────────┘
                          ▼
                    文字回答

上图说明:冻结的 CLIP 把图切成 576 个 patch 向量,两层 MLP 翻译成 LLM 词嵌入维度,拼到问题前面交给 Vicuna-1.5 像聊天一样续写答案——桥极简,理解交给 LLM。

1. 架构:CLIP ViT-L/14@336px → 两层 MLP → Vicuna-1.5

1.1 整体管道

LLaVA-1.5 的架构和初代 LLaVA 几乎一样,仍然是"三件套":

  • 眼睛(视觉编码器):CLIP ViT-L/14,输入分辨率 336x336。这是一个已经在 4 亿图文对上预训练好的图像识别模型,冻结不动,只负责把图片变成一串数字向量。
  • 翻译镜片(视觉-语言连接器):两层 MLP,负责把眼睛输出的向量"翻译"成嘴巴听得懂的格式。
  • 嘴巴(大语言模型):Vicuna-1.5(基于 LLaMA-2 微调的对话模型),负责理解问题、参考图片信息、生成回答。

数据流是这样的:一张图片进入 CLIP ViT-L/14,被切成 24x24=576 个小方块(patch),每个方块输出一个 1024 维的向量。这 576 个向量经过两层 MLP 投影后,变成 576 个 4096 维的向量——刚好对齐 Vicuna-1.5 的词嵌入维度。然后这 576 个"假装是词的向量"被拼接到用户问题的文字 token 前面,整段一起喂给 Vicuna-1.5,让它像平常聊天一样自回归地生成回答。

用类比来说:你有一台只能播 4096 格式录像带的老式电视(Vicuna),手里却是 1024 格式的带子(CLIP 输出)。中间需要一个格式转换器。初代 LLaVA 的转换器是"一块简单的电路板"(单层线性变换),LLaVA-1.5 换成了"两块电路板叠在一起中间加一个信号放大器"(两层 MLP + GELU 激活)。

1.2 为什么两层 MLP 比单层线性层好

这个问题的答案涉及一个数学直觉:单层线性变换只能做仿射变换——旋转、缩放、平移。如果 CLIP 的视觉空间和 Vicuna 的词嵌入空间之间的"翻译关系"恰好是线性的(比如"猫的视觉向量"和"猫的文字向量"之间只差一个旋转),那一层线性就够了。但现实中这个映射通常是非线性的——不同类别的视觉特征可能需要不同的"翻译规则",这些规则之间的切换不是平滑的线性过渡。

两层 MLP 中间夹一个 GELU 激活函数,就引入了非线性——这让连接器能学到更复杂的映射关系。数学上,两层足够宽的 MLP 理论上可以逼近任意连续函数(万能近似定理)。当然实际中不需要逼近"任意"函数,只需要比线性强一点就够了。

参数量的变化:单层线性层是 1024×4096 ≈ 4M 参数;两层 MLP 大约是 1024×4096 + 4096×4096 ≈ 21M 参数(加上偏置和激活函数的参数,总共约 33M)。对比 BLIP-2 Q-Former 的 188M,仍然是轻量级的。

1.3 为什么不用更复杂的连接器

一个自然的疑问是:既然两层比一层好,为什么不用三层、四层、甚至 Q-Former 那种带 cross-attention 的复杂结构?

作者在论文中做了对比实验。结论是:两层 MLP 已经接近了连接器能贡献的上限。超过两层之后,连接器本身的"翻译能力"提升很小,但增加的参数会让训练变慢、调参变复杂。而 Q-Former 那种复杂结构虽然在"压缩视觉信息"方面有优势(只输出 32 个 token 而不是 576 个),但代价是训练复杂度高、需要多阶段预训练、而且压缩过程中可能丢失空间细节。

LLaVA-1.5 的哲学是:连接器只负责"格式转换",真正的"理解"交给 LLM。LLM 有 7B 或 13B 参数,理解能力远超连接器——与其让连接器做复杂的语义压缩,不如把原始视觉信息尽可能完整地传过去,让 LLM 自己决定关注什么。这就像翻译的时候,与其让翻译员写一份精炼的 32 点摘要(Q-Former),不如把原文完整地交给一个足够聪明的读者(LLM),让读者自己提炼重点。

1.4 分辨率提升:从 224 到 336

初代 LLaVA 使用 CLIP ViT-L/14 的默认分辨率 224x224。这意味着一张图被切成 16x16=256 个 patch。LLaVA-1.5 使用了支持 336x336 输入的 CLIP ViT-L/14@336px 版本,图被切成 24x24=576 个 patch。

576 vs 256——视觉信息量增加了 2.25 倍。这意味着:

  • 图片中的小字更清晰了:比如一张菜单照片,224px 下"宫保鸡丁"四个字可能只占几个 patch,糊成一团;336px 下能分配到更多 patch,模型更容易认出来。
  • 空间细节更丰富了:两个挨着的物体在 224px 下可能被压到同一个 patch 里,模型分不清"苹果旁边的橘子"和"苹果上面的橘子"。336px 下分辨率更高,空间关系更清楚。
  • 代价是 LLM 需要处理更多 token:576 个视觉 token + 文字 token,比初代多了 320 个 token 的 prefill 开销。在 A100 上,这大约增加 0.3-0.5 秒的首 token 延迟。

为什么不继续提到 448、672 甚至更高?因为 CLIP ViT-L/14 的预训练分辨率是 224 和 336,如果直接用更高分辨率,位置编码会出问题(模型从未见过那么多 patch),需要做位置编码插值。LLaVA-1.5 选择 336 是因为这是 CLIP 官方支持的最高分辨率,不需要额外的适配工作。后来的 LLaVA-NeXT(1.6 版)用了动态分辨率(AnyRes)技术,可以处理更高分辨率的图片——但那是另一篇论文的故事了。

1.5 LLM 选择:从 Vicuna-1.0 到 Vicuna-1.5

初代 LLaVA 使用 Vicuna(基于 LLaMA-1 微调的对话模型)。LLaVA-1.5 升级到 Vicuna-1.5(基于 LLaMA-2 微调)。LLaMA-2 相比 LLaMA-1 的主要改进包括:更大的预训练数据量(2T token vs 1.4T token)、更长的上下文窗口(4096 vs 2048)、以及更好的安全对齐。

这个升级的逻辑很简单:既然 LLaVA 的核心设计是"让 LLM 自己学会看图",那么 LLM 本身越强,"看图"的天花板就越高。LLaMA-2 预训练时见过更多文本,语言理解和推理能力更强——这些能力在微调阶段会被迁移到多模态理解上。

作者同时发布了 7B 和 13B 两个版本。13B 版本在大部分 benchmark 上领先 7B 版本 2-3 个百分点,但 7B 版本的推理速度几乎翻倍,且可以在消费级 GPU(如 RTX 4090 + 4-bit 量化)上运行。

2. 两阶段训练流程

LLaVA-1.5 沿用了初代 LLaVA 的两阶段训练策略,但在数据量和训练细节上做了调整。

2.1 Stage 1:特征对齐预训练(Pre-training for Feature Alignment)

目标:让 MLP 连接器学会"翻译"——把 CLIP 视觉空间的向量映射到 Vicuna 的词嵌入空间。

冻结策略:视觉编码器(CLIP ViT-L/14@336px)和 LLM(Vicuna-1.5)都冻结不动,只训练两层 MLP 连接器的参数。

训练数据:558K 图文配对数据,来自 CC3M(Conceptual Captions 3M 的一个子集)。每条数据是"一张图 + 一句简短描述",比如一张公园照片配上"两个小朋友在公园玩滑梯"。这些数据的任务很简单——给定图片,生成描述。模型不需要做复杂推理,只需要学会"这张图的视觉向量经过 MLP 翻译后,应该对应到描述中的词"。

