图像变压器最近使用监督（VIT，DEIT等）或自我监督（BEIT，MAE等）预训练技术取得了显着的自然图像理解进展。在本文中，我们提出了\ textbf {dit}，一种自我保护的预训练\ textbf {d} ocument \ textbf {i} mage \ textbf {t} ransformer模型，使用大规模的不尺度的文本图像用于文档AI任务，这是必不可少的，因为由于缺乏人类标记的文档图像，因此没有受到监督的同行。我们将DIT作为骨干网络在各种基于视觉的文档AI任务中，包括文档图像分类，文档布局分析，表检测以及OCR的文本检测。实验结果表明，自我监管的预训练的DIT模型可在这些下游任务上实现新的最新结果，例如文档图像分类（91.11 $ \ rightarrow $ 92.69），文档布局分析（91.0 $ \ rightArow $ 94.9），表检测（94.23 $ \ rightArrow $ 96.55）和OCR的文本检测（93.07 $ \ rightarrow $ 94.29）。代码和预培训模型可在\ url {https://aka.ms/msdit}上公开获得。
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自我监督的预训练技术在文档AI中取得了显着进步。大多数多模式的预训练模型都使用蒙版的语言建模目标来学习文本模式的双向表示，但是它们在图像模式的预训练目标方面有所不同。这种差异增加了多模式表示学习的困难。在本文中，我们建议\ textbf {layoutlmv3}为文档AI预训练多模式变压器，并具有统一的文本和图像掩蔽。此外，LayoutLMV3通过单词斑点对齐目标进行了预训练，可以通过预测是否掩盖文本的相应图像贴片来学习交叉模式对齐。简单的统一体系结构和培训目标使Layoutlmv3成为以文本为中心和以图像为中心的文档AI任务的通用预培训模型。实验结果表明，LayoutLMV3不仅在以文本为中心的任务中实现最先进的绩效，包括形式的理解，收据理解和文档视觉问题回答，而且在以图像为中心的任务（例如文档图像分类和文档布局）中分析。代码和模型可在\ url {https://aka.ms/layoutlmv3}上公开获得。
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文本识别是文档数字化的长期研究问题。现有的方法通常是基于CNN构建的，以用于图像理解，并为Char-Level文本生成而建立RNN。此外，通常需要另一种语言模型来提高整体准确性作为后处理步骤。在本文中，我们提出了一种使用预训练的图像变压器和文本变压器模型（即Trocr）提出的端到端文本识别方法，该模型利用了变压器体系结构，以实现图像理解和文字级级文本生成。TROR模型很简单，但有效，可以通过大规模合成数据进行预训练，并通过人体标记的数据集进行微调。实验表明，TROR模型的表现优于印刷，手写和场景文本识别任务上的当前最新模型。Trocr模型和代码可在\ url {https://aka.ms/trocr}上公开获得。
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由于其有效的模型架构以及大规模未标记的扫描/数字出生的文件的优势，在各种视觉上丰富的文档理解任务中已经证明了文本和布局的预先培训。我们提出了具有新的预培训任务的Layoutlmv2架构，以在单个多模态框架中模拟文本，布局和图像之间的交互。具体地，对于双流多模态变压器编码器，LayOutLMV2不仅使用现有屏蔽的视觉语言建模任务，还使用新的文本图像对齐和文本图像匹配任务，这使得它更好地捕获跨模块交互在预训练阶段。同时，它还将空间感知的自我注意机制集成到变压器架构中，以便模型可以完全理解不同文本块之间的相对位置关系。实验结果表明，LayoutLMV2优于大幅度的LayOutlm，并在大量下游的下游富有的文件理解任务中实现了新的最先进的结果，包括Funsd（0.7895 $ \至0.8420美元），电源线（0.9493 $ \至0.9601美元），Srie（0.9524 $ \至0.9781美元），Kleister-NDA（0.8340 $ \ 0.8520美元），RVL-CDIP（0.9443 $ \至0.9564美元），DOCVQA（0.7295 $ \至0.8672美元） 。我们使我们的模型和代码公开可用于\ url {https://aka.ms/layoutlmv2}。
