医疗图像以高分辨率出现。高分辨率对于在早期发现恶性组织至关重要。然而，该决议在建模远距离依赖性方面提出了挑战。浅变压器消除了这个问题，但它们遭受了二次复杂性。在本文中，我们通过利用线性自我注意近似来解决这种复杂性。通过这种近似，我们提出了一个称为HCT的有效视觉模型，该模型代表高分辨率卷积变压器。HCT以明显降低的成本将变形金刚的优点带入了高分辨率图像。我们使用高分辨率乳房X线摄影数据集评估HCT。HCT明显优于其CNN对应物。此外，我们通过评估其有效的接收场来证明HCT对医学图像的适应性。编码可在https://bit.ly/3ykbhhf上获得。

Convolutional Neural Networks (CNNs) with U-shaped architectures have dominated medical image segmentation, which is crucial for various clinical purposes. However, the inherent locality of convolution makes CNNs fail to fully exploit global context, essential for better recognition of some structures, e.g., brain lesions. Transformers have recently proven promising performance on vision tasks, including semantic segmentation, mainly due to their capability of modeling long-range dependencies. Nevertheless, the quadratic complexity of attention makes existing Transformer-based models use self-attention layers only after somehow reducing the image resolution, which limits the ability to capture global contexts present at higher resolutions. Therefore, this work introduces a family of models, dubbed Factorizer, which leverages the power of low-rank matrix factorization for constructing an end-to-end segmentation model. Specifically, we propose a linearly scalable approach to context modeling, formulating Nonnegative Matrix Factorization (NMF) as a differentiable layer integrated into a U-shaped architecture. The shifted window technique is also utilized in combination with NMF to effectively aggregate local information. Factorizers compete favorably with CNNs and Transformers in terms of accuracy, scalability, and interpretability, achieving state-of-the-art results on the BraTS dataset for brain tumor segmentation and ISLES'22 dataset for stroke lesion segmentation. Highly meaningful NMF components give an additional interpretability advantage to Factorizers over CNNs and Transformers. Moreover, our ablation studies reveal a distinctive feature of Factorizers that enables a significant speed-up in inference for a trained Factorizer without any extra steps and without sacrificing much accuracy. The code and models are publicly available at https://github.com/pashtari/factorizer.

最近的工作表明了计算机视觉应用的变压器的潜力。第一图像首先分区，然后将其用作注意机制的输入令牌。由于注意机构的昂贵二次成本，使用大的贴片尺寸，导致粗糙的全局相互作用，或者，替代地，仅在图像的局部区域上施加注意力，以牺牲远程相互作用为代价。在这项工作中，我们提出了一种方法，该方法允许在视觉变压器的早期层上允许粗糙的全局相互作用和细粒局部相互作用。在我们的方法的核心，是应用本地和全球注意层的应用。在本地注意层中，我们对每个补丁及其本地移位进行注意，导致几乎位于本地补丁，这些修补程序不绑定到单个特定位置。然后在全球注意层中使用这些实际的补丁。注意层进入本地和全局对应物的分离允许在贴片的数量中进行低计算成本，同时仍然支持已经在第一层处的数据相关的本地化，而不是其他可视变压器中的静态定位。我们的方法被证明优于基于卷积和变压器的图像分类方法，用于CIFAR10，CIFAR100和Imagenet。代码可在：https://github.com/shellysheynin/locally-sag-transformer。

作为新一代神经体系结构的变形金刚在自然语言处理和计算机视觉方面表现出色。但是，现有的视觉变形金刚努力使用有限的医学数据学习，并且无法概括各种医学图像任务。为了应对这些挑战，我们将Medformer作为数据量表变压器呈现为可推广的医学图像分割。关键设计结合了理想的电感偏差，线性复杂性的层次建模以及以空间和语义全局方式以线性复杂性的关注以及多尺度特征融合。 Medformer可以在不预训练的情况下学习微小至大规模的数据。广泛的实验表明，Medformer作为一般分割主链的潜力，在三个具有多种模式（例如CT和MRI）和多样化的医学靶标（例如，健康器官，疾病，疾病组织和肿瘤）的三个公共数据集上优于CNN和视觉变压器。我们将模型和评估管道公开可用，为促进广泛的下游临床应用提供固体基线和无偏比较。