类比:这就像新员工入职培训。你不需要他一来就处理复杂业务,只需要他先学会公司用的术语——"当客户说 A 的时候,其实是指 B"。Stage 1 就是让 MLP 学会"当 CLIP 输出向量 X 的时候,Vicuna 应该理解为概念 Y"。

训练细节:学习率 1e-3,batch size 256,训练 1 epoch,大约在 8 卡 A100 上跑 5-6 小时。因为只训练 33M 参数的 MLP,速度很快。

为什么要分出这一步? 直觉上可以理解:如果跳过 Stage 1 直接做 Stage 2(同时训 MLP 和 LLM),会出什么问题?MLP 还没学会翻译,传给 LLM 的全是"乱码"。LLM 收到乱码后,梯度信号也是混乱的——它不知道该调整自己的哪部分来理解这些乱码。这导致训练不稳定,甚至收敛到一个更差的局部最优。初代 LLaVA 的消融实验也验证了这一点:跳过 Stage 1,最终分数会掉 5 个点左右。

2.2 Stage 2:视觉指令微调(Visual Instruction Tuning)

目标:让模型学会"按指令看图回答"——不只是描述图片,还要能回答各种类型的问题,包括短答 VQA、多选题、OCR、推理题、开放式对话等。

冻结策略:视觉编码器(CLIP)继续冻结。MLP 连接器和 LLM(Vicuna-1.5)一起解冻训练。

关键决策:为什么解冻 LLM? 这是 LLaVA 系列和 BLIP-2 系列的根本分歧。BLIP-2 选择冻结 LLM,好处是保留语言能力、训练便宜;坏处是 LLM 不知道怎么"利用"视觉信息做推理——它只能被动接收 Q-Former 压缩好的 32 个 token,自己不能主动去"问"视觉编码器更多细节。LLaVA 选择解冻 LLM,让它在看了大量"图 + 问题 + 答案"之后,自己学会"我应该关注图里的哪些部分来回答这个问题"。代价是训练更贵、有灾难性遗忘的风险——但 LLaVA-1.5 通过控制数据量(665K,对 LLM 来说很少)和数据多样性(混合了纯文本指令数据)来缓解遗忘。实验表明,微调后 LLM 在纯文本 benchmark 上的表现只下降不到 2%。

训练数据(重点来了——这是 LLaVA-1.5 的核心改进):总计 665K 样本,混合了以下几大来源——

  • LLaVA-Instruct-150K:初代 LLaVA 的"招牌菜"——GPT-4 基于 COCO 图片描述自动生成的 158K 条多模态对话指令。包括多轮聊天、详细描述、复杂推理三种题型。这批数据教模型"怎么聊天"。
  • VQAv2(约 83K 训练样本被纳入):最经典的通用视觉问答数据集。问题风格是"图里有几个人?""桌子上放的是什么?"——简短事实性问答。
  • GQA(约 72K 训练样本被纳入):另一个通用 VQA 数据集,但问题更注重组合推理,比如"戴红帽子的人旁边有没有狗?"。
  • OCR-VQA(约 80K 训练样本被纳入):看图中的文字答题——比如"这本书的书名是什么?""招牌上写的是什么?"。这批数据补上了初代 LLaVA 在 OCR 方面的短板。
  • TextCaps(约 22K 训练样本被纳入):要求模型在描述图片时准确引用图中出现的文字。比如"一个人穿着写有 NIKE 字样的 T 恤"。
  • A-OKVQA(约 17K 训练样本被纳入):需要外部常识知识的 VQA。比如"图里这种动物通常吃什么?"——模型不仅要认出动物,还要知道它的习性。
  • Visual Genome 区域描述(约 86K):图片中特定区域的描述数据,训练模型关注图片的局部细节。
  • ShareGPT 纯文本数据(约 40K):纯文本对话数据,目的是在微调过程中维持 LLM 的文字对话能力,防止灾难性遗忘。

为什么这套数据配方有效? 初代 LLaVA 的数据全部来自 GPT-4 生成的对话——风格统一但题型单一。LLaVA-1.5 的数据像一份"模拟考卷",每种题型都有覆盖。模型在 OCR-VQA 上练过"看图识字",考 TextVQA 时自然不慌;在 A-OKVQA 上练过"常识推理",考知识型 VQA 时有底气。而 VQAv2/GQA 这种经典数据集,直接教模型"怎么用一个词或短语简洁地回答问题"——这对学术 benchmark 评分至关重要,因为很多 benchmark 的自动评分器会把"a photo of a red car"判成错误答案(正确答案是简单的"red car")。

2.3 Response Format Prompt:让模型学会按格式答题

这是一个容易被忽略但效果显著的工程技巧。不同 benchmark 对答案格式的要求不同:

  • VQAv2 期望简短回答:"red""3""yes"
  • LLaVA-Bench 期望详细回答:"The image shows a red car parked in front of..."
  • ScienceQA 期望选择题选项:"A""B""C"

如果模型对 VQAv2 的"What color is the car?"回答"The car appears to be red based on the image",内容完全正确,但自动评分器会判 0 分——因为标准答案只是"red"。

LLaVA-1.5 的解决方案:在 prompt 末尾加一句格式约束。比如"Answer the question using a single word or phrase."告诉模型"用一个词或短语回答"。这不改变模型的理解能力,只改变输出格式——类似考试时老师说"答案写在答题卡上,每题只写一个字母"。

这个技巧贡献了约 2-5 个百分点的分数提升(取决于 benchmark)。几乎是"零成本"的改进,但很多之前的工作都忽略了它。

2.4 训练超参数和成本

Stage 2 的训练细节:

  • 学习率 2e-5(比 Stage 1 的 1e-3 低 50 倍——因为现在同时训练 LLM,学习率太大会破坏 LLM 已有的语言能力)
  • Batch size 128
  • 训练 1 epoch
  • 硬件 8 x A100 (80GB)
  • 训练时间约 20 小时
  • 总训练成本(Stage 1 + Stage 2)约 1 天 8 卡 A100,折合云计算费用约 $500

对比其他方案的训练成本:Flamingo > $1M、BLIP-2 约 $20K、InstructBLIP 约 $15K。LLaVA-1.5 的 $500 意味着任何拥有 A100 集群的大学实验室都能在一天内复现。这是它能成为开源 VLM 标准 baseline 的关键原因之一。

3. 和初代 LLaVA 的逐项对比

为了让你清楚地看到"改了什么、没改什么",这里做一个面对面对比:

维度 初代 LLaVA LLaVA-1.5 变化
视觉编码器 CLIP ViT-L/14@224px CLIP ViT-L/14@336px 分辨率提高,patch 数 256→576
连接器 单层线性投影(4M 参数) 两层 MLP + GELU(~33M 参数) 加了非线性表达能力
LLM Vicuna-7B/13B(LLaMA-1 base) Vicuna-1.5-7B/13B(LLaMA-2 base) 更强的语言基座
Stage 1 数据 CC-595K CC-558K 基本不变
Stage 2 数据 158K(GPT-4 生成) 665K(GPT-4 + 学术 VQA 混合) 数据量 4 倍,题型覆盖面大幅扩展
训练成本 $300-500 ~$500 几乎不变
架构改动 无(仍然是三件套) 零架构创新

