Class-Incremental Learning is a challenging problem in machine learning that aims to extend previously trained neural networks with new classes. This is especially useful if the system is able to classify new objects despite the original training data being unavailable. While the semantic segmentation problem has received less attention than classification, it poses distinct problems and challenges since previous and future target classes can be unlabeled in the images of a single increment. In this case, the background, past and future classes are correlated and there exist a background-shift. In this paper, we address the problem of how to model unlabeled classes while avoiding spurious feature clustering of future uncorrelated classes. We propose to use Evidential Deep Learning to model the evidence of the classes as a Dirichlet distribution. Our method factorizes the problem into a separate foreground class probability, calculated by the expected value of the Dirichlet distribution, and an unknown class (background) probability corresponding to the uncertainty of the estimate. In our novel formulation, the background probability is implicitly modeled, avoiding the feature space clustering that comes from forcing the model to output a high background score for pixels that are not labeled as objects. Experiments on the incremental Pascal VOC, and ADE20k benchmarks show that our method is superior to state-of-the-art, especially when repeatedly learning new classes with increasing number of increments.

深度神经网络在学习新任务时遭受灾难性遗忘的主要限制。在本文中，我们专注于语义细分中的课堂持续学习，其中新类别随着时间的推移，而在未保留以前的训练数据。建议的持续学习方案塑造了潜在的空间来减少遗忘，同时提高了对新型课程的识别。我们的框架是由三种新的组件驱动，我们还毫不费力地结合现有的技术。首先，匹配的原型匹配在旧类上强制执行潜在空间一致性，约束编码器在后续步骤中为先前看到的类生成类似的潜在潜在表示。其次，特征稀疏性允许在潜在空间中腾出空间以容纳新型课程。最后，根据他们的语义，在统一的同时撕裂不同类别的语义，对形成对比的学习。对Pascal VOC2012和ADE20K数据集的广泛评估展示了我们方法的有效性，显着优于最先进的方法。

语义细分（CISS）的课堂学习学习目前是一个经过深入研究的领域，旨在通过依次学习新的语义类别来更新语义分割模型。 CISS中的一个主要挑战是克服灾难性遗忘的影响，这描述了在模型接受新的一组课程培训之后，先前学习的类的准确性突然下降。尽管在减轻灾难性遗忘方面取得了最新进展，但在CISS中特别遗忘的根本原因尚未得到很好的理解。因此，在一组实验和代表性分析中，我们证明了背景类别的语义转移和对新类别的偏见是忘记CISS的主要原因。此外，我们表明两者都在网络的更深层分类层中表现出来，而模型的早期层没有影响。最后，我们证明了如何利用背景中包含的信息在知识蒸馏和无偏见的跨透镜损失的帮助下有效地减轻两种原因。

本文介绍了类增量语义分割（CISS）问题的固态基线。虽然最近的CISS算法利用了知识蒸馏（KD）技术的变体来解决问题，但他们未能充分解决CISS引起灾难性遗忘的关键挑战;背景类的语义漂移和多标签预测问题。为了更好地解决这些挑战，我们提出了一种新方法，被称为SSUL-M（具有内存的未知标签的语义分割），通过仔细组合为语义分割量身定制的技术。具体来说，我们要求三项主要贡献。 （1）在背景课程中定义未知的类，以帮助学习未来的课程（帮助可塑性），（2）冻结骨干网以及与二进制交叉熵丢失和伪标签的跨熵丢失的分类器，以克服灾难性的遗忘（帮助稳定）和（3）首次利用微小的示例存储器在CISS中提高可塑性和稳定性。广泛进行的实验表明了我们的方法的有效性，而不是标准基准数据集上最近的最新的基线的性能明显更好。此外，与彻底的消融分析有关我们对彻底消融分析的贡献，并与传统的类增量学习针对分类相比，讨论了CISS问题的不同自然。官方代码可在https://github.com/clovaai/ssul获得。

虽然现有的语义分割方法实现令人印象深刻的结果，但它们仍然努力将其模型逐步更新，因为新类别被发现。此外，逐个像素注释昂贵且耗时。本文提出了一种新颖的对语义分割学习弱增量学习的框架，旨在学习从廉价和大部分可用的图像级标签进行新课程。与现有的方法相反，需要从下线生成伪标签，我们使用辅助分类器，用图像级标签培训并由分段模型规范化，在线获取伪监督并逐步更新模型。我们通过使用由辅助分类器生成的软标签来应对过程中的内在噪声。我们展示了我们对Pascal VOC和Coco数据集的方法的有效性，表现出离线弱监督方法，并获得了具有全面监督的增量学习方法的结果。