视觉变压器（VIT）用作强大的视觉模型。与卷积神经网络不同，在前几年主导视觉研究，视觉变压器享有捕获数据中的远程依赖性的能力。尽管如此，任何变压器架构的组成部分，自我关注机制都存在高延迟和低效的内存利用，使其不太适合高分辨率输入图像。为了缓解这些缺点，分层视觉模型在非交错的窗口上局部使用自我关注。这种放松会降低输入尺寸的复杂性;但是，它限制了横窗相互作用，损害了模型性能。在本文中，我们提出了一种新的班次不变的本地注意层，称为查询和参加（QNA），其以重叠的方式聚集在本地输入，非常类似于卷积。 QNA背后的关键想法是介绍学习的查询，这允许快速高效地实现。我们通过将其纳入分层视觉变压器模型来验证我们的层的有效性。我们展示了速度和内存复杂性的改进，同时实现了与最先进的模型的可比准确性。最后，我们的图层尺寸尤其良好，窗口大小，需要高于X10的内存，而不是比现有方法更快。

多层erceptron（MLP），作为出现的第一个神经网络结构，是一个大的击中。但是由硬件计算能力和数据集的大小限制，它一旦沉没了数十年。在此期间，我们目睹了从手动特征提取到带有局部接收领域的CNN的范式转变，以及基于自我关注机制的全球接收领域的变换。今年（2021年），随着MLP混合器的推出，MLP已重新进入敏捷，并吸引了计算机视觉界的广泛研究。与传统的MLP进行比较，它变得更深，但改变了完全扁平化以补丁平整的输入。鉴于其高性能和较少的需求对视觉特定的感应偏见，但社区无法帮助奇迹，将MLP，最简单的结构与全球接受领域，但没有关注，成为一个新的电脑视觉范式吗？为了回答这个问题，本调查旨在全面概述视觉深层MLP模型的最新发展。具体而言，我们从微妙的子模块设计到全局网络结构，我们审查了这些视觉深度MLP。我们比较了不同网络设计的接收领域，计算复杂性和其他特性，以便清楚地了解MLP的开发路径。调查表明，MLPS的分辨率灵敏度和计算密度仍未得到解决，纯MLP逐渐发展朝向CNN样。我们建议，目前的数据量和计算能力尚未准备好接受纯的MLP，并且人工视觉指导仍然很重要。最后，我们提供了开放的研究方向和可能的未来作品的分析。我们希望这项努力能够点燃社区的进一步兴趣，并鼓励目前为神经网络进行更好的视觉量身定制设计。

Self-attention has the promise of improving computer vision systems due to parameter-independent scaling of receptive fields and content-dependent interactions, in contrast to parameter-dependent scaling and content-independent interactions of convolutions. Self-attention models have recently been shown to have encouraging improvements on accuracy-parameter trade-offs compared to baseline convolutional models such as ResNet-50. In this work, we aim to develop self-attention models that can outperform not just the canonical baseline models, but even the high-performing convolutional models. We propose two extensions to selfattention that, in conjunction with a more efficient implementation of self-attention, improve the speed, memory usage, and accuracy of these models. We leverage these improvements to develop a new self-attention model family, HaloNets, which reach state-of-the-art accuracies on the parameterlimited setting of the ImageNet classification benchmark. In preliminary transfer learning experiments, we find that HaloNet models outperform much larger models and have better inference performance. On harder tasks such as object detection and instance segmentation, our simple local self-attention and convolutional hybrids show improvements over very strong baselines. These results mark another step in demonstrating the efficacy of self-attention models on settings traditionally dominated by convolutional models.

