在本文中，我们专注于分析和改进视觉变压器自我发项层的辍学技术，这很重要，同时令人惊讶地被先前的作品忽略了。特别是，我们对三个核心问题进行研究：首先，自我发挥层的下降是什么？不同于文献中的注意力重量不同，我们建议在注意矩阵计算之前向前移动辍学操作，并将钥匙设置为辍学单元，从而产生一种新颖的辍学效果。从理论上讲，我们验证了该方案是否有助于保持注意力重量的正则化和概率特征，从而减轻了过度拟合问题的特定模式，并增强了模型以捕获重要信息；第二，如何在连续层中安排下降比？与利用所有层的恒定下降比相反，我们提出了新的减少时间表，该计划逐渐降低了沿自我注意力层的堆叠比率。我们通过实验验证提出的时间表可以避免在低水平特征中过度贴合，并且在高级语义中缺失，从而提高了模型训练的稳健性和稳定性；第三，是否需要执行结构化辍学操作为CNN？我们尝试基于补丁的辍学操作区块，发现CNN的这种有用的技巧对于VIT并不是必需的。考虑到以上三个问题的探索，我们提出了一种新颖的Dropkey方法，该方法将密钥视为下降单元和利用下降比的减少时间表，以一般方式改善VIT。全面的实验证明了Dropkey对各种VIT体系结构的有效性，\ Emph {e.g。} T2T和Volo以及各种视觉任务，\ Emph {e.g。}，图像分类，对象检测，人类对象相互作用和人体形状检测和人体形状恢复。代码将在接受后发布。

Astounding results from Transformer models on natural language tasks have intrigued the vision community to study their application to computer vision problems. Among their salient benefits, Transformers enable modeling long dependencies between input sequence elements and support parallel processing of sequence as compared to recurrent networks e.g., Long short-term memory (LSTM). Different from convolutional networks, Transformers require minimal inductive biases for their design and are naturally suited as set-functions. Furthermore, the straightforward design of Transformers allows processing multiple modalities (e.g., images, videos, text and speech) using similar processing blocks and demonstrates excellent scalability to very large capacity networks and huge datasets. These strengths have led to exciting progress on a number of vision tasks using Transformer networks. This survey aims to provide a comprehensive overview of the Transformer models in the computer vision discipline. We start with an introduction to fundamental concepts behind the success of Transformers i.e., self-attention, large-scale pre-training, and bidirectional feature encoding. We then cover extensive applications of transformers in vision including popular recognition tasks (e.g., image classification, object detection, action recognition, and segmentation), generative modeling, multi-modal tasks (e.g., visual-question answering, visual reasoning, and visual grounding), video processing (e.g., activity recognition, video forecasting), low-level vision (e.g., image super-resolution, image enhancement, and colorization) and 3D analysis (e.g., point cloud classification and segmentation). We compare the respective advantages and limitations of popular techniques both in terms of architectural design and their experimental value. Finally, we provide an analysis on open research directions and possible future works. We hope this effort will ignite further interest in the community to solve current challenges towards the application of transformer models in computer vision.

ous vision tasks without convolutions, where it can be used as a direct replacement for CNN backbones. (3) We validate PVT through extensive experiments, showing that it boosts the performance of many downstream tasks, including object detection, instance and semantic segmentation. For example, with a comparable number of parameters, PVT+RetinaNet achieves 40.4 AP on the COCO dataset, surpassing ResNet50+RetinNet (36.3 AP) by 4.1 absolute AP (see Figure 2). We hope that PVT could serve as an alternative and useful backbone for pixel-level predictions and facilitate future research.