持续深度学习的领域是一个新兴领域，已经取得了很多进步。但是，同时仅根据图像分类的任务进行了大多数方法，这在智能车辆领域无关。直到最近才提出了班级开展语义分割的方法。但是，所有这些方法都是基于某种形式的知识蒸馏。目前，尚未对基于重播的方法进行调查，这些方法通常在连续的环境中用于对象识别。同时，尽管无监督的语义分割的域适应性获得了很多吸引力，但在持续环境中有关域内收入学习的调查并未得到充分研究。因此，我们工作的目的是评估和调整已建立的解决方案，以连续对象识别语义分割任务，并为连续语义分割的任务提供基线方法和评估协议。首先，我们介绍了类和域内的分割的评估协议，并分析了选定的方法。我们表明，语义分割变化的任务的性质在减轻与图像分类相比最有效的方法中最有效。特别是，在课堂学习中，学习知识蒸馏被证明是至关重要的工具，而在域内，学习重播方法是最有效的方法。

语义分割（CSS）的持续学习是一个快速新兴的领域，其中分割模型的功能通过学习新类或新域而逐渐改善。持续学习中的一个核心挑战是克服灾难性遗忘的影响，这是指在模型对新类或领域进行培训后，准确性突然下降了先前学习的任务。在持续分类中，通常通过重播以前任务中的少量样本来克服这种挑战，但是在CSS中很少考虑重播。因此，我们研究了各种重播策略对语义细分的影响，并在类和域内的环境中评估它们。我们的发现表明，在课堂开发环境中，至关重要的是，对于缓冲区中不同类别的不同类别的分布至关重要，以避免对新学习的班级产生偏见。在域内营养设置中，通过从学习特征表示的分布或通过中位熵选择样品来选择缓冲液样品是最有效的。最后，我们观察到，有效的抽样方法有助于减少早期层中的表示形式的变化，这是忘记域内收入学习的主要原因。

Continually learning to segment more and more types of image regions is a desired capability for many intelligent systems. However, such continual semantic segmentation suffers from the same catastrophic forgetting issue as in continual classification learning. While multiple knowledge distillation strategies originally for continual classification have been well adapted to continual semantic segmentation, they only consider transferring old knowledge based on the outputs from one or more layers of deep fully convolutional networks. Different from existing solutions, this study proposes to transfer a new type of information relevant to knowledge, i.e. the relationships between elements (Eg. pixels or small local regions) within each image which can capture both within-class and between-class knowledge. The relationship information can be effectively obtained from the self-attention maps in a Transformer-style segmentation model. Considering that pixels belonging to the same class in each image often share similar visual properties, a class-specific region pooling is applied to provide more efficient relationship information for knowledge transfer. Extensive evaluations on multiple public benchmarks support that the proposed self-attention transfer method can further effectively alleviate the catastrophic forgetting issue, and its flexible combination with one or more widely adopted strategies significantly outperforms state-of-the-art solutions.

增量学习代表了空中图像处理中的一个关键任务，特别是给出了大规模注释数据集的有限可用性。关于当前深度神经结构的一个主要问题被称为灾难性遗忘，即无能忠实地维护过去的知识，一旦提供了一种新的数据来刷新。多年来，已经提出了几种技术来减轻图像分类和对象检测的这个问题。但是，只有最近，焦点已经转移到更复杂的下游任务，例如实例或语义细分。从增量级学习的语义分割任务开始，我们的目标是将此策略调整到空中域，利用与自然图像不同的特殊功能，即定向。除了标准知识蒸馏方法之外，我们还提出了一种对比规范化，其中任何给定的输入与其增强版本（即翻转和旋转）进行了比较，以便最小化两个输入产生的分段特征之间的差异。我们展示了我们解决Potsdam数据集的效果，表现出每次测试中的增量基线。可用的代码：https：//github.com/edornd/contrastive-distillation。

我们在语义分段（NCDSS）中介绍了新型类发现的新设置，其目的在于将未标记的图像分段，其中给出了从标记的不相交类集之前知识的新类。与看起来在图像分类中的新型类发现的现有方法相比，我们专注于更具挑战性的语义细分。在NCDS中，我们需要区分对象和背景，并处理图像内的多个类的存在，这增加了使用未标记数据的难度。为了解决这个新的设置，我们利用标记的基础数据和显着模型来粗略地集群新颖的课程，以便在我们的基本框架中进行模型培训。此外，我们提出了基于熵的不确定性建模和自我培训（EUMS）框架来克服嘈杂的伪标签，进一步提高了新颖类别的模型性能。我们的欧姆斯利用熵排名技术和动态重新分配来蒸馏清洁标签，从而充分利用自我监督的学习来充分利用嘈杂的数据。我们在Pascal-5 $ ^ i $ dataSet上构建NCDSS基准。广泛的实验表明了基本框架的可行性（实现了平均Miou的49.81％）和欧姆斯框架的有效性（优于9.28％Miou的基本框架）。

