多模态检索的RAG系统架构设计（文本+图像混合检索）

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1. 系统架构设计

核心组件

1. 多模态编码器

   • 文本分支：使用预训练模型（如BERT、RoBERTa）生成文本Embedding。
   • 图像分支：使用视觉模型（如CLIP的ViT、ResNet）生成图像Embedding。

2. 联合向量空间

   • 通过对比学习（如CLIP）或跨模态投影层，将文本和图像向量映射到同一空间。

3. 多模态检索器

   • 支持混合检索（文本+图像），使用统一索引（如FAISS、Milvus）存储多模态向量。

4. 生成模型

   • 输入：用户查询 + 检索到的文本/图像元数据 → 生成多模态回答（如描述图像的文字或结合文本的图文回答）。

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2. 跨模态向量空间对齐方案

方法一：预训练对齐模型（如CLIP）

• 原理：直接使用CLIP等已对齐的模型，其文本和图像Encoder输出的向量天然处于同一空间。
• 优势：开箱即用，无需额外训练。
• 示例代码：

  import clip
  model, preprocess = clip.load("ViT-B/32")
  text_embedding = model.encode_text(clip.tokenize("a cat"))
  image_embedding = model.encode_image(preprocess(image))
  

方法二：跨模态投影网络

• 步骤：
  1. 分别训练文本和图像的单模态Encoder。
  2. 添加投影头（如MLP），将两类向量映射到共享空间。
  3. 通过对比损失（InfoNCE）或三元组损失优化对齐。
• 损失函数示例：

  # 对齐损失（缩小正样本对距离，增大负样本对距离）
  loss = contrastive_loss(text_emb, image_emb, temperature=0.07)
  

方法三：联合微调

• 流程：
  • 在下游任务（如图文检索）上联合微调文本和图像Encoder。
  • 使用多任务学习（如检索任务+生成任务）进一步对齐。

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3. 混合检索策略

• 方案A：早期融合
  将文本和图像Embedding拼接后检索（需归一化或加权）。

  combined_embed = α * text_embed + (1-α) * image_embed  # 加权融合
  

• 方案B：后期融合
  分别检索文本和图像结果，再按相似度分数排序合并（如RRF算法）。

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4. 关键问题解决

Q: 如何解决模态间向量尺度不一致？

• 归一化：对文本和图像向量分别做L2归一化。
• 温度系数：在对比学习中调整softmax温度参数平衡模态贡献。

Q: 如何优化多模态索引效率？

• 分层索引：对文本和图像分组建库，检索时并行查询。
• 降维：对高维向量使用PCA或Autoencoder压缩。

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5. 扩展能力

• 动态更新：支持增量插入新模态数据（如新增视频Embedding）。
• 可解释性：返回检索结果的相似度分数和模态来源（如“此回答参考了图像A和文本B”）。

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总结

该架构通过预训练对齐或投影层学习实现跨模态向量统一，结合混合检索策略，使RAG系统能同时处理文本和图像查询，生成更丰富的多模态回答。