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我们引入了一个自我监督的视觉表示模型BEIT，该模型代表来自图像变压器的双向编码器表示。在Bert在自然语言处理区域中开发后，我们提出了一项掩盖的图像建模任务，以预识视觉变压器。具体而言，每个图像在我们的预训练中具有两个视图，即图像贴片（例如16x16像素）和视觉令牌（即离散令牌）。我们首先将原始图像“将”“令牌化”到视觉令牌中。然后，我们随机掩盖了一些图像补丁并将其喂入骨干变压器中。预训练的目标是根据损坏的图像补丁恢复原始的视觉令牌。在预训练BEIT之后，我们通过将任务层附加在预审计的编码器上，直接通过将任务层附加到下游任务上的模型参数。图像分类和语义分割的实验结果表明，我们的模型通过以前的预训练方法实现了竞争结果。例如，基本大小的BEIT在Imagenet-1K上获得了83.2％的TOP-1精度，并以相同的设置优于划痕DEIT训练（81.8％）。此外，大尺寸的BEIT仅使用Imagenet-1K获得86.3％，即使在Imagenet-22K上进行预训练（85.2％），甚至超过了VIT-L。代码和预估计的模型可在https://aka.ms/beit上找到。
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2022-12-05
We propose Universal Document Processing (UDOP), a foundation Document AI model which unifies text, image, and layout modalities together with varied task formats, including document understanding and generation. UDOP leverages the spatial correlation between textual content and document image to model image, text, and layout modalities with one uniform representation. With a novel Vision-Text-Layout Transformer, UDOP unifies pretraining and multi-domain downstream tasks into a prompt-based sequence generation scheme. UDOP is pretrained on both large-scale unlabeled document corpora using innovative self-supervised objectives and diverse labeled data. UDOP also learns to generate document images from text and layout modalities via masked image reconstruction. To the best of our knowledge, this is the first time in the field of document AI that one model simultaneously achieves high-quality neural document editing and content customization. Our method sets the state-of-the-art on 9 Document AI tasks, e.g., document understanding and QA, across diverse data domains like finance reports, academic papers, and websites. UDOP ranks first on the leaderboard of the Document Understanding Benchmark (DUE).
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事实证明，多模式文档预训练的模型在各种视觉上富裕的文档理解（VRDU）任务中非常有效。尽管现有的文档预先培训模型在VRDU的标准基准上取得了出色的性能，但它们建模和利用文档上的视觉和语言之间的互动的方式阻碍了他们无法获得更好的概括能力和更高的准确性。在这项工作中，我们主要从监督信号的角度研究了VRDU视觉联合表示学习的问题。具体而言，提出了一种称为BI-VLDOC的预训练范式，其中设计了双向视觉监督策略和视觉性混合注意机制，以完全探索并利用这两种方式之间的相互作用，以学习更强的交叉交叉方式 - 具有更丰富语义的模式文档表示。 Bi-Vldoc受益于学习丰富的跨模式文档表示形式，显着提高了三个广泛使用文档的最新性能，理解基准，包括形式的理解（从85.14％到93.44％），收据信息提取（从96.01％到97.84％）和文档分类（从96.08％到97.12％）。在文档视觉质量检查中，BI-VLDOC与以前的单个模型方法相比，实现了最先进的性能。