视觉变压器在众多计算机视觉任务上表现出了巨大的成功。然而，由于计算复杂性和记忆足迹是二次的，因此其中心分量（软磁性注意力）禁止视觉变压器扩展到高分辨率图像。尽管在自然语言处理（NLP）任务中引入了线性注意以减轻类似问题，但直接将现有的线性注意力应用于视觉变压器可能不会导致令人满意的结果。我们研究了这个问题，发现与NLP任务相比，计算机视觉任务更多地关注本地信息。基于这一观察结果，我们提出了附近的关注，该关注引入了具有线性复杂性的视觉变压器的局部性偏见。具体而言，对于每个图像补丁，我们根据其相邻贴片测量的2D曼哈顿距离调整了注意力重量。在这种情况下，相邻的补丁比遥远的补丁会受到更大的关注。此外，由于我们的附近注意力要求令牌长度比特征维度大得多，以显示其效率优势，因此我们进一步提出了一个新的附近视觉变压器（VVT）结构，以减少特征维度而不脱离准确性。我们在CIFAR100，ImagEnet1k和ADE20K数据集上进行了广泛的实验，以验证我们方法的有效性。当输入分辨率增加时，与以前的基于变压器和基于卷积的网络相比，GFLOP的增长率较慢。特别是，我们的方法达到了最新的图像分类精度，其参数比以前的方法少50％。

Image super-resolution (SR) serves as a fundamental tool for the processing and transmission of multimedia data. Recently, Transformer-based models have achieved competitive performances in image SR. They divide images into fixed-size patches and apply self-attention on these patches to model long-range dependencies among pixels. However, this architecture design is originated for high-level vision tasks, which lacks design guideline from SR knowledge. In this paper, we aim to design a new attention block whose insights are from the interpretation of Local Attribution Map (LAM) for SR networks. Specifically, LAM presents a hierarchical importance map where the most important pixels are located in a fine area of a patch and some less important pixels are spread in a coarse area of the whole image. To access pixels in the coarse area, instead of using a very large patch size, we propose a lightweight Global Pixel Access (GPA) module that applies cross-attention with the most similar patch in an image. In the fine area, we use an Intra-Patch Self-Attention (IPSA) module to model long-range pixel dependencies in a local patch, and then a $3\times3$ convolution is applied to process the finest details. In addition, a Cascaded Patch Division (CPD) strategy is proposed to enhance perceptual quality of recovered images. Extensive experiments suggest that our method outperforms state-of-the-art lightweight SR methods by a large margin. Code is available at https://github.com/passerer/HPINet.

自我发挥作用机制通过在所有输入令牌之间使用成对的注意来对远程环境进行建模。在这样做时，他们假设由个体令牌（例如文本字符或图像像素）定义的固定注意粒度，这对于在较高级别上建模复杂依赖性可能不是最佳的。在本文中，我们提出了ContextPool，通过调整每个令牌的注意力粒度来解决此问题。受到与合并以捕获远程依赖关系的Convnets成功的启发，我们学会了为每个令牌汇总相邻功能，然后在给定的注意力层中计算注意力。合并的权重和支撑大小是自适应确定的，允许汇总功能以不同的规模编码有意义的上下文。我们表明，ContextPool使注意力模型更具表现力，经常以更少的层次实现强大的性能，从而大大降低了成本。实验验证我们的上下文池模块插入变压器模型时，使用几种语言和图像基准的计算较少计算，匹配或超越了最先进的性能，胜过最新的作品，这些作品具有学习的上下文大小或稀疏注意的模式，并且也适用为了进行有效的功能学习。

变形金刚迅速成为跨模式，域和任务的最深入学习架构之一。在视觉上，除了对普通变压器的持续努力外，层次变压器还引起了人们的重大关注，这要归功于它们的性能和轻松整合到现有框架中。这些模型通常采用局部注意机制，例如滑动窗口社区的注意力（NA）或Swin Transformer转移的窗户自我关注。尽管有效地降低了自我注意力的二次复杂性，但局部注意力却削弱了自我注意力最理想的两个特性：远距离相互依赖性建模和全球接受场。在本文中，我们引入了扩张的邻里注意力（DINA），这是NA的天然，灵活和有效的扩展，可以捕获更多的全球环境，并以无需额外的成本呈指数级扩展接受场。 NA的本地关注和Dina的稀疏全球关注相互补充，因此我们引入了扩张的邻里注意力变压器（Dinat），这是一种新的分层视觉变压器。 Dinat变体对基于注意的基线（例如NAT和SWIN）以及现代卷积基线Convnext都具有重大改进。我们的大型模型在可可对象检测中以1.5％的盒子AP领先于其在COCO物体检测中，1.3％的掩码AP在可可实例分段中，而ADE20K语义分段中的1.1％MIOU和更快的吞吐量。我们认为，NA和Dina的组合有可能增强本文提出的各种任务的能力。为了支持和鼓励朝着这个方向，远见和超越方向进行研究，我们在以下网址开放我们的项目：https：//github.com/shi-labs/neighborhood-cithention-transformer。

