计算机视觉——利用AI幻觉检测图像是否是生成式算生成的图像

概述

俄罗斯的新研究提出了一种非常规方法，用于检测不真实的AI生成图像——不是通过提高大型视觉-语言模型（LVLMs）的准确性，而是故意利用它们的幻觉倾向。

这种新方法使用LVLMs提取图像的多个“原子事实”，然后应用自然语言推理（NLI），系统地衡量这些陈述之间的矛盾——有效地将模型的缺陷转化为检测违背常识的图像的诊断工具。

WHOOPS!数据集中两张图片与LVLM模型自动生成的陈述。左侧图片是真实的，导致描述一致，而右侧不寻常的图片导致模型产生幻觉，产生矛盾或错误的陈述。

当被要求评估第二张图片的真实性时，LVLM可以看出__有些不对劲__，因为图中的骆驼有三个驼峰，这在自然中是不存在的。

然而，LVLM最初将__超过2个驼峰__与__超过2个动物__混淆，因为这是在一张“骆驼图片”中看到三个驼峰的唯一方式。然后，它继续幻觉出比三个驼峰更不可能的事情（即“两个头”），并且从未详细说明似乎触发了它的怀疑的事情——那个不太可能的额外驼峰。

新研究的研究人员发现，LVLM模型可以本地执行这种评估，并且与经过微调用于此类任务的模型相比，表现相当甚至更好。由于微调复杂、昂贵且在下游应用方面相当脆弱，因此发现当前AI革命中最大的障碍之一的本地用途，是对文献中一般趋势的令人耳目一新的转变。

一、开放评估

作者强调，这种方法的重要性在于它可以使用_开源_框架部署。尽管像ChatGPT这样的先进且高投资模型可能会（论文承认）在该任务中提供更好的结果，但对于大多数人（尤其是业余爱好者和视觉特效社区）来说，文献的真正价值在于能够在本地实现中整合和开发新的突破；相反，所有注定用于专有商业API系统的项目都容易被撤回、随意涨价，并且审查政策更有可能反映公司的企业利益，而不是用户的需求和责任。

新论文的标题为__不要对抗幻觉，利用它们：使用NLI对原子事实进行图像真实性估计__，来自斯科尔科沃科学技术研究所（Skoltech）、莫斯科物理技术学院以及俄罗斯公司MTS AI和AIRI的五位研究人员。该工作有一个配套的GitHub页面。

二、方法

作者使用以色列/美国的WHOOPS!数据集进行该项目：

_WHOOPS!数据集中不可能图像的示例。值得注意的是，这些图像组合了合理的元素，它们的不可能性必须根据这些不兼容方面的组合来计算。
该数据集包含500张合成图像和超过10,874个注释，专门设计用于测试AI模型的常识推理和组合理解能力。它是由设计师与Midjourney和DALL-E系列等文本到图像系统合作创建的，这些设计师的任务是生成具有挑战性的图像——产生自然难以捕捉的场景：

WHOOPS!数据集中的进一步示例。

新方法分为三个阶段：首先，LVLM（具体为LLaVA-v1.6-mistral-7b）被提示生成多个简单陈述——称为“原子事实”——描述图像。这些陈述使用多样化束搜索生成，确保输出的多样性。

_多样化束搜索通过优化多样性增强目标，产生更多样化的标题选项。

接下来，使用自然语言推理模型系统地比较每个生成的陈述与其他所有陈述，该模型为陈述对分配分数，反映它们是否相互蕴含、矛盾或中立。

矛盾表明图像中存在幻觉或不真实元素：

检测流程图。

最后，该方法将这些成对的NLI分数聚合为一个“现实分数”，量化生成陈述的整体一致性。

研究人员探索了不同的聚合方法，基于聚类的方法表现最佳。作者应用k-means聚类算法将各个NLI分数分为两个聚类，较低值聚类的质心被选为最终指标。

使用两个聚类直接与分类任务的二元性质一致，即区分真实图像和不真实图像。其逻辑类似于简单地选择最低分数；然而，聚类允许指标代表多个事实之间的平均矛盾，而不是依赖于单个离群值。

三、数据和测试

研究人员在WHOOPS!基准测试中测试了他们的系统，使用旋转的测试分割（即交叉验证）。测试的模型为BLIP2 FlanT5-XL和BLIP2 FlanT5-XXL，在分割中进行测试，以及BLIP2 FlanT5-XXL的零样本格式（即，无需额外训练）。

对于指令遵循基线，作者使用短语__“这不寻常吗？请用简短的句子简要说明”__提示LVLMs，先前研究发现这在识别不真实图像方面很有效。

测试的模型为LLaVA 1.6 Mistral 7B、LLaVA 1.6 Vicuna 13B以及两种大小（70亿/130亿参数）的InstructBLIP。

测试过程围绕102对真实和不真实（“奇怪”）图像进行。每对包含一张正常图像及其违背常识的对应图像。

三名人类标注者对图像进行了标注，达成92%的共识，表明人类对“奇怪”的定义有很强的共识。通过评估方法正确区分真实和不真实图像的能力来衡量其准确性。

该系统使用三折交叉验证进行评估，使用固定种子随机打乱数据。作者在训练期间调整了蕴含分数（逻辑上一致的陈述）和矛盾分数（逻辑上冲突的陈述）的权重，而“中立”分数则固定为零。最终准确性是通过所有测试分割的平均值计算得出的。

在五个生成事实的子集上，不同NLI模型和聚合方法的准确性比较。

关于上图中显示的初步结果，论文指出：

“[‘clust’]方法表现最佳。这意味着聚合所有矛盾分数至关重要，而不是只关注极端值。此外，最大的NLI模型（nli-deberta-v3-large）在所有聚合方法中均优于其他模型，表明它更有效地捕捉了问题的本质。”

作者发现，最佳权重始终倾向于矛盾而非蕴含，表明矛盾对于区分不真实图像更具信息量。他们的方法超越了所有其他测试的零样本方法，接近经过微调的BLIP2模型的性能：

WHOOPS!基准测试中各种方法的性能。微调（ft）方法位于顶部，而零样本（zs）方法列在下方。模型大小表示参数数量，准确性用作评估指标。

他们还注意到，出乎意料的是，InstructBLIP在给定相同提示的情况下比类似的LLaVA模型表现更好。尽管承认GPT-4o的准确性更高，但论文强调作者倾向于展示实用的开源解决方案，并且似乎可以合理地声称明确利用幻觉作为诊断工具的新颖性。

结论

然而，作者承认他们的项目得益于2024年的FaithScore，这是德克萨斯大学达拉斯分校和约翰霍普金斯大学的合作项目。

FaithScore评估的说明。首先，识别LVLM生成答案中的描述性陈述。接下来，这些陈述被分解为单独的原子事实。最后，将原子事实与输入图像进行比较以验证其准确性。下划线文本突出显示客观描述性内容，而蓝色文本表示幻觉陈述，使FaithScore能够提供可解释的事实正确性度量。 来源：https://arxiv.org/pdf/2311.01477

FaithScore通过验证与图像内容的一致性来衡量LVLM生成描述的忠实度，而新论文的方法明确利用LVLM幻觉，通过自然语言推理检测不真实图像，即通过生成事实中的矛盾。

新工作自然依赖于当前语言模型的怪癖，以及它们产生幻觉的倾向。如果模型开发最终产生了一个完全不产生幻觉的模型，那么即使新工作的一般原则也将不再适用。然而，这仍然是一个具有挑战性的前景。