ScreenAI:UIと視覚的状況言語理解のための視覚言語モデル
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Google Research Blog
Google Researchが開発した、UI画面や視覚的コンテキストを理解する視覚言語モデル。画面要素の認識とテキスト理解を統合した技術。
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<span class="byline-author">投稿者: Srinivas Sunkara および Gilles Baechler, ソフトウェアエンジニア, Google Research</span>
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画面ユーザーインターフェース(UI)や、チャート、図表、表などのインフォグラフィックは、豊かでインタラクティブなユーザー体験を促進するため、人間同士のコミュニケーションや人間と機械のインタラクションにおいて重要な役割を果たしています。UIとインフォグラフィックは、アイコンやレイアウトなどの類似したデザイン原則と視覚的言語を共有しており、これらのインターフェースを理解し、推論し、対話できる単一のモデルを構築する機会を提供します。しかし、その複雑さと多様な表現形式のため、インフォグラフィックとUIは独特のモデリング上の課題を提示しています。
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この目的のために、私たちは「<a href="https://arxiv.org/abs/2402.04615">ScreenAI: UIとインフォグラフィック理解のための視覚言語モデル</a>」を紹介します。ScreenAIは、<a href="https://arxiv.org/abs/2305.18565">PaLIアーキテクチャ</a>を、<a href="https://arxiv.org/abs/2210.03347">pix2struct</a>の柔軟なパッチング戦略で改良したものです。私たちは、モデルが画面上のUI要素情報(タイプ、位置、説明)を識別することを要求する新しいScreen Annotationタスクを含む、独自のデータセットとタスクの組み合わせでScreenAIをトレーニングしました。これらのテキスト注釈は、大規模言語モデル(LLM)に画面の説明を提供し、質問応答(QA)、UIナビゲーション、要約のトレーニングデータセットを大規模に自動生成することを可能にします。わずか50億パラメータという規模でありながら、ScreenAIはUIおよびインフォグラフィックベースのタスク(<a href="https://x-lance.github.io/WebSRC/">WebSRC</a>および<a href="https://github.com/aburns4/MoTIF">MoTIF</a>)において最先端の結果を達成し、同規模のモデルと比較して、<a href="https://github.com/vis-nlp/ChartQA">Chart QA</a>、<a href="https://rrc.cvc.uab.es/?ch=17&amp;com=evaluation&amp;task=1">DocVQA</a>、<a href="https://arxiv.org/abs/2104.12756">InfographicVQA</a>において最高クラスのパフォーマンスを示します。また、モデルのレイアウト理解能力を評価するための<a href="https://github.com/google-research-datasets/screen_qa?tab=readme-ov-file#screen-annotation-dataset-details">Screen Annotation</a>、およびそのQA能力をより包括的に評価するための<a href="https://github.com/google-research-datasets/screen_qa/tree/main?tab=readme-ov-file#short_answers-directory">ScreenQA Short</a>と<a href="https://github.com/google-research-datasets/screen_qa?tab=readme-ov-file#complexqa" target="_blank">Complex ScreenQA</a>という3つの新しいデータセットも公開します。
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<h2>ScreenAI</h2>
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ScreenAIのアーキテクチャは、マルチモーダルエンコーダブロックと自己回帰デコーダで構成される<a href="https://arxiv.org/abs/2209.06794">PaLI</a>に基づいています。PaLIエンコーダは、画像埋め込みを作成する<a href="https://arxiv.org/abs/2010.11929">Vision Transformer</a>(ViT)と、画像とテキストの埋め込みの連結を入力として受け取るマルチモーダルエンコーダを使用します。この柔軟なアーキテクチャにより、ScreenAIは、テキスト+画像からテキストへの問題として再構成可能な視覚タスクを解決することができます。
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PaLIアーキテクチャの上に、pix2structで導入された柔軟なパッチング戦略を採用しています。固定グリッドパターンを使用する代わりに、入力画像の元のアスペクト比を維持するようにグリッド寸法が選択されます。これにより、ScreenAIは様々なアスペクト比の画像でうまく機能することができます。
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ScreenAIモデルは、事前学習段階とその後に行われるファインチューニング段階の2段階でトレーニングされます。まず、自己教師あり学習を適用してデータラベルを自動生成し、それらを使用してViTと言語モデルをトレーニングします。ViTはファインチューニング段階では凍結され、この段階で使用されるデータのほとんどは人間の評価者によって手動でラベル付けされています。
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<table align="center" cellpadding="0" cellspacing="0" class="tr-caption-container" style="margin-left: auto; margin-right: auto;"><tbody><tr><td style="text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjS1qatfLUw6BZZgkPxrv0Hx1pAPAehiF8q3kfA0BUyyPx4XXpwZRr75nYl99fTIQwLNmOHXhSBbpzHDnw6yQXZls1ZV-IE-d75jP5M02cRSZTYuU8FJBS4mubPzUPIuvcj_oqkEJcWtNWtnLmPZ3P1jJlDmc8GA1WNq00jUwl2o8gfLIIXlknrjy4z6y7Y/s1600/image6.gif" style="margin-left: auto; margin-right: auto;"><img border="0" data-original-height="583" data-origin
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<span class="byline-author">Posted by Srinivas Sunkara and Gilles Baechler, Software Engineers, Google Research</span>
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Screen user interfaces (UIs) and infographics, such as charts, diagrams and tables, play important roles in human communication and human-machine interaction as they facilitate rich and interactive user experiences. UIs and infographics share similar design principles and visual language (e.g., icons and layouts), that offer an opportunity to build a single model that can understand, reason, and interact with these interfaces. However, because of their complexity and varied presentation formats, infographics and UIs present a unique modeling challenge.