建模长期依赖关系对于理解计算机视觉中的任务至关重要。尽管卷积神经网络（CNN）在许多视觉任务中都表现出色，但由于它们通常由当地核层组成，因此它们仍然限制捕获长期结构化关系。但是，完全连接的图（例如变形金刚中的自我发项操作）对这种建模是有益的，但是，其计算开销非常有用。在本文中，我们提出了一个动态图形消息传递网络，与建模完全连接的图形相比，该网络大大降低了计算复杂性。这是通过在图表中自适应采样节点（以输入为条件）来实现的，以传递消息传递。基于采样节点，我们动态预测节点依赖性滤波器权重和亲和力矩阵，以在它们之间传播信息。这种公式使我们能够设计一个自我发挥的模块，更重要的是，我们将基于变压器的新骨干网络用于图像分类预处理，并用于解决各种下游任务（对象检测，实例和语义细分）。使用此模型，我们在四个不同任务上的强，最先进的基线方面显示出显着改进。我们的方法还优于完全连接的图形，同时使用较少的浮点操作和参数。代码和型号将在https://github.com/fudan-zvg/dgmn2上公开提供。

我们提出了全球环境视觉变压器（GC VIT），这是一种新的结构，可增强参数和计算利用率。我们的方法利用了与本地自我注意的联合的全球自我发项模块，以有效但有效地建模长和短距离的空间相互作用，而无需昂贵的操作，例如计算注意力面罩或移动本地窗户。此外，我们通过建议在我们的体系结构中使用修改后的融合倒置残差块来解决VIT中缺乏归纳偏差的问题。我们提出的GC VIT在图像分类，对象检测和语义分割任务中实现了最新的结果。在用于分类的ImagEnet-1k数据集上，基本，小而微小的GC VIT，$ 28 $ M，$ 51 $ M和$ 90 $ M参数实现$ \ textbf {83.2 \％} $，$ \ textbf {83.9 \％} $和$ \ textbf {84.4 \％} $ top-1的精度，超过了相当大的先前艺术，例如基于CNN的Convnext和基于VIT的Swin Transformer，其优势大大。在对象检测，实例分割和使用MS Coco和ADE20K数据集的下游任务中，预训练的GC VIT主机在对象检测，实例分割和语义分割的任务中始终如一地超过事务，有时是通过大余量。可在https://github.com/nvlabs/gcvit上获得代码。

在最近的计算机视觉研究中，Vision Transformer（VIT）的出现迅速彻底改变了各种建筑设计工作：VIT使用自然语言处理中发现的自我注意力实现了最新的图像分类性能，而MLP-Mixer实现了使用简单多层感知器的竞争性能。相比之下，一些研究还表明，精心重新设计的卷积神经网络（CNN）可以实现与VIT相当的先进性能，而无需诉诸这些新想法。在这种背景下，越来越多的感应偏见适合计算机视觉。在这里，我们提出了Sequencer，这是VIT的一种新颖且具有竞争力的体系结构，可为这些问题提供新的看法。与VIT不同，音序器使用LSTM而不是自我发项层模型的远程依赖性。我们还提出了二维版本的音序器模块，其中LSTM分解为垂直和水平LSTM，以增强性能。尽管它很简单，但一些实验表明，Sequencer表现出色：Sequencer2d-L，具有54m参数，​​仅在Imagenet-1K上实现了84.6％的TOP-1精度。不仅如此，我们还表明它具有良好的可传递性和在双分辨率波段上具有强大的分辨率适应性。

