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两个编码器不再挤进同一空间:DuoJEPA用一层翻译层,胸片零样本AUC从60.0升到86.6

核心概要

多模态配对数据通常被用来把两个编码器拉到同一个嵌入空间里。DuoJEPA反过来保留每个模态各自的LeJEPA自监督空间,只在每个编码器后加一层无残差的transformer翻译层,把嵌入译到对方空间,并用完全在目标空间内计算的对比损失训练。在CheXpert Plus胸片与报告上,它的零样本AUC为86.6、跨模态检索分数为78.5,而相同编码器和数据下重实现的LeVLJEPA为60.0和64.2,同时配对余弦检验未检出两个自有空间直接对齐。

Source-provided article image: DuoJEPA: Cross-Modal Translation Between Unaligned Self-Supervised Embedding Spaces
arXiv

深度剖析

配对模态的预训练不再要求两个编码器把同一样本映射到同一坐标,跨模态检索和零样本分类改由一层学到的翻译完成。 此前的对比对齐做法训练两个编码器直到一对样本的嵌入重合,LeVLJEPA这类非对比方法也仍保留共享的预测目标。 在CheXpert Plus胸片与报告上,DuoJEPA的零样本AUC为86.6、跨模态检索分数为78.5,相同编码器和数据下重实现的LeVLJEPA为60.0和64.2,配对自助法区间均不含零。

每个模态各有一个用LeJEPA训练的自监督编码器,编码器之后接一层transformer翻译层,把该模态的嵌入译进另一个编码器的空间。 翻译损失是只在目标空间内计算的InfoNCE对比目标,没有任何一项直接比较两个自有空间,但梯度也回传到目标编码器,因此两个编码器是联合训练的。 在Sentinel-2光学与Sentinel-1雷达影像上,翻译层在4000个候选中找回配对影像的比例为光学到雷达77.3%、雷达到光学79.2%,而两个自有空间互相检索仅0.45%。

翻译层是否带残差连接,决定了跨模态压力被翻译层吸收还是被两个编码器吸收。 标准transformer层把输出加回输入,使翻译层初始时接近恒等映射,损失可以靠把两个编码器挪到一起而降低。 换成带残差的翻译层后,胸片与报告的配对余弦对齐AUC升到97.5,卫星影像的两个自有空间互相检索达64.7%,而所有无残差配置不超过0.53%,跨模态表现相近。

启示与展望

结果覆盖两个模态对:CheXpert Plus的胸片与报告,以及SSL4EO-S12上预训练、在BigEarthNet上评测的Sentinel-2光学与Sentinel-1雷达影像;胸片模型训练2万步、卫星模型训练10万步,各为单次运行。读者对象是从事多模态表示学习与医学影像、遥感应用的研究人员和工程师。

对齐判定依赖配对余弦检验,AUC接近50只说明该检验下检不出直接对齐,并不说明两个空间无关;卫星影像上训练后的翻译层比用8000对拟合的旋转低4到6个检索点,这一差距在自助法区间之外,原因尚未检验。