Multimodales RAG mit Milvus

Dieses Tutorial zeigt das multimodale RAG, das von Milvus, dem visualisierten BGE-Modell und GPT-4o unterstützt wird. Mit diesem System können Benutzer ein Bild hochladen und Textanweisungen bearbeiten, die von dem zusammengesetzten BGE-Modell verarbeitet werden, um nach Bildkandidaten zu suchen. GPT-4o fungiert dann als Reranker, der das am besten geeignete Bild auswählt und die Gründe für die Auswahl angibt. Diese leistungsstarke Kombination ermöglicht eine nahtlose und intuitive Bildsuche, wobei Milvus für eine effiziente Suche, das BGE-Modell für eine präzise Bildverarbeitung und -abgleichung und GPT-4o für ein fortschrittliches Reranking eingesetzt werden.

Vorbereitung

Abhängigkeiten installieren

$ pip install --upgrade pymilvus openai datasets opencv-python timm einops ftfy peft tqdm

$ git clone https://github.com/FlagOpen/FlagEmbedding.git
$ pip install -e FlagEmbedding

Daten herunterladen

Mit dem folgenden Befehl werden die Beispieldaten heruntergeladen und in einen lokalen Ordner "./images_folder" entpackt:

• Bilder: Eine Teilmenge von Amazon Reviews 2023 mit etwa 900 Bildern aus den Kategorien "Appliance", "Cell_Phones_and_Accessories" und "Electronics".

• leopard.jpg: Ein Beispiel für ein Suchbild.

$ wget https://github.com/milvus-io/bootcamp/releases/download/data/amazon_reviews_2023_subset.tar.gz
$ tar -xzf amazon_reviews_2023_subset.tar.gz

Lasteinbettungsmodell

Wir werden das Visualized BGE-Modell "bge-visualized-base-de-v1.5" verwenden, um Einbettungen sowohl für Bilder als auch für Text zu erzeugen.

1. Gewicht herunterladen

$ wget https://huggingface.co/BAAI/bge-visualized/resolve/main/Visualized_base_en_v1.5.pth

2. Encoder erstellen

import torch
from FlagEmbedding.visual.modeling import Visualized_BGE


class Encoder:
    def __init__(self, model_name: str, model_path: str):
        self.model = Visualized_BGE(model_name_bge=model_name, model_weight=model_path)
        self.model.eval()

    def encode_query(self, image_path: str, text: str) -> list[float]:
        with torch.no_grad():
            query_emb = self.model.encode(image=image_path, text=text)
        return query_emb.tolist()[0]

    def encode_image(self, image_path: str) -> list[float]:
        with torch.no_grad():
            query_emb = self.model.encode(image=image_path)
        return query_emb.tolist()[0]


model_name = "BAAI/bge-base-en-v1.5"
model_path = "./Visualized_base_en_v1.5.pth"  # Change to your own value if using a different model path
encoder = Encoder(model_name, model_path)

Daten laden

In diesem Abschnitt werden Beispielbilder mit den entsprechenden Einbettungen in die Datenbank geladen.

Einbettungen generieren

Laden Sie alle jpeg-Bilder aus dem Datenverzeichnis und wenden Sie den Kodierer an, um die Bilder in Einbettungen umzuwandeln.

import os
from tqdm import tqdm
from glob import glob


# Generate embeddings for the image dataset
data_dir = (
    "./images_folder"  # Change to your own value if using a different data directory
)
image_list = glob(
    os.path.join(data_dir, "images", "*.jpg")
)  # We will only use images ending with ".jpg"
image_dict = {}
for image_path in tqdm(image_list, desc="Generating image embeddings: "):
    try:
        image_dict[image_path] = encoder.encode_image(image_path)
    except Exception as e:
        print(f"Failed to generate embedding for {image_path}. Skipped.")
        continue
print("Number of encoded images:", len(image_dict))

Generating image embeddings: 100%|██████████| 900/900 [00:20<00:00, 44.08it/s]

Number of encoded images: 900

Einfügen in Milvus

Einfügen der Bilder mit den entsprechenden Pfaden und Einbettungen in die Milvus-Sammlung.

from pymilvus import MilvusClient


dim = len(list(image_dict.values())[0])
collection_name = "multimodal_rag_demo"

# Connect to Milvus client given URI
milvus_client = MilvusClient(uri="./milvus_demo.db")

# Create Milvus Collection
# By default, vector field name is "vector"
milvus_client.create_collection(
    collection_name=collection_name,
    auto_id=True,
    dimension=dim,
    enable_dynamic_field=True,
)

# Insert data into collection
milvus_client.insert(
    collection_name=collection_name,
    data=[{"image_path": k, "vector": v} for k, v in image_dict.items()],
)

{'insert_count': 900,
 'ids': [451537887696781312, 451537887696781313, ..., 451537887696782211],
 'cost': 0}

Multimodale Suche mit generativem Reranker

In diesem Abschnitt werden wir zunächst mit einer multimodalen Abfrage nach relevanten Bildern suchen und dann den LLM-Dienst nutzen, um die Ergebnisse zu ranken und das beste mit Erklärung zu finden.

