以保留率为约束的 Cellpose–SAM 训练后量化:干细胞显微成像的可审计压缩协议
核心概要
该工作提出一套预先设定保留标准的评估协议,在覆盖 BBBC038 细胞核、BBBC039 U2OS 荧光与 NIST iPSC 三种成像模态、共 176 个分层留出视野的公开面板上,检验 Cellpose–SAM 的多种训练后量化方案:仅权重量化 W8A16 在所有模态上保持实例 F1,敏感度引导的混合 W4/W8 方案(四个 INT8 例外算子)在无观测到灾难性失败的情况下把权重存储从 1162.07 MiB 降到 171.86 MiB,而三值 W2A16-G64 虽压缩到 96.21 MiB 却在 176 个视野中有 169 个灾难性失败,说明压缩应以按模态分层的下游保留率而非单一精度数字来评判。
深度剖析
提出并执行了一套预先设定的“保留标准”评估协议:以配对实例 F1(IoU 阈值下)与 AP 端点作为下游指标,把 1% 的均值变化幅度作为在任何留出数据被查看之前就固定的边界,并用聚类自助法 95% 区间按实验单元给出每个(方案,成像模态)组合的判定。 相对于以往以单一精度数字或输出张量代理指标报告压缩效果的做法,这里把判定下沉到下游掩膜指标,并强制按模态分别给出结论,使某一模态的通过不会掩盖另一模态的失败。 协议要素在方法部分逐条给出;判定基于 176 个留出视野、以实验单元为重采样原子的聚类自助法区间,并配有公开的审计产物以便独立复核。
在三种成像模态上,仅权重 W8A16 与敏感度引导的混合 W4/W8 方案均通过保留标准,且两者在 176 个视野中均未观测到灾难性失败(规则三上界 0.028)。 混合方案通过一次性单算子 W4 扰动在开发集上识别出四个最高敏感度算子(blocks.0.mlp.lin2、blocks.23.attn.qkv、neck.2、out)并保留为 INT8,从而在把权重存储从 1162.07 MiB 压到 171.86 MiB(6.76 倍)的同时,取得与 W8A16 并列最紧的失败计数。 结论来自按模态分层的留出面板与聚类自助法区间;作者明确指出“未观测到失败”不等于失败率为零,并给出规则三上界。
校准的 W8A16-QDQ-obs(仅权重打包)与 W4A16-G64 各自在 176 个视野中有 1 个灾难性失败(区间 [0.000, 0.001]),存储分别为 295.78 MiB 与 168.47 MiB。 把“通过保留标准”与“灾难性失败率”两个维度并列报告,使读者能看到同一压缩档位在均值保留与最差视野表现上的不同侧面。 失败计数与自助法区间在结果表中给出;W4A16-G64 在 NIST iPSC 上的最宽臂仍高于阈值,但被标注为“边缘保留”。
三值 W2A16-G64 在分割主导的模态上灾难性失败:BBBC038 与 BBBC039 上失败严重,NIST iPSC 臂因 FP32 本身已触及下限而配对 F1 下降较小,但压缩模型在该模态上几乎不产生正确实例;面板级失败率为 169/176,区间 [0.949, 1.000]。 该结果把“压缩比越大越好”的直觉置于保留标准之下:12.08 倍的存储优势并不构成可部署性。 失败率与区间在结果表中给出,并与存储表并列,形成压缩收益与保留代价的直接对照。
启示与展望
该协议面向需要可审计压缩决策的细胞成像部署方,尤其是实验室台面与边缘硬件上的 iPSC 监测流程;它要求一个与下游用途匹配的保留目标、覆盖关键分布轴的分层面板、物理上合理的重采样实验单元,以及审计产物的发布路径。按模态分层的保留判定在 NIST iPSC 臂上通过,是 iPSC 部署的必要而非充分条件:必要,因为监测协议会采样完整密度轨迹,在高密度区间静默退化的方案会延误传代决策或污染下游放行计数;不充分,因为在该面板上 FP32 本身在高密度 iPSC 上分割并不可靠。
保留判定仅限定于本面板评估的模态,在 BBBC038、BBBC039 或 NIST iPSC 上的通过并不证明同一方案在统计特性不同的模态(三维体积显微、长间隔延时相衬、非核染色)上同样成立。1% 的边界适用于可吸收有界逐模态 F1 下降的监测流程,监管放行检测流程需要更紧的边界,协议可扩展但判定不可迁移。此外,NIST iPSC 臂上 FP32 参考本身触及下限,因此该臂的判定主要说明协议正确标记了一个下限受限的模态,而非说明压缩模型在 iPSC 上保持了检测质量;充分条件需要一个 FP32 参考确实能检出实例的 NIST 类似臂,这需要在部署前从工作流专用数据集构建。
