Tema 03: Modelos multimodales
Modelos fundacionales en visión artificial
Tema 3: Modelos multimodales
Día 1 del curso
- Web del curso
- datamecum.sergiovillanuevalopez.com
- Práctica
- Cuaderno 3 en Colab (3_Multimodal.ipynb)
- Profesor
- Sergio Villanueva · Datamecum
3. Multimodalidad: unir visión y lenguaje
Modelos fundacionales
Definición
Son modelos preentrenados a gran escala que aprenden representaciones generales y transferibles.
Importancia
El preentrenamiento masivo les da patrones que sirven para otras tareas, y a menudo funcionan sin ningún ejemplo de la tarea (zero-shot).
Capacidades
Permiten reutilizar el conocimiento en muchas tareas, reducen anotación y evitan entrenar desde cero.
Ejemplos
- CLIP: 400 millones de pares imagen-texto.
- DINOv2: 142 millones de imágenes (sin etiquetas).
- SAM: 11 millones de imágenes y 1.100 millones de máscaras (segmentaciones).
Multimodalidad
Zero-shot y composicionalidad
Impacto en producción
Categorías nuevas sin reentrenar
En zero-shot, las clases llegan como texto y no como una cabeza reentrenada.
Respuesta A. Exacto: CLIP ordena categorías propuestas como texto.
La composicionalidad permite combinar atributos como «rojo», «perro» y «corriendo». Esto acelera la experimentación, aunque las categorías propuestas y la formulación de los textos pueden cambiar el resultado.
CLIP: imagen - texto (Retrieval/Zero-Shot)
Cómo funciona CLIP
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Imagen a vector
La imagen se convierte en un vector (embedding) con el Image Encoder.
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Textos a vectores
Los textos de las posibles clases se convierten en vectores con el Text Encoder.
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Cálculo de similitud
Se calcula la similitud entre el vector de la imagen y cada vector de texto.
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Predicción
La clase con mayor similitud es la predicción final del modelo.
Gana el texto más cercano
La similitud coseno compara direcciones, no longitudes: mueve la imagen y mira qué texto se queda más cerca.
Los cuatro textos están a distancias distintas del origen y aun así solo cuenta el ángulo. Las líneas de puntos unen los dos que el modelo ha dejado cerca: gato con perro, bicicleta con coche.
- un gato distancia 0,46 0,99
- un perro distancia 0,17 0,96
- una bicicleta distancia 1,18 −0,17
- un coche distancia 0,96 −0,53
La similitud coseno solo mira el ángulo entre vectores: vale 1 cuando apuntan igual, 0 cuando son perpendiculares y −1 cuando se oponen. Por eso dos vectores de longitud muy distinta pueden ser casi idénticos para el modelo, como pasa aquí con la imagen y «un gato». La longitud de un embedding recoge sobre todo cuánta señal tiene el parche o el texto, no de qué habla, así que la práctica habitual es normalizar los vectores antes de guardarlos; con vectores normalizados, ordenar por coseno y ordenar por distancia euclídea dan el mismo resultado, y la distancia deja de estorbar. La agrupación tampoco es casual: los conceptos que aparecen juntos en los pares de entrenamiento acaban en direcciones próximas, y por eso gato y perro caen a un lado y bicicleta y coche al otro. De ahí se siguen dos consecuencias prácticas: la lista de candidatos condiciona la respuesta, porque el modelo elige siempre uno, y la formulación del texto desplaza su vector, así que reescribir el prompt puede cambiar el ganador sin tocar la imagen.
Entrenamiento de CLIP: aprendiendo por asociación
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La entrada: arquitectura de dos torres
CLIP utiliza dos codificadores independientes que trabajan en paralelo, proyectando la información a un espacio compartido. El Image Encoder (Vision Transformer o ResNet) convierte la imagen en un vector numérico (embedding). El Text Encoder (un Transformer) convierte la descripción textual en otro vector numérico.
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El proceso: la matriz de N × N
El modelo recibe un lote (batch) de N imágenes y sus N textos correspondientes, creando una matriz de N × N posibles parejas. En un lote de 32.768 pares, el tamaño que usó CLIP, hay 32.768 parejas correctas y más de mil millones de combinaciones incorrectas.