4. 和其他方案的架构对比

维度 Flamingo BLIP-2 LLaVA-1.5
桥接方式 每层 LLM 插入 Gated XAttn Q-Former(32 queries) 两层 MLP
桥接参数 ~1.2B 188M ~33M
送入 LLM 的视觉 token 数 64 32 576
LLM 是否微调 否(冻结) 否(冻结) 是(全参数微调)
视觉编码器是否微调
训练成本 >$1M ~$20K ~$500
需要改 LLM 架构吗 是(插入 XAttn 层)

这张表直观地展示了 LLaVA-1.5 的设计哲学:桥接层做到最简,把所有"理解"的复杂性交给 LLM 微调来解决。

5. 消融实验:每个改动贡献了多少

作者做了详细的消融实验来拆解每个改动的贡献。以下是关键结论:

单层线性 → 两层 MLP:在多个 benchmark 上平均提升约 2-5 个百分点。其中 VQAv2 提升约 2 分,TextVQA 提升约 3 分。这说明非线性映射确实比线性映射能更好地对齐视觉和语言空间。

分辨率 224 → 336:在 OCR 相关任务上提升最明显——TextVQA 提升约 5-8 分,因为更高分辨率让模型能看清图中的小字。在通用 VQA(VQAv2、GQA)上也有约 2 分的提升,因为更多 patch 提供了更丰富的空间细节。

加入学术 VQA 数据:这是贡献最大的改动。在对应 benchmark 上的提升是压倒性的——比如加入 OCR-VQA 数据后,TextVQA 分数跳升约 10 分;加入 A-OKVQA 数据后,知识型 VQA 分数提升约 8 分。同时,通用对话能力(LLaVA-Bench)没有退化——说明混合数据策略成功地"加科不减科"。

升级 LLM(Vicuna → Vicuna-1.5):在所有 benchmark 上平均提升约 1-2 分。幅度不大,但因为是"免费升级"(不需要改任何训练流程),所以性价比极高。

综合来看,数据改进贡献了约 60% 的总提升,分辨率贡献约 20%,MLP 连接器贡献约 15%,LLM 升级贡献约 5%。这再次验证了论文的核心主张:数据 > 分辨率 > 连接器设计 > 基座模型。

6. 训练中的关键 trade-off

6.1 视觉 token 数量 vs 推理速度

LLaVA-1.5 向 LLM 送入 576 个视觉 token,远多于 BLIP-2 的 32 个。这是一个明确的 trade-off:

  • 更多 token = 更多信息:576 个 token 保留了图片的空间结构和细节,模型可以"看到"图片中不同区域的不同内容。而 BLIP-2 的 32 个 token 经过了高度压缩,可能丢失空间关系和细微细节。
  • 更多 token = 更慢的推理:LLM 处理 576+N 个 token(N 是文字 token 数)的 prefill 时间约是处理 32+N 个 token 的 3-5 倍。在 A100 上,LLaVA-1.5 的首 token 延迟约 0.8 秒,BLIP-2 约 0.3 秒。

对于"看图聊天"这种不要求实时性的场景,0.8 秒完全可以接受。但对于机器人控制(需要 10Hz 控制循环,即每 100ms 出一个决策),576 token 可能太多了。这也是为什么后来一些 VLA(如 OpenVLA)在采用 LLaVA 架构时,会通过 token 合并(token merging)或降低分辨率来减少视觉 token 数量。

6.2 灾难性遗忘的控制

微调 LLM 的最大风险是灾难性遗忘——模型在学"看图"的过程中忘记了"说人话"。LLaVA-1.5 通过三个策略控制这个风险:

  • 数据量控制:665K 样本对 LLM(在预训练时看过万亿 token)来说非常少,相当于"轻微调"。大部分权重几乎不变,只有和视觉理解直接相关的部分被显著更新。
  • 混入纯文本数据:训练集中包含约 40K 条 ShareGPT 纯文本对话,让 LLM 在学视觉能力的同时"复习"文字对话能力。
  • 低学习率:Stage 2 的学习率只有 2e-5,比 Stage 1 低 50 倍。这样 LLM 权重的更新速度很慢,不容易"跑偏"。

实验验证:LLaVA-1.5 在纯文本 benchmark(如 MMLU)上的表现和基座 Vicuna-1.5 相比只下降不到 2%,说明遗忘被控制在了可接受的范围内。

所以这一节是想说:LLaVA-1.5 的方法没有任何"黑科技"——两层 MLP、高分辨率、多样数据、好基座模型,四个已知有效的改动叠在一起就超过了所有复杂架构的竞争对手。真正的洞察是:当 LLM 足够强时,"让 LLM 自己学会看图"比"替 LLM 翻译好视觉信息"更有效。


下图对比两阶段训练——冻结策略与数据配方在两阶段间的切换:

【Stage 1: 特征对齐预训练】          【Stage 2: 视觉指令微调】
  CLIP  ❄冻结                          CLIP  ❄冻结
    │                                    │
  MLP   🔥只训这个                      MLP   🔥训
    │                                    │
  LLM   ❄冻结                          LLM   🔥训 (lr 2e-5, 低50×防遗忘)
                                       
  数据: 558K CC3M 图文对               数据: 665K 混合
        (只学"翻译格式")                 ├ LLaVA-Instruct-150K (聊天)
                                         ├ VQAv2/GQA (通用短答)
  目标: MLP 学会把 CLIP 向量            ├ OCR-VQA/TextCaps (看图识字)
        映射到 LLM 词嵌入空间           ├ A-OKVQA (常识推理)
                                         └ ShareGPT 纯文本 (防遗忘)
  ~5-6h / 8×A100                       目标: 学会"按指令+按格式答题"
                                       ~20h / 8×A100
        └──────────────┬───────────────────┘
                       ▼
              全程 ~1 天 8×A100 ≈ $500

上图说明:Stage 1 只解冻 MLP 学"格式翻译"打好地基,Stage 2 再解冻 LLM 用混合题型数据学"按指令答题",低学习率 + 纯文本数据一起压制灾难性遗忘。


Improved Baselines with Visual Instruction Tuning — 方法示意:核心 pipeline
Plate Nº VImproved Baselines with Visual Instruction Tuning — 方法示意:核心 pipeline

关键数字(What works)