Despite significant advances, the performance of state-of-the-art continual learning approaches hinges on the unrealistic scenario of fully labeled data. In this paper, we tackle this challenge and propose an approach for continual semi-supervised learning -- a setting where not all the data samples are labeled. An underlying issue in this scenario is the model forgetting representations of unlabeled data and overfitting the labeled ones. We leverage the power of nearest-neighbor classifiers to non-linearly partition the feature space and learn a strong representation for the current task, as well as distill relevant information from previous tasks. We perform a thorough experimental evaluation and show that our method outperforms all the existing approaches by large margins, setting a strong state of the art on the continual semi-supervised learning paradigm. For example, on CIFAR100 we surpass several others even when using at least 30 times less supervision (0.8% vs. 25% of annotations).

The Jaccard index, also referred to as the intersectionover-union score, is commonly employed in the evaluation of image segmentation results given its perceptual qualities, scale invariance -which lends appropriate relevance to small objects, and appropriate counting of false negatives, in comparison to per-pixel losses. We present a method for direct optimization of the mean intersection-over-union loss in neural networks, in the context of semantic image segmentation, based on the convex Lovász extension of submodular losses. The loss is shown to perform better with respect to the Jaccard index measure than the traditionally used cross-entropy loss. We show quantitative and qualitative differences between optimizing the Jaccard index per image versus optimizing the Jaccard index taken over an entire dataset. We evaluate the impact of our method in a semantic segmentation pipeline and show substantially improved intersection-over-union segmentation scores on the Pascal VOC and Cityscapes datasets using state-of-the-art deep learning segmentation architectures.

对于图像的语义分割，如果该任务限于一组封闭的类，则最先进的深神经网络（DNN）实现高分性精度。然而，截至目前，DNN具有有限的开放世界能够在开放世界中运行，在那里他们任务是识别属于未知对象的像素，最终逐步学习新颖的类。人类有能力说：我不知道那是什么，但我已经看到了这样的东西。因此，希望以无监督的方式执行这种增量学习任务。我们介绍一种基于视觉相似性群集未知对象的方法。这些集群用于定义新课程，并作为无监督增量学习的培训数据。更确切地说，通过分割质量估计来评估预测语义分割的连接组件。具有低估计预测质量的连接组件是随后聚类的候选者。另外，组件明智的质量评估允许获得可能包含未知对象的图像区域的预测分段掩模。这种掩模的各个像素是伪标记的，然后用于重新训练DNN，即，在不使用由人类产生的地面真理。在我们的实验中，我们证明，在没有访问地面真理甚至几个数据中，DNN的类空间可以由新颖的类扩展，实现了相当大的分割精度。

分类网络已用于弱监督语义分割（WSSS）中，以通过类激活图（CAM）进行细分对象。但是，没有像素级注释，已知它们主要是（1）集中在歧视区域上，以及（2）产生弥漫性凸轮而没有定义明确的预测轮廓。在这项工作中，我们通过改善CAM学习来缓解这两个问题。首先，我们根据CAM引起的类别概率质量函数来合并重要性抽样，以产生随机图像级别的类预测。如我们的经验研究所示，这导致分割涵盖更大程度的对象。其次，我们制定了特征相似性损失项，该术语进一步改善了图像中边缘的预测轮廓的对齐。此外，我们通过测量轮廓f-评分作为对公共区域MIOU度量的补充，将新的光芒放到了WSS的问题上。我们表明，我们的方法在轮廓质量方面显着优于以前的方法，同时匹配了区域相似性的最新方法。

Jitendra Malik once said, "Supervision is the opium of the AI researcher". Most deep learning techniques heavily rely on extreme amounts of human labels to work effectively. In today's world, the rate of data creation greatly surpasses the rate of data annotation. Full reliance on human annotations is just a temporary means to solve current closed problems in AI. In reality, only a tiny fraction of data is annotated. Annotation Efficient Learning (AEL) is a study of algorithms to train models effectively with fewer annotations. To thrive in AEL environments, we need deep learning techniques that rely less on manual annotations (e.g., image, bounding-box, and per-pixel labels), but learn useful information from unlabeled data. In this thesis, we explore five different techniques for handling AEL.