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El objetivo: maximizar la diagonal
El modelo se entrena con una única regla simple (Contrastive Loss):
- Aumentar la similitud (producto escalar) de los pares correctos (en la diagonal).
- Disminuir la similitud de todas las combinaciones incorrectas (fuera de la diagonal).
La temperatura decide cuánto castiga un error
Cuatro fotos y sus cuatro textos. Cada fila reparte la probabilidad entre los textos; la pérdida contrastiva quiere todo en la diagonal. La foto del gato aún se parece más a «un perro»: mira qué pasa con ella al cambiar la temperatura.
| Foto | «un perro» | «un gato» | «un coche» | «una bici» |
|---|---|---|---|---|
| Foto: perro | 88 % | 12 % | 0 % | 0 % |
| Foto: gato | 75 % | 25 % | 0 % | 0 % |
| Foto: coche | 0 % | 0 % | 87 % | 13 % |
| Foto: bici | 0 % | 0 % | 11 % | 89 % |
Recuadradas, las parejas correctas. La fila marcada es la que el modelo todavía falla.
Pérdida del lote0,38
Gato → «un gato»25 %
Vectores de juguete de tres números, no salen de CLIP. CLIP usa 512 dimensiones o más, lotes de 32.768 pares y aprende τ durante el entrenamiento, empezando en 0,07.
Esta página recoge el estado con τ = 0,07, el valor con el que CLIP empieza a entrenar: pérdida 0,38 y la foto del gato da un 25 % a «un gato» y un 75 % a «un perro». Las similitudes se dividen por τ antes del softmax. Con τ = 1 todas las filas quedan repartidas, la pérdida sube a 1,05 y un acierto apenas se distingue de un error. Con τ = 0,01 los aciertos llegan al 100 %, pero el gato da casi todo a «un perro» y la pérdida sube a 0,98. El mínimo de este lote está cerca de 0,05. Por eso CLIP no fija la temperatura: la aprende como un parámetro más.
Limitaciones de CLIP
Qué NO puede hacer
- Generar texto (solo embeddings).
- Detectar objetos (no proporciona bounding boxes).
- Segmentar imágenes (no produce máscaras).
- Responder preguntas sobre contenido visual.
- Contar objetos con precisión.
Problemas conocidos
- Lee mal el texto de las imágenes, y aun así a veces le pesa demasiado: una manzana con un papel que pone «iPod» acaba clasificada como iPod.
- Sesgos heredados del dataset de entrenamiento.
- Confunde atributos visuales muy finos.
- Poca comprensión de negaciones en el prompt.
- Alta sensibilidad a la formulación del prompt.
BLIP: describe y responde (generativo)
Grounding DINO: texto → cajas (Open-Vocabulary)
Capacidades avanzadas
Cómo funciona Grounding DINO
-
Codificación de texto
El prompt textual («coche rojo y persona») se transforma en features lingüísticas ricas en significado a través de un modelo BERT.
-
Codificación de imagen
La imagen de entrada es procesada por un Swin Transformer para extraer features visuales de alta resolución.
-
Fusión de características
Mediante atención cruzada intermodal, las features de texto guían la interpretación visual, alineando el lenguaje con las regiones espaciales relevantes de la imagen.
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Cabeza de detección
Un decoder Transformer usa estas features fusionadas para predecir las bounding boxes y las clases de los objetos a partir del prompt.
Innovaciones de Grounding DINO
Detección sin anchors
A diferencia de métodos clásicos, no requiere cajas predefinidas, lo que simplifica y flexibiliza el proceso.
Sin NMS
Como los DETR, predice cajas sin duplicados y se ahorra el posprocesado de Non-Maximum Suppression.
Queries guiadas por lenguaje
El texto dirige directamente qué y dónde buscar en la imagen.
Atención cruzada
Permite una profunda interacción entre las representaciones visuales y lingüísticas.
Vocabulario abierto
COCO: 80 clases fijas → Grounding DINO: cualquier clase que se pueda describir con palabras, con más acierto cuanto más común sea el concepto.