Benchmark 类型 LLaVA-1.5-13B InstructBLIP-13B Qwen-VL-Chat 初代 LLaVA-13B
VQAv2 (test-dev) 通用 VQA 80.0 78.2 76.3
GQA 组合推理 VQA 63.3 49.5 57.5
VizWiz 视障用户 VQA 53.6 35.4
ScienceQA-IMG 理科选择题 71.6 68.2
TextVQA OCR VQA 61.3 50.7
POPE 幻觉评测 85.9
MME (Perception) 综合感知 1531.3 1212.8 1487.6
MMBench 综合理解 67.7 60.6
SEED-Bench 综合评测 68.2 58.2
LLaVA-Bench (Wild) 开放对话 72.5 58.2 67.3
MM-Vet 综合推理 36.1 25.6
消融维度 改动前 改动后 平均变化
连接器:线性 → MLP 基线 +MLP +2~5 分
分辨率:224 → 336 基线 +336px +2~8 分(OCR 任务受益最大)
数据:158K → 665K 基线 +混合数据 +5~10 分(对应任务)
LLM:Vicuna → Vicuna-1.5 基线 +LLaMA-2 base +1~2 分
成本指标 数值
总训练时间 ~1 天(8 x A100 80GB)
估算费用 ~$500
Stage 1 训练参数 ~33M(仅 MLP)
Stage 2 训练参数 ~7B/13B(MLP + LLM)
视觉编码器参数 ~304M(冻结不训)
推理显存(13B fp16) ~28GB
推理显存(7B 4-bit) ~6GB

所以这一节是想说:LLaVA-1.5 在 11 个 benchmark 上拿到了当时的开源 SOTA,而整套训练只花 $500——数据改进贡献了大部分提升,MLP 和分辨率锦上添花。


实验结果说明了什么

这些数字背后有三条核心信息:

第一,数据覆盖面决定了分数天花板。 初代 LLaVA 在 LLaVA-Bench 对话评测上得分不错(67.3%),但在 TextVQA 这种 OCR 任务上很弱——因为训练数据里没有 OCR 题型。LLaVA-1.5 加入 OCR-VQA 和 TextCaps 之后,TextVQA 分数跳升到 61.3,直接超越了 InstructBLIP 的 50.7。这说明:模型不是"不会 OCR",而是"没练过 OCR"。给它练习题,它立刻就学会了。同样的逻辑适用于所有加入的数据集——A-OKVQA 补了常识推理、VQAv2/GQA 补了通用 VQA。

第二,"简单桥 + 微调 LLM"打赢了"复杂桥 + 冻结 LLM"。 在几乎所有 benchmark 上,LLaVA-1.5 都超越了 InstructBLIP(使用 Q-Former 桥接的代表)。特别是在需要复杂推理的 benchmark(如 MM-Vet 36.1 vs 25.6)上差距巨大。这证实了一个重要结论:与其让桥接层做精细的"翻译压缩",不如让足够强的 LLM 直接看原始视觉 token 自己理解。

第三,这些改进是"加科不减科"的。 加入学术 VQA 数据并没有让对话能力下降——LLaVA-Bench (Wild) 的分数从 67.3 提升到了 72.5。这说明多样化的数据不仅不会导致"顾此失彼",反而因为更全面的训练让模型整体理解能力都变强了。

所以这一节是想说:实验验证了三个工程信念——数据覆盖面比架构复杂度重要、LLM 微调比复杂桥接有效、多样化训练数据能"加科不减科"。


你应该懂的几个新词

Visual Instruction Tuning(视觉指令微调):把"图像 + 任务指令 + 答案"的三元组组织成监督数据,让 VLM 学会按指令完成多样任务。区别于传统的"看图说一句话",指令微调让模型能处理"回答问题""详细描述""推理分析"等不同类型的任务。LLaVA 首创,LLaVA-1.5 发扬光大。

MLP(Multi-Layer Perceptron,多层感知机):最基础的神经网络结构——多层全连接 + 非线性激活。在 LLaVA-1.5 中特指视觉-语言连接器:1024 维输入 → 4096 维中间层 → GELU 激活 → 4096 维输出。参数约 33M。

Projector / Connector(投影层/连接器):视觉编码器输出和 LLM 输入之间的"桥梁"。LLaVA 系列用极简连接器(线性层或两层 MLP)是其标志性特色。和 BLIP-2 的 Q-Former(188M 参数,12 层 Transformer)形成鲜明对比。

GELU(Gaussian Error Linear Unit):一种非线性激活函数,类似于 ReLU 但更平滑。在 LLaVA-1.5 的 MLP 连接器中,GELU 夹在两层线性层之间,让连接器能学到非线性的视觉-语言映射关系。

Response Format Prompt(格式约束提示):在 prompt 末尾加一句"用一个词回答"或"回答选择题选项"之类的格式要求,让模型在不同 benchmark 上输出正确格式。这个技巧看似微不足道,但在自动评分的 VQA benchmark 上能贡献 2-5 分。

POPE(Polling-based Object Probing Evaluation):一种标准化的多模态幻觉评测方法。问模型"图里有没有 X?",统计假阳性率(模型说"有"但图里其实没有)。LLaVA-1.5 在 POPE 上得分 85.9,说明它的幻觉问题虽然存在但已被显著抑制。

灾难性遗忘(Catastrophic Forgetting):微调模型时,新学到的能力把旧能力"覆盖"了。比如微调 LLM 学"看图"后,它忘了怎么"说人话"。LLaVA-1.5 通过低学习率 + 混入纯文本数据来控制这个风险。

所以这一节是想说:这些术语在后续的 VLM/VLA 论文中会反复出现——先把它们和具体的技术决策挂钩,以后看论文会快很多。


它有什么搞不定的

LLaVA-1.5 虽然在 benchmark 上拿了一堆第一,但它有几个明确的局限性:

局限 1:分辨率天花板。 336x336 对于日常照片够用了,但对于需要读密集文字的场景(长篇文档截图、高分辨率图表、地图上的小标注)仍然不够。576 个 patch 听起来很多,但分摊到一张 1920x1080 的截图上,每个 patch 要覆盖约 80x80 像素——小号字体可能被压缩到一两个 patch 里,模型依然读不清。后来的 LLaVA-NeXT 用动态分辨率(AnyRes)解决了这个问题,但 LLaVA-1.5 本身做不到。

局限 2:幻觉问题未根治。 POPE 评测上 85.9 分看起来不错,但这意味着仍有约 14% 的情况下模型会"一本正经地胡说"——声称图片中存在实际上不存在的物体。在安全敏感场景(医疗影像、自动驾驶)中,14% 的幻觉率是不可接受的。

局限 3:空间推理能力弱。 LLaVA-1.5 能回答"图里有没有猫",但在"猫在椅子的左边还是右边""两个杯子哪个更近"这类空间关系推理上表现不稳定。原因是 CLIP 的视觉编码器在预训练时优化的是"图文匹配"而非"空间理解",patch token 缺乏显式的位置关系编码。

局限 4:单图限制。 LLaVA-1.5 一次只能处理一张图片。如果用户发来两张图说"这两张照片有什么不同?",模型处理不了。多图理解要等 LLaVA-NeXT 和 LLaVA-Interleave 才支持。

局限 5:推理速度受限于视觉 token 数量。 576 个视觉 token 让 LLM 的 prefill 阶段变慢,首 token 延迟约 0.8 秒(A100 上)。对于需要实时响应的场景(如机器人控制的 10Hz 循环),这个延迟太高了。BLIP-2 的 32 token 方案在这方面有明确优势。

局限 6:训练数据的版权和合规问题。 665K 训练数据中的一部分来自学术 VQA 数据集(如 VQAv2),这些数据集通常只允许学术研究使用。加上初代 LLaVA 的 158K 数据由 GPT-4 生成,受 OpenAI 使用条款限制——不能用于和 OpenAI 竞争的商业产品。这给 LLaVA-1.5 的商业部署画了一条红线。