Suche starten

Jetzt sind wir bereit, die erweiterte Bildsuche mit Abfragedaten durchzuführen, die sowohl aus Bild- als auch aus Textanweisungen bestehen.

query_image = os.path.join(
    data_dir, "leopard.jpg"
)  # Change to your own query image path
query_text = "phone case with this image theme"

# Generate query embedding given image and text instructions
query_vec = encoder.encode_query(image_path=query_image, text=query_text)

search_results = milvus_client.search(
    collection_name=collection_name,
    data=[query_vec],
    output_fields=["image_path"],
    limit=9,  # Max number of search results to return
    search_params={"metric_type": "COSINE", "params": {}},  # Search parameters
)[0]

retrieved_images = [hit.get("entity").get("image_path") for hit in search_results]
print(retrieved_images)

['./images_folder/images/518Gj1WQ-RL._AC_.jpg', './images_folder/images/41n00AOfWhL._AC_.jpg', './images_folder/images/51Wqge9HySL._AC_.jpg', './images_folder/images/51R2SZiywnL._AC_.jpg', './images_folder/images/516PebbMAcL._AC_.jpg', './images_folder/images/51RrgfYKUfL._AC_.jpg', './images_folder/images/515DzQVKKwL._AC_.jpg', './images_folder/images/51BsgVw6RhL._AC_.jpg', './images_folder/images/51INtcXu9FL._AC_.jpg']

Neueinstufung mit GPT-4o

Wir werden einen LLM verwenden, um Bilder zu bewerten und eine Erklärung für das beste Ergebnis auf der Grundlage der Benutzeranfrage und der abgerufenen Ergebnisse zu generieren.

1. Erstellen einer Panorama-Ansicht

import numpy as np
import cv2

img_height = 300
img_width = 300
row_count = 3


def create_panoramic_view(query_image_path: str, retrieved_images: list) -> np.ndarray:
    """
    creates a 5x5 panoramic view image from a list of images

    args:
        images: list of images to be combined

    returns:
        np.ndarray: the panoramic view image
    """
    panoramic_width = img_width * row_count
    panoramic_height = img_height * row_count
    panoramic_image = np.full(
        (panoramic_height, panoramic_width, 3), 255, dtype=np.uint8
    )

    # create and resize the query image with a blue border
    query_image_null = np.full((panoramic_height, img_width, 3), 255, dtype=np.uint8)
    query_image = Image.open(query_image_path).convert("RGB")
    query_array = np.array(query_image)[:, :, ::-1]
    resized_image = cv2.resize(query_array, (img_width, img_height))

    border_size = 10
    blue = (255, 0, 0)  # blue color in BGR
    bordered_query_image = cv2.copyMakeBorder(
        resized_image,
        border_size,
        border_size,
        border_size,
        border_size,
        cv2.BORDER_CONSTANT,
        value=blue,
    )

    query_image_null[img_height * 2 : img_height * 3, 0:img_width] = cv2.resize(
        bordered_query_image, (img_width, img_height)
    )

    # add text "query" below the query image
    text = "query"
    font_scale = 1
    font_thickness = 2
    text_org = (10, img_height * 3 + 30)
    cv2.putText(
        query_image_null,
        text,
        text_org,
        cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
        font_scale,
        blue,
        font_thickness,
        cv2.LINE_AA,
    )

    # combine the rest of the images into the panoramic view
    retrieved_imgs = [
        np.array(Image.open(img).convert("RGB"))[:, :, ::-1] for img in retrieved_images
    ]
    for i, image in enumerate(retrieved_imgs):
        image = cv2.resize(image, (img_width - 4, img_height - 4))
        row = i // row_count
        col = i % row_count
        start_row = row * img_height
        start_col = col * img_width

        border_size = 2
        bordered_image = cv2.copyMakeBorder(
            image,
            border_size,
            border_size,
            border_size,
            border_size,
            cv2.BORDER_CONSTANT,
            value=(0, 0, 0),
        )
        panoramic_image[
            start_row : start_row + img_height, start_col : start_col + img_width
        ] = bordered_image