Casos de uso y limitaciones de Grounding DINO
Casos de uso
- Inspección industrial sencilla: «defectos en soldadura», «tornillos faltantes», «grietas en superficie».
- Retail y e-commerce: «productos dañados», «etiquetas de precio», «artículos mal colocados».
- Seguridad: «personas sin casco», «vehículos en zona restringida», «objetos abandonados».
- Agricultura: «frutos maduros», «plagas en hojas», «equipos agrícolas».
Limitaciones
- Ambigüedad lingüística: prompts vagos («cosa roja») pueden generar detecciones imprecisas.
- Objetos muy pequeños: rendimiento reducido en objetos menores al 1 % del área de imagen.
- Escenas complejas: dificultades con múltiples objetos superpuestos o muy similares.
- Dependencia del lenguaje: requiere descripciones precisas; no funciona bien con jerga técnica muy específica.
Nombrar para localizar
Los modelos multimodales se distinguen por su salida: texto, puntuación o cajas.
Respuesta A. Exacto: el prompt guía la búsqueda, pero la evaluación valida el uso.
CLIP puntúa textos frente a una imagen, BLIP genera lenguaje y Grounding DINO devuelve cajas. Para localizar un defecto nombrándolo, la salida que necesitas es una caja.
Anatomía de un VLM: ¿cómo ve el LLM?
Vision encoder (ojos)
Extrae features visuales de la imagen (por ejemplo ViT o SigLIP), transformando píxeles en una representación numérica de alto nivel.
Projector / Adapter (traductor)
Una capa (MLP o Linear) que convierte las features visuales en «tokens visuales», adaptándolos para que tengan el mismo tamaño y formato que los tokens de texto.
LLM Backbone (cerebro)
Recibe [tokens de sistema] + [tokens visuales] + [tokens de usuario] como una única secuencia. La imagen se convierte en una secuencia de tokens pseudo-palabras que se concatenan al prompt de texto.
VLM (Qwen): conversa y razona sobre imágenes
Al cambiar de versión de Qwen cambia también el formato de las cajas: Qwen2.5-VL las devuelve en píxeles de la imagen, y Qwen3-VL y Qwen3.5, en coordenadas relativas de 0 a 1000. Confundirlos no da ningún error, solo dibuja las cajas en el sitio equivocado. El cuaderno lo resuelve con una sola variable, COORDENADAS_0_1000.
Mejores prácticas de prompting
Para CLIP
- Usar templates como «una foto de {}».
- Múltiples formulaciones del mismo concepto.
- Evitar negaciones directas en el prompt.
Para Grounding DINO
- Separar conceptos con « . » (punto).
- Ser descriptivo pero conciso.
- Incluir los atributos que distinguen al objeto: color, forma, material.
Para Qwen y otros VLM
- Instrucciones claras y específicas.
- Especificar formato de salida (por ejemplo, JSON).
- Dar ejemplos concretos si es posible.
Malos prompts
- «¿Está bien?»
- «no hay personas sin casco»
Buenos prompts
- «Lista todos los defectos visibles en esta pieza metálica»
- «personas con casco . personas sin casco» (para comparar)
¿Qué modelo uso para cada tarea?
El gráfico ordena capacidades relativas, no mide latencia en un hardware concreto. Para decidir hay que medir en el dispositivo de destino con el tamaño de entrada real.
Aplica la regla de decisión
Cada familia resuelve bien una cosa y mal las demás.
Respuesta A. Exacto: BLIP genera texto condicionado por una imagen.
Generar una frase es tarea de un modelo generativo. CLIP solo puntúa textos que tú escribes y Grounding DINO devuelve cajas, no lenguaje.