所以这一节是想说:LLaVA-1.5 在分辨率、幻觉、空间推理、多图、速度、合规六个方面都有硬伤——这些硬伤恰好定义了后续工作(LLaVA-NeXT、InternVL、Qwen-VL-2 等)的研究方向。


它和别的几篇是什么关系

上游依赖:LLaVA-1.5 站在两个巨人的肩膀上——CLIP(视觉编码器,提供"看"的能力)和 LLaMA-2/Vicuna(语言模型,提供"说"和"想"的能力)。初代 LLaVA 是它的直接前身,提供了"三件套"架构和两阶段训练的设计模板。

同期竞争:InstructBLIP 是 BLIP-2 阵营的代表,用 Q-Former 做桥接;Qwen-VL 是阿里的方案,用 cross-attention 做桥接。LLaVA-1.5 用最简单的 MLP 桥接打赢了这两个"复杂桥"方案,这场胜利基本上宣告了"简单桥"路线的胜出。

下游影响:LLaVA-1.5 成为了开源 VLM 的事实标准 baseline。2024 年几乎所有新发布的 VLM 论文都会在对比表中列出 LLaVA-1.5 的分数。直接衍生的工作包括 LLaVA-NeXT(支持动态分辨率和多图)、LLaVA-OneVision(统一图片/视频理解)、ShareGPT4V(更好的合成数据)、VILA(视频 + 图文理解)等。

对具身智能的影响:LLaVA-1.5 的"简单投影 + 微调 LLM"架构被直接移植到了 VLA(视觉-语言-动作模型)中。OpenVLA 的架构几乎就是 LLaVA-1.5 的翻版——只是把 CLIP 换成了 SigLIP+DINOv2,把文字输出换成了动作 token。这说明 LLaVA-1.5 确立的设计模式不仅适用于"看图说话",也适用于"看图做事"。

时间线

2022.04  Flamingo (DeepMind)     -- 80B,闭源,证明"冻结 LLM + 加桥"可行
2023.01  BLIP-2 (Salesforce)     -- 只训 188M 参数,效果超 Flamingo
2023.04  LLaVA (UW + Microsoft) -- 线性投射 + LLM 微调,简单到不可思议
2023.06  InstructBLIP            -- BLIP-2 + 指令微调
2023.10  LLaVA-1.5              -- LLM 微调路线的集大成者
2023.12  几乎所有新 VLM 都选了 LLaVA 路线
2024     OpenVLA / LLaVA-NeXT   -- LLaVA 架构延伸到 VLA 和更高分辨率

所以这一节是想说:LLaVA-1.5 是开源 VLM "简单桥"路线的集大成者——它的胜利结束了 2023 年的"桥梁设计之战",并直接塑造了后续 VLA 的架构选择。


和本导读的关系

在这套导读的知识图谱中,LLaVA-1.5 处于一个承上启下的枢纽位置。

向上回溯,它依赖 Ch08 讲的 CLIP(视觉编码器的来源)和 Ch09 讲的"桥梁设计之战"中 LLaVA 路线的胜出逻辑。如果你还没读过初代 LLaVA 的笔记,建议先回去看,因为 LLaVA-1.5 的所有设计都是在初代基础上的增量改进。

向下连接,LLaVA-1.5 确立的"视觉编码器(冻结)→ 简单投影层(可训练)→ LLM(微调)"三段式管道,被直接继承到 Ch11 的 RT-2 和 Ch12 的 OpenVLA 中。区别只是把 LLM 的输出从文字 token 扩展到了动作 token。理解了 LLaVA-1.5 的训练流程和设计选择,你看 OpenVLA 时会发现几乎是"换皮版 LLaVA-1.5"。

横向对比,LLaVA-1.5 和 BLIP-2 代表了两种对立的设计哲学——"简单桥 + 微调 LLM" vs "复杂桥 + 冻结 LLM"。Ch09 详细比较了这两条路线的 trade-off。LLaVA-1.5 的实验结果是这场辩论的终结性证据。

所以这一节是想说:LLaVA-1.5 是从"VLM 看图说话"到"VLA 看图做事"这条演化链上的关键一环——读懂它,后续的 VLA 论文就不会觉得突兀。


思考题

Q1:LLaVA-1.5 把连接器从单层线性换成两层 MLP,为什么不用更深的网络(比如 5 层 MLP 或者 ResNet)?

参考思路

连接器的作用是"格式转换"而不是"语义理解"。两层 MLP(加一个非线性激活)已经能逼近大部分非线性映射(万能近似定理)。更深的网络确实有更强的表达能力,但(1)参数量增加后 Stage 1 训练变慢,(2)更深的网络更容易过拟合 558K 的对齐数据,(3)实验消融表明两层到三层的提升已经可以忽略不计。LLaVA 的哲学是把"理解"的复杂性交给 7B/13B 参数的 LLM,而不是堆在连接器上。

Q2:为什么 LLaVA-1.5 在 Stage 2 解冻 LLM,而 BLIP-2 选择冻结 LLM?各有什么 trade-off?

参考思路

冻结 LLM(BLIP-2)的好处:训练便宜(只训 188M 的 Q-Former)、保留 LLM 原有语言能力、可以随时换 LLM 而不需要重新训练。坏处:LLM 不知道怎么主动利用视觉信息做复杂推理——它只是被动接收 32 个压缩后的视觉 token,自己没法调整"看"的方式。解冻 LLM(LLaVA-1.5)的好处:LLM 通过微调学会了"怎么利用视觉 token 来推理",在对话和推理类任务上表现更强。坏处:训练贵(要训整个 7B/13B LLM)、有灾难性遗忘风险、和特定 LLM 版本绑定。核心启示:当 LLM 足够强(7B+)且训练数据足够好时,解冻 LLM 的收益远大于风险。

Q3:如果把 LLaVA-1.5 的训练数据从 665K 减半到 330K,但保持数据类型的多样性,你预期分数会怎么变?如果保持数据量但去掉所有 OCR 类数据呢?

参考思路

减半但保持多样性:大部分 benchmark 的分数可能下降 2-5 分,但不会崩溃——因为每种题型的模型都见过,只是练习量减少了。相当于每科作业从 10 套减到 5 套,成绩会降但不会不及格。去掉 OCR 数据但保持总量:TextVQA 等 OCR 相关 benchmark 分数会暴跌(可能降 10+ 分),因为模型完全没做过这类题。但通用 VQA 和对话能力基本不受影响。这验证了一个重要原则:数据的多样性比数据的数量更重要。

Q4:LLaVA-1.5 送入 LLM 576 个视觉 token,BLIP-2 只送 32 个。如果你在设计一个机器人控制系统(要求 10Hz 控制频率),你会选哪种方案?

参考思路

10Hz 意味着每 100ms 必须输出一个动作决策。LLaVA-1.5 在 A100 上的首 token 延迟约 0.8 秒——远超 100ms 的预算。BLIP-2 的 32 token 方案延迟约 0.3 秒——也超标但更接近。实际的 VLA 方案(如 OpenVLA)会采取折中措施:使用 LLaVA 架构但通过 token 合并(把相邻 patch 的 token 平均或拼接)减少视觉 token 数量,或者降低分辨率,或者用更小的 LLM(如 3B)。另一个思路是异步推理——视觉理解和动作决策分开跑在不同频率上。

Q5:为什么 LLaVA-1.5 选择冻结 CLIP 视觉编码器而不是一起微调?如果解冻会怎样?