视觉表示学习是解决各种视力问题的关键。依靠开创性的网格结构先验，卷积神经网络（CNN）已成为大多数深视觉模型的事实上的标准架构。例如，经典的语义分割方法通常采用带有编码器编码器体系结构的完全横向卷积网络（FCN）。编码器逐渐减少了空间分辨率，并通过更大的接受场来学习更多抽象的视觉概念。由于上下文建模对于分割至关重要，因此最新的努力一直集中在通过扩张（即极度）卷积或插入注意力模块来增加接受场。但是，基于FCN的体系结构保持不变。在本文中，我们旨在通过将视觉表示学习作为序列到序列预测任务来提供替代观点。具体而言，我们部署纯变压器以将图像编码为一系列贴片，而无需局部卷积和分辨率减少。通过在变压器的每一层中建立的全球环境，可以学习更强大的视觉表示形式，以更好地解决视力任务。特别是，我们的细分模型（称为分割变压器（SETR））在ADE20K上擅长（50.28％MIOU，这是提交当天测试排行榜中的第一个位置），Pascal环境（55.83％MIOU），并在CityScapes上达到竞争成果。此外，我们制定了一个分层局部全球（HLG）变压器的家族，其特征是窗户内的本地关注和跨窗户的全球性专注于层次结构和金字塔架构。广泛的实验表明，我们的方法在各种视觉识别任务（例如，图像分类，对象检测和实例分割和语义分割）上实现了吸引力的性能。

We propose focal modulation networks (FocalNets in short), where self-attention (SA) is completely replaced by a focal modulation mechanism for modeling token interactions in vision. Focal modulation comprises three components: (i) hierarchical contextualization, implemented using a stack of depth-wise convolutional layers, to encode visual contexts from short to long ranges, (ii) gated aggregation to selectively gather contexts for each query token based on its content, and (iii) element-wise modulation or affine transformation to inject the aggregated context into the query. Extensive experiments show FocalNets outperform the state-of-the-art SA counterparts (e.g., Swin and Focal Transformers) with similar computational costs on the tasks of image classification, object detection, and segmentation. Specifically, FocalNets with tiny and base size achieve 82.3% and 83.9% top-1 accuracy on ImageNet-1K. After pretrained on ImageNet-22K in 224 resolution, it attains 86.5% and 87.3% top-1 accuracy when finetuned with resolution 224 and 384, respectively. When transferred to downstream tasks, FocalNets exhibit clear superiority. For object detection with Mask R-CNN, FocalNet base trained with 1\times outperforms the Swin counterpart by 2.1 points and already surpasses Swin trained with 3\times schedule (49.0 v.s. 48.5). For semantic segmentation with UPerNet, FocalNet base at single-scale outperforms Swin by 2.4, and beats Swin at multi-scale (50.5 v.s. 49.7). Using large FocalNet and Mask2former, we achieve 58.5 mIoU for ADE20K semantic segmentation, and 57.9 PQ for COCO Panoptic Segmentation. Using huge FocalNet and DINO, we achieved 64.3 and 64.4 mAP on COCO minival and test-dev, respectively, establishing new SoTA on top of much larger attention-based models like Swinv2-G and BEIT-3. Code and checkpoints are available at https://github.com/microsoft/FocalNet.

本文解决了由多头自我注意力（MHSA）中高计算/空间复杂性引起的视觉变压器的低效率缺陷。为此，我们提出了层次MHSA（H-MHSA），其表示以层次方式计算。具体而言，我们首先将输入图像分为通常完成的补丁，每个补丁都被视为令牌。然后，拟议的H-MHSA学习本地贴片中的令牌关系，作为局部关系建模。然后，将小贴片合并为较大的贴片，H-MHSA对少量合并令牌的全局依赖性建模。最后，汇总了本地和全球专注的功能，以获得具有强大表示能力的功能。由于我们仅在每个步骤中计算有限数量的令牌的注意力，因此大大减少了计算负载。因此，H-MHSA可以在不牺牲细粒度信息的情况下有效地模拟令牌之间的全局关系。使用H-MHSA模块合并，我们建立了一个基于层次的变压器网络的家族，即HAT-NET。为了证明在场景理解中HAT-NET的优越性，我们就基本视觉任务进行了广泛的实验，包括图像分类，语义分割，对象检测和实例细分。因此，HAT-NET为视觉变压器提供了新的视角。可以在https://github.com/yun-liu/hat-net上获得代码和预估计的模型。