        # add red index numbers to each image
        text = str(i)
        org = (start_col + 50, start_row + 30)
        (font_width, font_height), baseline = cv2.getTextSize(
            text, cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, 2
        )

        top_left = (org[0] - 48, start_row + 2)
        bottom_right = (org[0] - 48 + font_width + 5, org[1] + baseline + 5)

        cv2.rectangle(
            panoramic_image, top_left, bottom_right, (255, 255, 255), cv2.FILLED
        )
        cv2.putText(
            panoramic_image,
            text,
            (start_col + 10, start_row + 30),
            cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
            1,
            (0, 0, 255),
            2,
            cv2.LINE_AA,
        )

    # combine the query image with the panoramic view
    panoramic_image = np.hstack([query_image_null, panoramic_image])
    return panoramic_image

Kombinieren Sie das Suchbild und die abgerufenen Bilder mit Indizes in einer Panoramaansicht.

from PIL import Image

combined_image_path = os.path.join(data_dir, "combined_image.jpg")
panoramic_image = create_panoramic_view(query_image, retrieved_images)
cv2.imwrite(combined_image_path, panoramic_image)

combined_image = Image.open(combined_image_path)
show_combined_image = combined_image.resize((300, 300))
show_combined_image.show()

Erstellen Sie eine Panorama-Ansicht

2. Rerank und Erklärung

Wir senden das kombinierte Bild an den multimodalen LLM-Dienst zusammen mit geeigneten Aufforderungen, die abgerufenen Ergebnisse mit Erklärungen zu bewerten. Um GPT-4o als LLM zu aktivieren, müssen Sie Ihren OpenAI API Key vorbereiten.

import requests
import base64

openai_api_key = "sk-***"  # Change to your OpenAI API Key


def generate_ranking_explanation(
    combined_image_path: str, caption: str, infos: dict = None
) -> tuple[list[int], str]:
    with open(combined_image_path, "rb") as image_file:
        base64_image = base64.b64encode(image_file.read()).decode("utf-8")

    information = (
        "You are responsible for ranking results for a Composed Image Retrieval. "
        "The user retrieves an image with an 'instruction' indicating their retrieval intent. "
        "For example, if the user queries a red car with the instruction 'change this car to blue,' a similar type of car in blue would be ranked higher in the results. "
        "Now you would receive instruction and query image with blue border. Every item has its red index number in its top left. Do not misunderstand it. "
        f"User instruction: {caption} \n\n"
    )

    # add additional information for each image
    if infos:
        for i, info in enumerate(infos["product"]):
            information += f"{i}. {info}\n"

    information += (
        "Provide a new ranked list of indices from most suitable to least suitable, followed by an explanation for the top 1 most suitable item only. "
        "The format of the response has to be 'Ranked list: []' with the indices in brackets as integers, followed by 'Reasons:' plus the explanation why this most fit user's query intent."
    )

    headers = {
        "Content-Type": "application/json",
        "Authorization": f"Bearer {openai_api_key}",
    }

    payload = {
        "model": "gpt-4o",
        "messages": [
            {
                "role": "user",
                "content": [
                    {"type": "text", "text": information},
                    {
                        "type": "image_url",
                        "image_url": {"url": f"data:image/jpeg;base64,{base64_image}"},
                    },
                ],
            }
        ],
        "max_tokens": 300,
    }

    response = requests.post(
        "https://api.openai.com/v1/chat/completions", headers=headers, json=payload
    )
    result = response.json()["choices"][0]["message"]["content"]

    # parse the ranked indices from the response
    start_idx = result.find("[")
    end_idx = result.find("]")
    ranked_indices_str = result[start_idx + 1 : end_idx].split(",")
    ranked_indices = [int(index.strip()) for index in ranked_indices_str]

    # extract explanation
    explanation = result[end_idx + 1 :].strip()

    return ranked_indices, explanation

Erhalten Sie die Bildindizes nach dem Ranking und den Grund für das beste Ergebnis:

ranked_indices, explanation = generate_ranking_explanation(
    combined_image_path, query_text
)

3. Anzeige des besten Ergebnisses mit Erklärung

print(explanation)

best_index = ranked_indices[0]
best_img = Image.open(retrieved_images[best_index])
best_img = best_img.resize((150, 150))
best_img.show()

Reasons: The most suitable item for the user's query intent is index 6 because the instruction specifies a phone case with the theme of the image, which is a leopard. The phone case with index 6 has a thematic design resembling the leopard pattern, making it the closest match to the user's request for a phone case with the image theme.

Das beste Ergebnis

Schnelles Deployment

Um zu erfahren, wie Sie mit diesem Tutorial eine Online-Demo starten können, sehen Sie sich bitte die Beispielanwendung an.