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SAM 3 压到 4 比特后不再认错目标:SPQ 把 RefCOCO 命中率从 42.1 拉回 72.5

核心概要

把 SAM 3 的图像编码器权重量化到 4 比特、激活保持 8 比特后,模型常出现“提示对齐漂移”:掩码看着合理,却圈错目标或在视频中丢失同一对象。SPQ 在离线校准阶段给影响文本概念分数的参数更高权重、约束低方差残差方向上的特征误差,并用成对视频推演估计记忆接口的均值偏移后折入已有偏置。在 W4A8 设置下,RefCOCO Pr@0.5 由 PTQ4SAM 的 42.1 升到 72.5,同时保留 54.8 COCO mask AP,推理图不增加算子。

Source-provided article image: PTQ4SAM3: Semantics-Preserving Post-Training Quantization for Segment Anything Model 3
arXiv

深度剖析

低比特 SAM 3 的问题不只是掩码质量下降,而是文本提示与目标对象之间的对应关系会断掉,量化后模型可能圈住一个看起来合理但并非提示所指的对象,或在视频推进中切换身份。 此前的量化方法主要压低特征重建误差,在 COCO、LVIS 这类结构指标上能保住大部分精度,但在指代表达和长视频序列上明显失准。 在 W4A8 图像编码器下,PTQ4SAM 的 COCO mask AP 为 54.1,而 RefCOCO Pr@0.5 只有 42.1,结构分数与提示对齐分数之间出现明显落差。

SPQ 把校准的重点从“整体特征误差最小”转向“保住决定提示选中哪个对象的那些特征方向”。 标准训练后量化对各个特征方向一视同仁地最小化重建误差,而受控扰动实验显示,扰动低方差残差方向对目标选择的影响远大于对掩码 AP 的影响。 在 W4A8 下,SPQ 取得 54.8 COCO mask AP 与 72.5 RefCOCO Pr@0.5,对照 PTQ4SAM 的 54.1 与 42.1;LVIS、RefCOCO 各变体和 SA-V 上也报告了一致增益。

三个校准部件各自负责一类误差,并且全部在离线阶段完成,导出后的推理图与普通量化模型相同。 语义锚定校准用固定的概念词表给影响文本概念分数的参数加权,正交子空间校正约束残差方向上的特征误差,时序分布对齐则估计视频记忆接口的均值偏移并折入已有偏置。 在统一的 W4A8 协议下,单独加入语义锚定校准把 COCO AP 从 45.2 提到 52.5,单独加入正交子空间校正把 RefCOCO Pr@0.5 从 31.1 提到 65.9,单独加入时序分布对齐把 SA-V J&F 从 56.5 提到 75.6,三者合用达到 54.8/72.5/81.2。

启示与展望

演示范围是 SAM 3 的 W4A8 混合精度设置:图像编码器权重 4 比特、激活 8 比特,多模态解码器、检测查询和视频记忆保持 W8A8,文本编码器与预测头保持 FP16;评测覆盖 COCO 2017、LVIS、RefCOCO/+/g 与 SA-V,另有一次 CLIP 迁移检查。作者把扩展到更多架构和更低激活位宽列为后续工作。

作者指出,SPQ 依赖有代表性的校准图像与文本提示,部署提示发生较大偏移时可能需要重新校准;功能干预测量的是特征的选择性敏感度,时序诊断跟踪的是特征变化与精度之间的相关性,二者的因果关系仍需进一步研究。更激进的 W6A6 或 W4A4 解码器与记忆设置也尚待评估。