我们提出了邻里注意力变压器（NAT），这是一种有效，准确和可扩展的层次变压器，在图像分类和下游视觉任务上都很好地工作。它建立在邻里注意力（NA）的基础上，这是一种简单而灵活的注意机制，将每个查询的接受场都定位到其最近的相邻像素。 NA是自我注意的本地化，并且随着接收场大小的增加而接近它。在拖曳和记忆使用方面，它也等同于Swin Transformer的转移窗口的注意力，而同样的接收场大小，同时受到了较少的约束。此外，NA包括局部电感偏见，从而消除了对像素移位等额外操作的需求。 NAT的实验结果具有竞争力； Nat-tiny在Imagenet上仅具有4.3 GFLOPS和28M参数，在MS-Coco上达到51.4％的MAP和ADE20K上的48.4％MIOU。我们在：https：//github.com/shi-labs/neighborhood-cithention-transformer上开放了检查点，代码和CUDA内核。

表面缺陷检测是确保工业产品质量的极其至关重要的步骤。如今，基于编码器架构的卷积神经网络（CNN）在各种缺陷检测任务中取得了巨大的成功。然而，由于卷积的内在局部性，它们通常在明确建模长距离相互作用时表现出限制，这对于复杂情况下的像素缺陷检测至关重要，例如杂乱的背景和难以辨认的伪缺陷。最近的变压器尤其擅长学习全球图像依赖性，但对于详细的缺陷位置所需的本地结构信息有限。为了克服上述局限性，我们提出了一个有效的混合变压器体系结构，称为缺陷变压器（faft），用于表面缺陷检测，该检测将CNN和Transferaler纳入统一模型，以协作捕获本地和非本地关系。具体而言，在编码器模块中，首先采用卷积茎块来保留更详细的空间信息。然后，贴片聚合块用于生成具有四个层次结构的多尺度表示形式，每个层次结构之后分别是一系列的feft块，该块分别包括用于本地位置编码的本地位置块，一个轻巧的多功能自我自我 - 注意与良好的计算效率建模多尺度的全球上下文关系，以及用于功能转换和进一步位置信息学习的卷积馈送网络。最后，提出了一个简单但有效的解码器模块，以从编码器中的跳过连接中逐渐恢复空间细节。与其他基于CNN的网络相比，三个数据集上的广泛实验证明了我们方法的优势和效率。

诸如对象检测和分割等密集的计算机视觉任务需要有效的多尺度特征表示，用于检测或分类具有不同大小的对象或区域。虽然卷积神经网络（CNNS）是这种任务的主导架构，但最近引入了视觉变压器（VITS）的目标是将它们替换为骨干。类似于CNN，VITS构建一个简单的多级结构（即，细致粗略），用于使用单尺度补丁进行多尺度表示。在这项工作中，通过从现有变压器的不同角度来看，我们探索了多尺度补丁嵌入和多路径结构，构建了多路径视觉变压器（MPVIT）。 MPVIT通过使用重叠的卷积贴片嵌入，将相同尺寸〜（即，序列长度，序列长度，序列长度的序列长度）嵌入不同尺度的斑块。然后，通过多个路径独立地将不同尺度的令牌独立地馈送到变压器编码器，并且可以聚合产生的特征，使得能够在相同特征级别的精细和粗糙的特征表示。由于多样化，多尺寸特征表示，我们的MPVits从微小〜（5m）缩放到基础〜（73米）一直在想象成分，对象检测，实例分段上的最先进的视觉变压器来实现卓越的性能，和语义细分。这些广泛的结果表明，MPVIT可以作为各种视觉任务的多功能骨干网。代码将在\ url {https://git.io/mpvit}上公开可用。