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文献中最近的方法已经利用了文档中的多模态信息（文本，布局，图像）来服务于特定的下游文档任务。但是，它们受到 - （i）无法学习文档的文本，布局和图像尺寸的跨模型表示，并且（ii）无法处理多页文件。已经在自然语言处理（NLP）域中显示了预训练技术，以了解来自大型未标记数据集的通用文本表示，适用于各种下游NLP任务。在本文中，我们提出了一种基于多任务学习的框架，该框架利用自我监督和监督的预训练任务的组合来学习适用于各种下游文档任务的通用文档表示。具体而言，我们将文档主题建模和文档Shuffle预测作为新的预训练任务，以便学习丰富的图像表示以及文档的文本和布局表示。我们利用啰覆网络架构作为骨干，以以端到端的方式从多页文件中编码多模态信息。我们展示我们在各种不同现实文档任务的培训框架的适用性，例如文档分类，文档信息提取和文件检索。我们在不同的标准文件数据集中评估我们的框架，并进行详尽的实验，以比较符合我们框架的各种消融和最先进的基线的绩效。
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由于文档的复杂布局，提取文档的信息是一项挑战。大多数以前的研究以一种自我监督的方式开发了多模式预训练的模型。在本文中，我们专注于包含文本和布局信息的单词块的嵌入学习，并提出UTEL，这是具有统一文本和布局预训练的语言模型。具体而言，我们提出了两个预训练任务：布局学习的周围单词预测（SWP），以及对识别不同单词块的单词嵌入（CWE）的对比度学习。此外，我们用1D剪裁的相对位置嵌入了常用的一维位置。这样，掩盖布局语言建模（MLLM）的联合训练和两个新提出的任务可以以统一的方式在语义和空间特征之间进行相互作用。此外，提议的UTEL可以通过删除1D位置嵌入，同时保持竞争性能来处理任意长度的序列。广泛的实验结果表明，UTEL学会了比以前在各种下游任务上的方法更好的联合表示形式，尽管不需要图像模式。代码可在\ url {https://github.com/taosong2019/utel}中获得。
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文档AI或Document Intelligence是一个相对较新的研究主题，指的是自动阅读，理解和分析业务文档的技术。它是自然语言处理和计算机视觉的重要研究方向。近年来，深度学习技术的普及已经大大提高了文档AI的发展，如文件布局分析，视觉信息提取，文档视觉问题应答，文档图像分类等。本文简要评论了一些代表性模型，任务和基准数据集。此外，我们还介绍了早期的启发式规则的文档分析，统计机器学习算法，深度学习方法，尤其是预训练方法。最后，我们展望未来的Document AI研究方向。
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本文探讨了贝尔视觉变压器预训练的更好的码本。最近的工作成功地转移了从NLP到视野领域的BERT预训练。它直接采用一个简单的离散VAE作为视觉销售器，但尚未考虑由此产生的视觉令牌的语义水平。相比之下，NLP字段中的离散令牌是自然的高度语义。这种差异激励我们学习一个感知码本。我们惊奇地找到了一个简单而有效的想法：在DVAE训练期间强制执行感知相似性。我们证明，所提出的感知码本生成的视觉令牌确实表现出更好的语义含义，随后有助于预训练在各种下游任务中实现卓越的转移性能。例如，我们在Imagenet-1K上实现了84.5前1个精度，vit-B骨干，优于竞争方法Beit +1.3，具有相同的训练纪元。它还可以通过+1.3框AP和+1.0掩模AP，在ADE20K上的语义细分，在ADE20K上提高对象检测和分割任务的性能，+1.0 miou，代码和型号将在\ url {https：// github.com/microsoft/peco}。
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大规模数据集的预培训模型，如想象成，是计算机视觉中的标准实践。此范例对于具有小型培训套的任务特别有效，其中高容量模型往往会过度装备。在这项工作中，我们考虑一个自我监督的预训练场景，只能利用目标任务数据。我们考虑数据集，如斯坦福汽车，草图或可可，这是比想象成小的数量的顺序。我们的研究表明，在本文中介绍的Beit或诸如Beit或Variant的去噪对预训练数据的类型和大小比通过比较图像嵌入来训练的流行自我监督方法更加强大。我们获得了竞争性能与ImageNet预训练相比，来自不同域的各种分类数据集。在Coco上，当专注于使用Coco Images进行预训练时，检测和实例分割性能超过了可比设置中的监督Imagenet预训练。
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变形金刚和蒙版语言建模在计算机视觉中很快被视为视觉变压器和蒙版图像建模（MIM）。在这项工作中，我们认为由于图像中令牌的数量和相关性，图像令牌掩盖与文本中的令牌掩盖有所不同。特别是，为了为MIM产生具有挑战性的借口任务，我们主张从随机掩盖到知情掩盖的转变。我们在基于蒸馏的MIM的背景下开发并展示了这一想法，其中教师变压器编码器生成了一个注意力图，我们用它来指导学生为学生指导掩盖。因此，我们引入了一种新颖的掩蔽策略，称为注意引导蒙版（ATTMASK），我们证明了其对基于密集蒸馏的MIM以及基于普通蒸馏的自然剥离的自助力学习的有效性。我们确认ATTMASK可以加快学习过程，并提高各种下游任务的性能。我们在https://github.com/gkakogeorgiou/attmask上提供实现代码。