Limitaciones y buenas prácticas
Estrategias de mitigación
Clasificar sin entrenar nada
Escribes las clases como texto y CLIP te ordena cuál encaja mejor.
import torch
from PIL import Image
from transformers import CLIPProcessor, CLIPModel
clip_id = "openai/clip-vit-base-patch32"
processor = CLIPProcessor.from_pretrained(clip_id)
model = CLIPModel.from_pretrained(clip_id)
image = Image.open("mi_imagen.jpg").convert("RGB")
# CLIP se entrenó con textos en inglés: las clases van en inglés
clases = ["a photo of an intact metal part",
"a photo of a rusty metal part",
"a photo of a broken metal part"]
inputs = processor(text=clases, images=image, return_tensors="pt", padding=True)
with torch.no_grad():
probs = model(**inputs).logits_per_image.softmax(dim=1)[0]
for clase, p in zip(clases, probs):
print(f"{p:.2f} {clase}")
Taller de prompts
Dos prompts que fallan en clase y cómo se arreglan.
Respuesta C. Correcto. Dos conceptos en positivo, separados por el punto que Grounding DINO usa para distinguirlos, y cada uno nombra algo visible.
Respuesta B. Correcto. Pide en positivo, fija el formato de salida y contempla explícitamente el caso sin defectos, que es donde más alucinan los generativos.
Las tres reglas que resuelven la mayoría de los casos: pedir en positivo en lugar de en negativo, nombrar lo que se busca en vez de preguntar si algo está bien, y separar conceptos con un punto cuando el modelo es Grounding DINO. Para un VLM, además, conviene decir el formato de salida que esperas.
¿Cuál de los cuatro te sirve?
Responde a dos preguntas y sale el modelo, con la línea para empezar.
CLIP
Ordena tus textos candidatos frente a la imagen. Es el más rápido y ligero, ideal como primer filtro de un catálogo.
CLIPModel.from_pretrained("openai/clip-vit-base-patch32")
BLIP
Genera descripciones y responde preguntas sencillas sobre la imagen, con un coste muy inferior al de un VLM.
BlipForConditionalGeneration.from_pretrained("Salesforce/blip-image-captioning-base")
BLIP, y un VLM si te quedas corto
Empieza por BLIP. Si necesitas que la frase razone o siga instrucciones, salta a Qwen-VL asumiendo el coste.
Salesforce/blip-image-captioning-base y, si hace falta, Qwen/Qwen3.5-2B
Grounding DINO
Le das una frase y devuelve cajas, sin haber sido entrenado en esa categoría. Separa conceptos con un punto.
AutoModelForZeroShotObjectDetection.from_pretrained("IDEA-Research/grounding-dino-base")
Un VLM como Qwen3.5
Razona, compara y devuelve JSON con los campos que le pidas. Es el más pesado, así que resérvalo para donde aporte.
Qwen/Qwen3.5-2B
Replantea el problema
Razonar y extraer estructura es caro. Si necesitas volumen, resuelve primero con CLIP o Grounding DINO y manda al VLM solo los casos dudosos.
Si solo uno de cada diez casos llega al VLM, el coste baja casi diez veces y los casos dudosos siguen revisándose.
Antes de fiarte de una salida multimodal
Siete comprobaciones para modelos que hablan con mucha seguridad.
- La lista de candidatos es completaCon CLIP el modelo elige siempre uno. Si falta la opción «ninguna», te devolverá la menos mala.
- Prompts en positivo«Tornillos en buen estado» en vez de «sin óxido». Las negaciones se entienden mal.
- Formato de salida pedido explícitamenteSi esperas JSON, dilo y da un ejemplo de los campos.
- Alucinaciones buscadas a propósitoPrueba con imágenes donde la respuesta correcta sea «no se ve». Un generativo tiende a inventar.
- Sesgos revisados con tus datosValida con población y escenarios representativos de tu uso real.
- Umbral ajustado, no heredadoEmpieza en 0,5 y muévelo según veas falsos positivos o negativos.
- Humano en el bucle donde importaMedicina, seguridad y decisiones sobre personas siempre con revisión.
Cuatro formas de mirar
Compara CLIP, BLIP, Grounding DINO y Qwen con la misma imagen.
- Guarda una copia en Drive.
- Cambia imagen y prompts.
- Contrasta salidas y errores.
Usa la misma imagen para separar capacidades: CLIP ordena textos, BLIP genera una descripción, Grounding DINO localiza conceptos y Qwen responde instrucciones. Registra el prompt, el modelo y el error observado; una salida más larga o fluida no implica una respuesta más correcta.