参考思路

CLIP ViT-L/14 在 4 亿图文对上预训练,学到了非常通用的视觉表征。LLaVA-1.5 只有 665K 微调数据——如果解冻 CLIP 一起训,少量数据会让 CLIP 的通用表征"偏向"这 665K 图片的分布,丧失泛化能力。类比:CLIP 是一个见过全球所有菜系的美食评委,你用 665 道家常菜让他"重新学习",他反而会忘记怎么评判法国菜和日本料理。后来的一些工作(如 InternVL、PaLI-X)确实解冻了视觉编码器,但它们使用了数百万甚至上千万的训练数据——数据量足够大才不会让编码器"忘记"。

Q6:Response Format Prompt("用一个词回答")为什么能提升 VQA 分数?这算"作弊"吗?

参考思路

不算作弊。VQA benchmark 的自动评分器通常做精确匹配——标准答案是"red",模型回答"The car is red"会被判 0 分。但模型的理解是正确的,只是输出格式不对。加 format prompt 只是告诉模型"输出格式是短答",没有泄露任何答案信息。这就像考试时监考老师说"答案写在对应格子里"——不是作弊,是基本的应试技巧。但这也暴露了当前 VQA 评测的一个问题:自动评分器太依赖字面匹配,不够鲁棒。

Q7:假设你有一个全新的 VLM 任务——"看医学影像回答医生的问题"。你会基于 LLaVA-1.5 还是 BLIP-2 来做?为什么?

参考思路

大概率选 LLaVA-1.5 架构,原因是:(1)医学问答需要复杂推理("这个肿块是良性还是恶性?根据什么特征判断?"),这要求 LLM 能深度利用视觉信息,冻结的 LLM 做不到;(2)医学数据通常量不大(几千到几万条),LLaVA 的简单投影层更不容易过拟合;(3)你可能需要替换 CLIP 为医学影像专用的编码器(如 BiomedCLIP),LLaVA 架构对视觉编码器的依赖更松——换编码器只需要重新训 Stage 1。事实上,LLaVA-Med 就是这么做的。


一些好奇心问答(FAQ)

Q1:LLaVA-1.5 有多大?我自己的电脑能跑吗?

LLaVA-1.5-13B 有 130 亿参数,fp16 推理需要约 28GB 显存——RTX 4090(24GB)跑不动。但可以用 4-bit 量化(约 12GB 显存),或者直接用 LLaVA-1.5-7B 的 4-bit 版本(约 6GB 显存),普通游戏本的 RTX 3060 就能跑。如果你只想试玩不想自己跑,可以去 HuggingFace Spaces 上的在线 demo。

Q2:LLaVA-1.5 和初代 LLaVA 的关系是什么?是同一个模型的更新版吗?

是同一组作者(Haotian Liu 等人,威斯康星大学 + 微软研究院)发布的改进版。不是从零重新设计,而是在初代基础上改了四个零件。论文标题也很诚实——"Improved Baselines",意思是"改进的基线"而不是"全新的模型"。但这个"改进的基线"在 12 个 benchmark 上超过了所有使用复杂架构的竞争对手。

Q3:为什么不直接用 GPT-4V?它不是更强吗?

GPT-4V 确实更强(在大部分 benchmark 上超过 LLaVA-1.5),但它是闭源的——你不能下载权重、不能微调、不能部署在自己的服务器上、不能用于离线场景(如机器人控制)、每次调用都有 API 费用。LLaVA-1.5 的价值在于它是开源的、免费的、可以随意修改的。对于研究者来说,"能看到代码和权重"比"分数高 5 分"重要得多。

Q4:LLaVA-1.5 之后该看什么?

最直接的下一步是 LLaVA-NeXT(1.6 版),加了动态分辨率(AnyRes)和多图支持。如果你对"VLM 怎么变成机器人大脑"感兴趣,跳到 OpenVLA——它的架构几乎就是 LLaVA-1.5 + 动作 token。如果想看"BLIP-2 路线后来怎么样了",看 InstructBLIP 和 Qwen-VL。

Q5:训练数据里混入了学术 VQA 数据集,那在这些数据集的测试集上评测是不是"开卷考试"?

不是。LLaVA-1.5 在混入学术 VQA 数据时,使用的是这些数据集的训练集(train split),评测时使用的是测试集(test/val split)。训练集和测试集没有重叠,所以不存在"开卷"问题。但这确实给模型一个优势——它见过和测试题风格相同的练习题。这就像高考前做了往年真题——不是作弊,但确实有帮助。

所以这一节是想说:实操问题(多大、能不能跑、合规怎么办、数据有没有泄露)作者和社区都考虑到了,LLaVA-1.5 的门槛远比想象的低。


如果你想再深入

按"前传 → 续作 → 衍生方向"排序:

  1. 前传:初代 LLaVA(2023.4) — 理解 LLaVA-1.5 的起点。读完 1.5 再回头看 1.0,会更清楚"哪些设计一开始就对了、哪些需要改进"。对应笔记:llava

  2. 同期对手:InstructBLIP / BLIP-2(2023.1/2023.6) — "复杂桥"路线的代表。对比着读,能清楚看到两种设计哲学的 trade-off。对应笔记:blip-2

  3. 续作:LLaVA-NeXT(2024.1) — 支持动态分辨率(AnyRes),最高 672x672,多图输入,分辨率限制问题被解决。

  4. 续作:LLaVA-OneVision(2024.8) — 统一图片、视频、多图理解,LLaVA 家族目前最全能的版本。

  5. 衍生到机器人:OpenVLA(2024) — 把 LLaVA-1.5 的架构移植到机器人控制,输出从文字 token 变成动作 token。如果你想知道"VLM 怎么变成机器人大脑",这是最直接的答案。

  6. 视觉编码器进化:SigLIP — LLaVA-1.5 用 CLIP ViT-L/14,后续很多工作改用 SigLIP(CLIP 的改进版),了解它能帮你理解 VLM 视觉端的演化。对应笔记:siglip

所以这一节是想说:LLaVA-1.5 + BLIP-2 + OpenVLA 三篇连起来读,就能看到从"VLM 看图说话"到"VLA 看图做事"的完整演化链。


原文信息

论文标题:Improved Baselines with Visual Instruction Tuning

作者:Haotian Liu, Chunyuan Li, Yuheng Li, Yong Jae Lee

机构:University of Wisconsin-Madison, Microsoft Research

发表:CVPR 2024(最初 arXiv 2023.10)

链接https://arxiv.org/abs/2310.03744

代码https://github.com/haotian-liu/LLaVA

BibTeX

@inproceedings{liu2024improved,
  title={Improved Baselines with Visual Instruction Tuning},
  author={Liu, Haotian and Li, Chunyuan and Li, Yuheng and Lee, Yong Jae},
  booktitle={Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR)},
  year={2024}
}

引用本笔记 / Cite this note
BibTeX
@online{eai_llava_1_5_2026,
  title       = {(readable note) Improved Baselines with Visual Instruction Tuning},
  author      = {Xun, Jason},
  year        = {2026},
  note        = {Note on a 2024 paper},
  howpublished = {\url{https://estelledc.github.io/embodied-ai-reading-station/papers/llava-1-5/}},
  organization = {Embodied AI: Zero to One}
}