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自动视觉解对我们多样化和开放的世界需要计算机视觉模型，以概括为特定任务的最小定制，类似于人类视力。计算机视觉基础型号培训，培训多样化，大型数据集，可以适应各种下游任务，对该任务来解决现实世界计算机视觉应用而言至关重要。虽然现有的视觉基础模型如剪辑，对齐和吴道2.0主要集中在映射图像和文本表示到跨模型共享表示，我们介绍了一台新的计算机视觉基础模型，佛罗伦萨，扩大粗糙的表示（现场）到精细（对象），从静态（图像）到动态（视频），以及从RGB到多个模态（标题，深度）。通过从Web级图像文本数据中纳入通用视觉语言表示，我们的佛罗伦萨模型可以很容易地适应各种计算机视觉任务，例如分类，检索，对象检测，VQA，图像标题，视频检索和动作识别。此外，佛罗伦萨在许多类型的转移学习中表现出出色的表现：全面采样的微调，线性探测，几次射击传输和用于新颖图像和物体的零拍摄传输。所有这些属性对于我们的视觉基础模型至关重要，以提供通用视觉任务。佛罗伦萨实现了新的最先进的导致44个代表性基准，例如Imagenet-1K零射击分类，最高1精度为83.74，最高5个精度为97.18，62.4地图上的Coco微调， 80.36在VQA上，动力学-600上的87.8。
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Unsupervised pre-training on millions of digital-born or scanned documents has shown promising advances in visual document understanding~(VDU). While various vision-language pre-training objectives are studied in existing solutions, the document textline, as an intrinsic granularity in VDU, has seldom been explored so far. A document textline usually contains words that are spatially and semantically correlated, which can be easily obtained from OCR engines. In this paper, we propose Wukong-Reader, trained with new pre-training objectives to leverage the structural knowledge nested in document textlines. We introduce textline-region contrastive learning to achieve fine-grained alignment between the visual regions and texts of document textlines. Furthermore, masked region modeling and textline-grid matching are also designed to enhance the visual and layout representations of textlines. Experiments show that our Wukong-Reader has superior performance on various VDU tasks such as information extraction. The fine-grained alignment over textlines also empowers Wukong-Reader with promising localization ability.