自我训练在半监督学习中表现出巨大的潜力。它的核心思想是使用在标记数据上学习的模型来生成未标记样本的伪标签，然后自我教学。为了获得有效的监督，主动尝试通常会采用动量老师进行伪标签的预测，但要观察确认偏见问题，在这种情况下，错误的预测可能会提供错误的监督信号并在培训过程中积累。这种缺点的主要原因是，现行的自我训练框架充当以前的知识指导当前状态，因为老师仅与过去的学生更新。为了减轻这个问题，我们提出了一种新颖的自我训练策略，该策略使模型可以从未来学习。具体而言，在每个培训步骤中，我们都会首先优化学生（即，在不将其应用于模型权重的情况下缓存梯度），然后用虚拟未来的学生更新老师，最后要求老师为伪标记生产伪标签目前的学生作为指导。这样，我们设法提高了伪标签的质量，从而提高了性能。我们还通过深入（FST-D）和广泛（FST-W）窥视未来，开发了我们未来自我训练（FST）框架的两个变体。将无监督的域自适应语义分割和半监督语义分割的任务作为实例，我们在广泛的环境下实验表明了我们方法的有效性和优越性。代码将公开可用。

传统的检测网络通常需要丰富的标记训练样本，而人类可以只有几个例子逐步学习新概念。本文侧重于更具挑战性，而是逼真的类渐进的少量对象检测问题（IFSD）。它旨在逐渐逐渐地将新型对象的模型转移到几个注释的样本中，而不会灾难性地忘记先前学识的样本。为了解决这个问题，我们提出了一种新的方法，最小的方法可以减少遗忘，更少的培训资源和更强的转移能力。具体而言，我们首先介绍转移策略，以减少不必要的重量适应并改善IFSD的传输能力。在此基础上，我们使用较少的资源消耗方法整合知识蒸馏技术来缓解遗忘，并提出基于新的基于聚类的示例选择过程，以保持先前学习的更多辨别特征。作为通用且有效的方法，最多可以在很大程度上提高各种基准测试的IFSD性能。

我们考虑了类增量学习（CIL）问题，其中学习代理人通过逐步到达的培训数据批次不断学习新课程，并旨在在迄今为止所学的所有课程中很好地预测。问题的主要挑战是灾难性的遗忘，对于基于典范的示例性记忆方法，通常众所周知，遗忘通常是由于分类评分偏差引起的，该分类得分偏差是由于新类和新类之间的数据失衡而注射的旧课（在示例记忆中）。尽管已经提出了几种方法来通过一些其他后处理（例如，得分重新缩放或平衡的微调）来纠正这种分数偏见，但没有对这种偏见的根本原因进行系统分析。为此，我们分析了通过组合所有旧类和新类的输出得分来计算SoftMax概率的主要原因。然后，我们提出了一种新方法，称为分离的软磁性学习（SS-IL），该方法由分离的SoftMax（SS）输出层组成，结合了任务知识蒸馏（TKD）来解决此类偏见。在几个大规模CIL基准数据集的广泛实验结果中，我们通过在没有任何其他后处理的情况下获得更加平衡的预测分数来表明我们的SS-IL实现了强大的最新准确性。

在真实世界的环境中，可以通过对象检测器连续遇到来自新类的对象实例。当现有的对象探测器应用于这种情况时，它们在旧课程上的性能显着恶化。据报道，一些努力解决了这个限制，所有这些限制适用于知识蒸馏的变体，以避免灾难性的遗忘。我们注意到虽然蒸馏有助于保留以前的学习，但它阻碍了对新任务的快速适应性，这是增量学习的关键要求。在这种追求中，我们提出了一种学习方法，可以学习重塑模型梯度，使得跨增量任务的信息是最佳的共享。这可通过META学习梯度预处理来确保无缝信息传输，可最大限度地减少遗忘并最大化知识传输。与现有的元学习方法相比，我们的方法是任务不可知，允许将新类的增量添加到对象检测的高容量模型中。我们在Pascal-VOC和MS Coco Datasets上定义的各种增量学习设置中评估了我们的方法，我们的方法对最先进的方法进行了好评。

人类智慧的主食是以不断的方式获取知识的能力。在Stark对比度下，深网络忘记灾难性，而且为此原因，类增量连续学习促进方法的子字段逐步学习一系列任务，将顺序获得的知识混合成综合预测。这项工作旨在评估和克服我们以前提案黑暗体验重播（Der）的陷阱，这是一种简单有效的方法，将排练和知识蒸馏结合在一起。灵感来自于我们的思想不断重写过去的回忆和对未来的期望，我们赋予了我的能力，即我的能力来修改其重播记忆，以欢迎有关过去数据II的新信息II）为学习尚未公开的课程铺平了道路。我们表明，这些策略的应用导致了显着的改进;实际上，得到的方法 - 被称为扩展-DAR（X-DER） - 优于标准基准（如CiFar-100和MiniimAgeNet）的技术状态，并且这里引入了一个新颖的。为了更好地了解，我们进一步提供了广泛的消融研究，以证实并扩展了我们以前研究的结果（例如，在持续学习设置中知识蒸馏和漂流最小值的价值）。