All 202 papers (full index)
  1. 1. LLaVA: Visual Instruction Tuning
  2. 2. 3DShape2VecSet: 3D Shape Representation for Diffusion Models
  3. 3. SayCan: Do As I Can, Not As I Say
  4. 4. OpenVLA: An Open-Source Vision-Language-Action Model
  5. 5. VLAS: VLA Model With Speech Instructions
  6. 6. MLA: Multisensory Language-Action Model
  7. 7. Cosmos Policy: Fine-Tuning Video Models for Visuomotor Control
  8. 8. CartoRadar: RF-Based 3D SLAM Rivaling Vision Approaches
  9. 9. mmCLIP: Boosting mmWave-based Zero-shot HAR via Signal-Text Alignment
  10. 10. mmNorm: Non-Line-of-Sight 3D Object Reconstruction via mmWave Surface Normal Estimation
  11. 11. Proactive Hearing Assistants that Isolate Egocentric Conversations
  12. 12. NeuralAids: Wireless Hearables With Programmable Speech AI Accelerators
  13. 13. Creating speech zones with self-distributing acoustic swarms
  14. 14. Conv-TasNet: Surpassing Ideal Time-Frequency Magnitude Masking for Speech Separation
  15. 15. SoundStream: An End-to-End Neural Audio Codec
  16. 16. AudioLM
  17. 17. Conformer
  18. 18. Dual-path RNN
  19. 19. EnCodec
  20. 20. Meta-StyleSpeech
  21. 21. MusicLM
  22. 22. Robust Speech Recognition via Large-Scale Weak Supervision
  23. 23. SeamlessM4T
  24. 24. Stable Audio
  25. 25. Universal Source Separation with Weakly Labelled Data
  26. 26. Meta-World: A Benchmark and Evaluation for Multi-Task and Meta Reinforcement Learning
  27. 27. RLBench: The Robot Learning Benchmark & Learning Environment
  28. 28. robosuite: A Modular Simulation Framework and Benchmark for Robot Learning
  29. 30. CALVIN
  30. 31. LIBERO
  31. 32. RH20T
  32. 33. What Matters in Learning from Offline Human Demonstrations for Robot Manipulation
  33. 34. DROID
  34. 35. Open X-Embodiment
  35. 36. RoboCasa
  36. 37. SimplerEnv
  37. 38. Diffusion Policy: Visuomotor Policy Learning via Action Diffusion
  38. 39. 3D Diffusion Policy: Generalizable Visuomotor Policy Learning via Simple 3D Representations
  39. 40. Consistency Policy: Accelerated Visuomotor Policies via Consistency Distillation
  40. 41. EquiBot: SIM(3)-Equivariant Diffusion Policy
  41. 42. DiT-Policy
  42. 43. Diffusion Policy Policy Optimization (DPPO)
  43. 44. Affordance-based Robot Manipulation with Flow Matching
  44. 45. FlowPolicy: 3D Flow-based Policy via Consistency Flow Matching
  45. 46. FAST: Efficient Action Tokenization for VLA
  46. 47. π₀: A Vision-Language-Action Flow Model for General Robot Control
  47. 48. pi_0.5: VLA with Open-World Generalization
  48. 49. A Reduction of Imitation Learning and Structured Prediction to No-Regret Online Learning
  49. 50. Generative Adversarial Imitation Learning
  50. 51. Learning Fine-Grained Bimanual Manipulation with Low-Cost Hardware (ACT/ALOHA)
  51. 52. AnyTeleop
  52. 53. Behavior Transformers: Cloning k Modes with One Stone
  53. 54. Implicit Behavioral Cloning
  54. 55. RoboCat
  55. 56. ALOHA 2
  56. 58. HumanPlus
  57. 59. Generalizable Humanoid Manipulation with 3D Diffusion Policies (iDP3)
  58. 60. Mobile ALOHA
  59. 61. SmolVLA
  60. 62. Universal Manipulation Interface
  61. 63. Behavior Generation with Latent Actions (VQ-BeT)
  62. 64. ImageBind: One Embedding Space To Bind Them All
  63. 65. Connecting Touch and Vision via Cross-Modal Prediction
  64. 66. AnyMAL: An Efficient and Scalable Any-Modality Augmented Language Model
  65. 67. AudioPaLM
  66. 68. FROMAGe: Grounding LLMs to Images
  67. 69. OneLLM
  68. 70. X-VLM: Multi-Grained Vision Language Pre-Training
  69. 71. Tactile Beyond Pixels (Sparsh-X)
  70. 72. Sparsh: Self-supervised Touch Representations
  71. 73. Tactile-VLA
  72. 74. TLA: Tactile-Language-Action
  73. 75. Code as Policies: Language Model Programs for Embodied Control
  74. 76. Inner Monologue: Embodied Reasoning through Planning with Language Models
  75. 77. LLM+P: Empowering LLMs with Optimal Planning
  76. 78. PaLM-E: An Embodied Multimodal Language Model
  77. 79. ProgPrompt
  78. 80. ChatGPT for Robotics
  79. 81. GenSim
  80. 82. RoboFlamingo
  81. 83. Tree-Planner
  82. 84. VoxPoser
  83. 85. See Through Smoke: Robust Indoor Mapping with Low-cost mmWave Radar
  84. 86. Can WiFi Estimate Person Pose?
  85. 87. 3DRIMR: 3D Reconstruction and Imaging via mmWave Radar based on Deep Learning
  86. 88. milliEgo: Single-chip mmWave Radar Aided Egomotion Estimation via Deep Sensor Fusion
  87. 89. High Resolution Point Clouds from mmWave Radar
  88. 90. RadarSLAM: Radar based Large-Scale SLAM in All Weathers
  89. 91. Through-Wall Pose Imaging in Real-Time with a Many-to-Many Encoder/Decoder Paradigm
  90. 92. RFMask: A Simple Baseline for Human Silhouette Segmentation with Radio Signals
  91. 93. RFPose-OT: RF-Based 3D Human Pose Estimation via Optimal Transport Theory
  92. 94. Argus: Multi-View Egocentric Human Mesh Reconstruction Based on Stripped-Down Wearable mmWave Add-on
  93. 95. Diffusion Model is a Good Pose Estimator from 3D RF-Vision
  94. 96. Enabling Visual Recognition at Radio Frequency (PanoRadar)
  95. 97. Wave-Former: Through-Occlusion 3D Reconstruction via Wireless Shape Completion
  96. 98. Habitat: A Platform for Embodied AI Research
  97. 99. Isaac Gym: High Performance GPU-Based Physics Simulation For Robot Learning
  98. 101. Habitat 2.0
  99. 102. ManiSkill
  100. 103. ProcTHOR
  101. 104. SAPIEN: A SimulAted Part-based Interactive ENvironment
  102. 105. BEHAVIOR-1K
  103. 106. BridgeData V2
  104. 106. Habitat 3.0
  105. 107. Isaac Lab
  106. 108. DexMV
  107. 108. MuJoCo Playground
  108. 109. DexCap
  109. 109. RT-1: Robotics Transformer for Real-World Control at Scale
  110. 110. 3D Diffusion Policy (DP3)
  111. 111. Octo: An Open-Source Generalist Robot Policy
  112. 112. RT-2: Vision-Language-Action Models Transfer Web Knowledge to Robotic Control
  113. 113. RT-Trajectory: Robotic Task Generalization via Hindsight Trajectory Sketches
  114. 114. 3D-VLA
  115. 116. GR-2: Generative Video-Language-Action Model
  116. 117. DexVLA
  117. 117. OpenHelix
  118. 118. Cosmos World Foundation Model
  119. 118. OpenVLA-OFT
  120. 119. RDT-1B: Diffusion Foundation Model for Bimanual Manipulation
  121. 120. RoboMamba
  122. 121. SpatialVLA