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我们提出了引导蒙面的自动编码器（bootmae），这是一种新的视觉BERT预训练方法。 Bootmae用两个核心设计改进了原始的蒙版自动编码器（MAE）：1）动量编码器，该动量编码器可作为额外的BERT预测目标提供在线功能； 2）试图降低编码器的压力以记住目标特定信息的靶向解码器。第一个设计的动机是通过观察到的，即使用预定的MAE提取特征，因为掩盖令牌的BERT预测目标可以实现更好的预训练性能。因此，我们与原始的MAE编码器并行添加了一个动量编码器，该编码器通过将其自己的表示作为BERT预测目标来引导预处理性能。在第二个设计中，我们将特定于目标的信息（例如，未掩盖贴片的像素值）直接传达到解码器中，以减少记住目标特定信息的编码器的压力。因此，编码器专注于语义建模，这是BERT预训练的目的，并且不需要浪费其在记住与预测目标相关的未掩盖令牌的信息时的能力。通过广泛的实验，我们的Bootmae在ImageNet-1k上获得了$ 84.2 \％$ $ $ $+0.8 \％$在同一预训练时期。 Bootmae还获得了$+1.0 $ MIOU在ADE20K上的语义细分和$+1.3 $ box ap，$+1.4 $+1.4 $ bask ap改进对象检测和可可数据集上的细分。代码在https://github.com/lightdxy/bootmae上发布。
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了解文档图像（例如，发票）是一个重要的研究主题，并在文档处理自动化中具有许多应用。通过基于深度学习的光学字符识别（OCR）的最新进展，目前的视觉文档了解（VDU）系统已经基于OCR设计。虽然这种基于OCR的方法承诺合理的性能，但它们遭受了由OCR引起的关键问题，例如（1）（1）昂贵的计算成本和（2）由于OCR误差传播而导致的性能下降。在本文中，我们提出了一种新颖的VDU模型，即结束可训练而不支撑OCR框架。为此，我们提出了一个新的任务和合成文档图像生成器，以预先列车，以减轻大规模实体文档图像上的依赖关系。我们的方法在公共基准数据集和私营工业服务数据集中了解各种文档的最先进的性能。通过广泛的实验和分析，我们展示了拟议模型的有效性，特别是考虑到真实世界的应用。
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视觉变换器（VTS）作为卷积网络（CNNS）的架构范式替代品。与CNN不同，VT可以捕获图像元素之间的全局关系，并且它们可能具有更大的表示容量。然而，缺乏典型的卷积电感偏差使这些模型比普通的CNN更饥饿。实际上，嵌入在CNN架构设计中的某些本地属性，在VTS中应该从样品中学习。在本文中，我们明确地分析了不同的VTS，比较了他们在小型训练制度中的鲁棒性，并且我们表明，尽管在想象中训练时具有可比的准确性，但它们在较小数据集上的性能可能很大程度上不同。此外，我们提出了一种自我监督的任务，可以从图像中提取其他信息，只有可忽略不计的计算开销。这项任务鼓励VTS学习图像内的空间关系，并使VT培训在训练数据稀缺时更加强劲。我们的任务与标准（监督）培训共同使用，它不依赖于特定的架构选择，因此它可以轻松插入现有的VTS。使用与不同的VTS和数据集进行广泛的评估，我们表明我们的方法可以改善（有时显着地）VTS的最终精度。我们的代码可用于：https：//github.com/yhlleo/vts-droc。
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基于变压器的自我监督表示方法学习方法从未标记的数据集中学习通用功能，以提供有用的网络初始化参数，用于下游任务。最近，基于掩盖3D点云数据的局部表面斑块的自我监督学习的探索还不足。在本文中，我们提出了3D点云表示学习中的蒙版自动编码器（缩写为MAE3D），这是一种新颖的自动编码范式，用于自我监督学习。我们首先将输入点云拆分为补丁，然后掩盖其中的一部分，然后使用我们的补丁嵌入模块提取未掩盖的补丁的功能。其次，我们采用贴片的MAE3D变形金刚学习点云补丁的本地功能以及补丁之间的高级上下文关系，并完成蒙版补丁的潜在表示。我们将点云重建模块与多任务损失一起完成，从而完成不完整的点云。我们在Shapenet55上进行了自我监督的预训练，并使用点云完成前文本任务，并在ModelNet40和ScanObjectnn（PB \ _t50 \ _RS，最难的变体）上微调预训练的模型。全面的实验表明，我们的MAE3D从Point Cloud补丁提取的本地功能对下游分类任务有益，表现优于最先进的方法（$ 93.4 \％\％\％\％$和$ 86.2 \％$ $分类精度）。
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如何学习一个促进所有面部分析任务的通用面部表示？本文对此目标进行了一步。在本文中，我们研究了面对面分析任务的预先训练模型的转移性能，并以视语言方式为一般面部代表学习学习的框架，称为Farl。一方面，该框架涉及从图像文本对学习高级语义含义的对比损失。另一方面，我们提出通过添加掩蔽图像建模来同时探索低级信息以进一步增强面部表示。我们对Laion-face进行预训练，一个包含大量面部图像文本对的数据集，并评估在多个下游任务上的表示功能。我们表明Farl与以前的预先训练的模型相比，Farl实现了更好的转移性能。我们还验证了低数据制度的优势。更重要的是，我们的模型在面部分析任务上超越了最先进的方法，包括面部解析和面部对齐。
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