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<a name='more'></a>
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To that end, we introduce “<a href="https://arxiv.org/abs/2402.04615">ScreenAI: A Vision-Language Model for UI and Infographics Understanding</a>”. ScreenAI improves upon the <a href="https://arxiv.org/abs/2305.18565">PaLI architecture</a> with the flexible patching strategy from <a href="https://arxiv.org/abs/2210.03347">pix2struct</a>. We train ScreenAI on a unique mixture of datasets and tasks, including a novel Screen Annotation task that requires the model to identify UI element information (i.e., type, location and description) on a screen. These text annotations provide large language models (LLMs) with screen descriptions, enabling them to automatically generate question-answering (QA), UI navigation, and summarization training datasets at scale. At only 5B parameters, ScreenAI achieves state-of-the-art results on UI- and infographic-based tasks (<a href="https://x-lance.github.io/WebSRC/">WebSRC</a> and <a href="https://github.com/aburns4/MoTIF">MoTIF</a>), and best-in-class performance on <a href="https://github.com/vis-nlp/ChartQA">Chart QA</a>, <a href="https://rrc.cvc.uab.es/?ch=17&amp;com=evaluation&amp;task=1">DocVQA</a>, and <a href="https://arxiv.org/abs/2104.12756">InfographicVQA</a> compared to models of similar size. We are also releasing three new datasets: <a href="https://github.com/google-research-datasets/screen_qa?tab=readme-ov-file#screen-annotation-dataset-details">Screen Annotation</a> to evaluate the layout understanding capability of the model, as well as <a href="https://github.com/google-research-datasets/screen_qa/tree/main?tab=readme-ov-file#short_answers-directory">ScreenQA Short</a> and <a href="https://github.com/google-research-datasets/screen_qa?tab=readme-ov-file#complexqa" target="_blank">Complex ScreenQA</a> for a more comprehensive evaluation of its QA capability.
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<h2>ScreenAI</h2>
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ScreenAI’s architecture is based on <a href="https://arxiv.org/abs/2209.06794">PaLI</a>, composed of a multimodal encoder block and an autoregressive decoder. The PaLI encoder uses a <a href="https://arxiv.org/abs/2010.11929">vision transformer</a> (ViT) that creates image embeddings and a multimodal encoder that takes the concatenation of the image and text embeddings as input. This flexible architecture allows ScreenAI to solve vision tasks that can be recast as text+image-to-text problems.
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On top of the PaLI architecture, we employ a flexible patching strategy introduced in pix2struct. Instead of using a fixed-grid pattern, the grid dimensions are selected such that they preserve the native aspect ratio of the input image. This enables ScreenAI to work well across images of various aspect ratios.
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The ScreenAI model is trained in two stages: a pre-training stage followed by a fine-tuning stage. First, self-supervised learning is applied to automatically generate data labels, which are then used to train ViT and the language model. ViT is frozen during the fine-tuning stage, where most data used is manually labeled by human raters.
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<table align="center" cellpadding="0" cellspacing="0" class="tr-caption-container" style="margin-left: auto; margin-right: auto;"><tbody><tr><td style="text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjS1qatfLUw6BZZgkPxrv0Hx1pAPAehiF8q3kfA0BUyyPx4XXpwZRr75nYl99fTIQwLNmOHXhSBbpzHDnw6yQXZls1ZV-IE-d75jP5M02cRSZTYuU8FJBS4mubPzUPIuvcj_oqkEJcWtNWtnLmPZ3P1jJlDmc8GA1WNq00jUwl2o8gfLIIXlknrjy4z6y7Y/s1600/image6.gif" style="margin-left: auto; margin-right: auto;"><img border="0" data-original-height="583" data-origin
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