  123. 122. TinyVLA
  124. 123. TraceVLA: Visual Trace Prompting
  125. 124. Learning Transferable Visual Models From Natural Language Supervision
  126. 125. Flamingo: a Visual Language Model for Few-Shot Learning
  127. 126. BLIP-2: Bootstrapping Language-Image Pre-training with Frozen Image Encoders and Large Language Models
  128. 127. BLIP: Bootstrapping Language-Image Pre-training for Unified Vision-Language Understanding and Generation
  129. 128. DeepSeek-VL: Towards Real-World Vision-Language Understanding
  130. 129. EVA-CLIP: Improved Training Techniques for CLIP at Scale
  131. 130. FILIP: Fine-grained Interactive Language-Image Pre-Training
  132. 131. Florence-2: Advancing a Unified Representation for a Variety of Vision Tasks
  133. 132. InternVL: Scaling up Vision Foundation Models and Aligning for Generic Visual-Linguistic Tasks
  134. 133. Improved Baselines with Visual Instruction Tuning
  135. 134. OBELICS
  136. 135. Qwen-VL: A Versatile Vision-Language Model for Understanding, Localization, Text Reading, and Beyond
  137. 136. Sigmoid Loss for Language Image Pre-Training
  138. 137. What matters when building vision-language models?
  139. 138. Expanding Performance Boundaries of Open-Source Multimodal Models with Model, Data, and Test-Time Scaling
  140. 139. The Llama 3 Herd of Models
  141. 140. LLaVA-NeXT-Interleave
  142. 141. LLaVA-OneVision: Easy Visual Task Transfer
  143. 142. Long-CLIP: Unlocking the Long-Text Capability of CLIP
  144. 143. Pixtral 12B
  145. 144. Dream to Control: Learning Behaviors by Latent Imagination
  146. 145. World Models
  147. 146. DayDreamer
  148. 147. Mastering Atari with Discrete World Models
  149. 148. Dreamer V3: Mastering Diverse Domains through World Models
  150. 149. Transformers are Sample-Efficient World Models
  151. 150. TWM: Transformer-based World Models
  152. 151. 1X World Model Challenge
  153. 153. GAIA-1
  154. 154. Genie: Generative Interactive Environments
  155. 155. Navigation World Models
  156. 156. UniSim
  157. 157. LeRobot: An Open-Source Library for End-to-End Robot Learning
  158. 158. CogACT: A Foundational Vision-Language-Action Model for Synergizing Cognition and Action in Robotic Manipulation
  159. 159. Universal Actions for Enhanced Embodied Foundation Models
  160. 160. LoHoVLA: A Unified Vision-Language-Action Model for Long-Horizon Embodied Tasks
  161. 161. AutoRT: Embodied Foundation Models for Large Scale Orchestration of Robotic Agents
  162. 162. EO-1: Interleaved Vision-Text-Action Pretraining for General Robot Control
  163. 163. Qwen-VLA: Unifying Vision-Language-Action Modeling across Tasks, Environments, and Robot Embodiments
  164. 164. RealMirror: A Comprehensive, Open-Source Vision-Language-Action Platform for Embodied AI
  165. 165. LLaDA-VLA: Vision Language Diffusion Action Models
  166. 166. Discrete Diffusion VLA: Bringing Discrete Diffusion to Action Decoding in Vision-Language-Action Policies
  167. 167. Vlaser: Vision-Language-Action Model with Synergistic Embodied Reasoning
  168. 168. X-VLA: Soft-Prompted Transformer as Scalable Cross-Embodiment Vision-Language-Action Model
  169. 169. Embodiment Transfer Learning for Vision-Language-Action Models
  170. 170. HiMoE-VLA: Hierarchical Mixture-of-Experts for Generalist Vision-Language-Action Policies
  171. 171. Green-VLA: Staged Vision-Language-Action Model for Generalist Robots
  172. 172. AC^2-VLA: Action-Context-Aware Adaptive Computation in Vision-Language-Action Models for Efficient Robotic Manipulation
  173. 173. MoS-VLA: A Vision-Language-Action Model with One-Shot Skill Adaptation
  174. 174. Asynchronous Fast-Slow Vision-Language-Action Policies for Whole-Body Robotic Manipulation
  175. 175. VLA-Forget: Vision-Language-Action Unlearning for Embodied Foundation Models
  176. 176. Membership Inference Attacks on Vision-Language-Action Models
  177. 177. A Survey on Efficient Vision-Language-Action Models
  178. 178. Survey of Vision-Language-Action Models for Embodied Manipulation
  179. 179. Embodied AI with Foundation Models for Mobile Service Robots: A Systematic Review
  180. 180. Toward Embodied AGI: A Review of Embodied AI and the Road Ahead
  181. 181. RoboNeuron: A Middle-Layer Infrastructure for Agent-Driven Orchestration in Embodied AI
  182. 182. Embodied Navigation Foundation Model
  183. 183. MiMo-Embodied: X-Embodied Foundation Model Technical Report
  184. 184. Open-H-Embodiment: A Large-Scale Dataset for Enabling Foundation Models in Medical Robotics
  185. 185. AlanaVLM: A Multimodal Embodied AI Foundation Model for Egocentric Video Understanding
  186. 186. 3D Generation for Embodied AI and Robotic Simulation: A Survey
  187. 187. DISCO: Language-Guided Manipulation with Diffusion Policies and Constrained Inpainting
  188. 188. Time-Unified Diffusion Policy with Action Discrimination for Robotic Manipulation
  189. 189. Learning Diffusion Policy from Primitive Skills for Robot Manipulation
  190. 190. Trace-Focused Diffusion Policy for Multi-Modal Action Disambiguation in Long-Horizon Robotic Manipulation
  191. 191. Gaze2Act: Gaze-Conditioned Vision-Language-Action Policies for Interactive Robot Manipulation
  192. 192. LACY: A Vision-Language Model-based Language-Action Cycle for Self-Improving Robotic Manipulation
  193. 193. villa-X: Enhancing Latent Action Modeling in Vision-Language-Action Models
  194. 194. InstructVLA: Vision-Language-Action Instruction Tuning from Understanding to Manipulation
  195. 195. Discrete Policy: Learning Disentangled Action Space for Multi-Task Robotic Manipulation
  196. 196. Towards Generalizable Vision-Language Robotic Manipulation: A Benchmark and LLM-guided 3D Policy
  197. 197. A Survey of Language-Conditioned Robot Manipulation
  198. 198. SafeEmbodAI: a Safety Framework for Mobile Robots in Embodied AI Systems
  199. 199. The Essential Role of Causality in Foundation World Models for Embodied AI
  200. 200. A call for embodied AI
  201. 201. Toward General-Purpose Robots via Foundation Models: A Survey and Meta-Analysis
  202. 202. What Breaks Embodied AI Security: LLM Vulnerabilities, CPS Flaws, or Something Else?