变压器是一种基于关注的编码器解码器架构，彻底改变了自然语言处理领域。灵感来自这一重大成就，最近在将变形式架构调整到计算机视觉（CV）领域的一些开创性作品，这已经证明了他们对各种简历任务的有效性。依靠竞争力的建模能力，与现代卷积神经网络相比在本文中，我们已经为三百不同的视觉变压器进行了全面的审查，用于三个基本的CV任务（分类，检测和分割），提出了根据其动机，结构和使用情况组织这些方法的分类。 。由于培训设置和面向任务的差异，我们还在不同的配置上进行了评估了这些方法，以便于易于和直观的比较而不是各种基准。此外，我们已经揭示了一系列必不可少的，但可能使变压器能够从众多架构中脱颖而出，例如松弛的高级语义嵌入，以弥合视觉和顺序变压器之间的差距。最后，提出了三个未来的未来研究方向进行进一步投资。

变压器架构现在是序列建模任务的核心。注意机制是核心，它可以在序列中对长期依赖性进行有效的建模。最近，变压器已成功地应用于计算机视觉域，在该域中首先将2D图像分割成斑块，然后将其视为1D序列。然而，这种线性化会损害图像中空间位置的概念，该图像具有重要的视觉线索。为了弥合差距，我们提出了连锁反应，这是视觉变压器的次级注意机制。基于最近基于内核的有效注意机制，我们设计了一种新型的动态编程算法，该算法将不同令牌的贡献加重了与它们在线性观察到的2D空间中相对空间距离的查询的贡献。广泛的实验和分析证明了连锁反应对各种视觉任务的有效性。

变压器最近在各种视觉任务上表现出卓越的性能。大型有时甚至全球，接收领域赋予变换器模型，并通过其CNN对应物具有更高的表示功率。然而，简单地扩大接收领域也产生了几个问题。一方面，使用致密的注意，例如，在VIT中，导致过度的记忆和计算成本，并且特征可以受到超出兴趣区域的无关紧要的影响。另一方面，PVT或SWIN变压器采用的稀疏注意是数据不可知论，可能会限制模拟长距离关系的能力。为了缓解这些问题，我们提出了一种新型可变形的自我关注模块，其中以数据相关的方式选择密钥和值对中的密钥和值对的位置。这种灵活的方案使自我关注模块能够专注于相关区域并捕获更多的信息性功能。在此基础上，我们呈现可变形的关注变压器，一般骨干模型，具有可变形关注的图像分类和密集预测任务。广泛的实验表明，我们的模型在综合基准上实现了一致的改善结果。代码可在https://github.com/leaplabthu/dat上获得。

视觉变压器由于能够捕获图像中的长期依赖性的能力而成功地应用于图像识别任务。但是，变压器与现有卷积神经网络（CNN）之间的性能和计算成本仍然存在差距。在本文中，我们旨在解决此问题，并开发一个网络，该网络不仅可以超越规范变压器，而且可以超越高性能卷积模型。我们通过利用变压器来捕获长期依赖性和CNN来建模本地特征，从而提出了一个新的基于变压器的混合网络。此外，我们将其扩展为获得一个称为CMT的模型家族，比以前的基于卷积和基于变压器的模型获得了更好的准确性和效率。特别是，我们的CMT-S在ImageNet上获得了83.5％的TOP-1精度，而在拖鞋上的拖曳率分别比现有的DEIT和EficitiveNet小14倍和2倍。拟议的CMT-S还可以很好地概括CIFAR10（99.2％），CIFAR100（91.7％），花（98.7％）以及其他具有挑战性的视觉数据集，例如可可（44.3％地图），计算成本较小。

Vision Transformer (ViT) extends the application range of transformers from language processing to computer vision tasks as being an alternative architecture against the existing convolutional neural networks (CNN). Since the transformer-based architecture has been innovative for computer vision modeling, the design convention towards an effective architecture has been less studied yet. From the successful design principles of CNN, we investigate the role of spatial dimension conversion and its effectiveness on transformer-based architecture. We particularly attend to the dimension reduction principle of CNNs; as the depth increases, a conventional CNN increases channel dimension and decreases spatial dimensions. We empirically show that such a spatial dimension reduction is beneficial to a transformer architecture as well, and propose a novel Pooling-based Vision Transformer (PiT) upon the original ViT model. We show that PiT achieves the improved model capability and generalization performance against ViT. Throughout the extensive experiments, we further show PiT outperforms the baseline on several tasks such as image classification, object detection, and robustness evaluation. Source codes and ImageNet models are available at https://github.com/naver-ai/pit.

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％。

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。

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。

由于其在捕获地区和翻译不变性的能力，卷积神经网络（CNNS）已经主导了计算机愿景。最近，已经提出了许多视觉变压器架构，他们表现出了有希望的表现。视觉变压器中的一个关键组件是在长距离依赖性建模中的CNN具有完全连接的自我关注。然而，由于当前密集的自我关注使用所有图像斑块（令牌）来计算注意力矩阵，因此它可能会忽略图像斑块的局部性，并且涉及嘈杂的令牌（例如，杂物背景和遮挡），导致慢训练过程和潜在的劣化表现。为了解决这些问题，我们提出了k $ -nn注意促进视觉变压器。具体而言，而不是涉及所有引起注意矩阵计算的令牌，我们只能从每个查询的键中选择顶级$类似的标记来计算注意图。提议的$ k $ -nn注意自然地继承了CNN的当地偏见而不引入卷积操作，因为附近的代币往往比其他代币更相似。此外，$ k $ -nn注意允许探索远程相关性，同时通过从整个图像中选择最相似的标记来筛选无关的标记。尽管其理论上和经验，我们验证了它，即美元 - 不关注的是，在加快输入令牌的训练和蒸馏噪声方面是强大的。通过使用11种不同的视觉变压器架构进行了广泛的实验，以验证所提出的$ -NNN注意力可以与任何现有的变压器架构合作，以提高其预测性能。

大多数现有的RGB-D突出物体检测方法利用卷积操作并构建复杂的交织融合结构来实现跨模型信息集成。卷积操作的固有局部连接将基于卷积的方法的性能进行了限制到天花板的性能。在这项工作中，我们从全球信息对齐和转换的角度重新思考此任务。具体地，所提出的方法（Transcmd）级联几个跨模型集成单元来构造基于自上而下的变换器的信息传播路径（TIPP）。 Transcmd将多尺度和多模态特征集成作为序列到序列上下文传播和内置于变压器上的更新过程。此外，考虑到二次复杂性W.R.T.输入令牌的数量，我们设计了具有可接受的计算成本的修补程序令牌重新嵌入策略（Ptre）。七个RGB-D SOD基准数据集上的实验结果表明，在配备TIPP时，简单的两流编码器 - 解码器框架可以超越最先进的基于CNN的方法。

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。

先前的工作提出了几种策略，以降低自我发挥机制的计算成本。这些作品中的许多作品都考虑将自我关注程序分解为区域和局部特征提取程序，这些程序都会产生较小的计算复杂性。但是，区域信息通常仅以损失的不良信息为代价，原因是由于下采样而丢失。在本文中，我们提出了一种新颖的变压器体系结构，旨在减轻成本问题，称为双视觉变压器（双击）。新的体系结构结合了一个关键的语义途径，可以更有效地将代币向量压缩到具有降低的复杂性顺序的全球语义中。然后，这种压缩的全局语义是通过另一个构造的像素途径在学习更精细的像素级详细信息中作为有用的先前信息。然后将语义途径和像素途径集成在一起并进行联合训练，从而通过这两个途径并行传播增强的自我运动信息。此后，双攻击能够降低计算复杂性，而不会损害很大的准确性。我们从经验上证明，双重射击比SOTA变压器体系结构具有较高的训练复杂性。源代码可在\ url {https://github.com/yehli/imagenetmodel}中获得。

在本文中，我们通过利用视觉数据中的空间稀疏性提出了一种新的模型加速方法。我们观察到，视觉变压器中的最终预测仅基于最有用的令牌的子集，这足以使图像识别。基于此观察，我们提出了一个动态的令牌稀疏框架，以根据加速视觉变压器的输入逐渐和动态地修剪冗余令牌。具体而言，我们设计了一个轻量级预测模块，以估计给定当前功能的每个令牌的重要性得分。该模块被添加到不同的层中以层次修剪冗余令牌。尽管该框架的启发是我们观察到视觉变压器中稀疏注意力的启发，但我们发现自适应和不对称计算的想法可能是加速各种体系结构的一般解决方案。我们将我们的方法扩展到包括CNN和分层视觉变压器在内的层次模型，以及更复杂的密集预测任务，这些任务需要通过制定更通用的动态空间稀疏框架，并具有渐进性的稀疏性和非对称性计算，用于不同空间位置。通过将轻质快速路径应用于少量的特征，并使用更具表现力的慢速路径到更重要的位置，我们可以维护特征地图的结构，同时大大减少整体计算。广泛的实验证明了我们框架对各种现代体系结构和不同视觉识别任务的有效性。我们的结果清楚地表明，动态空间稀疏为模型加速提供了一个新的，更有效的维度。代码可从https://github.com/raoyongming/dynamicvit获得

Transformer is a new kind of neural architecture which encodes the input data as powerful features via the attention mechanism. Basically, the visual transformers first divide the input images into several local patches and then calculate both representations and their relationship. Since natural images are of high complexity with abundant detail and color information, the granularity of the patch dividing is not fine enough for excavating features of objects in different scales and locations. In this paper, we point out that the attention inside these local patches are also essential for building visual transformers with high performance and we explore a new architecture, namely, Transformer iN Transformer (TNT). Specifically, we regard the local patches (e.g., 16×16) as "visual sentences" and present to further divide them into smaller patches (e.g., 4×4) as "visual words". The attention of each word will be calculated with other words in the given visual sentence with negligible computational costs. Features of both words and sentences will be aggregated to enhance the representation ability. Experiments on several benchmarks demonstrate the effectiveness of the proposed TNT architecture, e.g., we achieve an 81.5% top-1 accuracy on the ImageNet, which is about 1.7% higher than that of the state-of-the-art visual transformer with similar computational cost.

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。

尽管视觉变压器模型的令人印象深刻的表示能力，但目前的轻型视觉变压器模型仍然遭受当地地区的不一致和不正确的预测。我们怀疑他们的自我关注机制的力量在较浅和较薄的网络中受到限制。我们提出Lite Vision变压器（LVT），一种新型轻型变压器网络，具有两个增强的自我关注机制，可以改善移动部署的模型性能。对于低级功能，我们介绍了卷积自我关注（CSA）。与以前的合并卷积和自我关注的方法不同，CSA将局部自我关注引入到大小3x3内核内的卷积中，以丰富LVT第一阶段的低级功能。对于高级功能，我们提出了在计算相似性图和递归机制时利用多尺度上下文的递归的自我关注，以增加具有边际额外参数成本的表示能力。 Imagenet识别，ADE20K语义分割和CoCo Panoptic分割对LVT的优越性。代码公开可用。

视觉变压器（VIT）是卷积神经网络（CNN）的强大替代方案，引起了很多关注。最近的工作表明，VIT也容易受到CNN等对抗性例子的影响。为了建立强大的VIT，一种直观的方法是应用对抗训练，因为它已被证明是完成强大CNN的最有效方法之一。但是，对抗性培训的一个主要局限性是其沉重的计算成本。 VIT所采用的自我注意力的机制是计算强度的操作，其费用随输入贴片的数量四次增加，从而使VIT上的对抗性训练更加耗时。在这项工作中，我们首先全面研究了有关各种视觉变压器的快速对抗训练，并说明了效率和鲁棒性之间的关系。然后，为了加快对VIT的对抗训练，我们提出了一种有效的注意力引导的对抗训练机制。具体而言，依靠自我注意的专长，我们在对抗训练过程中以注意引导策略的掉落策略积极地嵌入了每一层的某些斑块嵌入。纤细的自我发场模块大大加速了对VIT的对抗训练。只有65％的快速对抗训练时间，我们与具有挑战性的成像网基准相匹配。