最近，蒙面图像建模（MIM）由于其能力从大量未标记的数据中学习而引起了人们的关注，并且已被证明对涉及自然图像的各种视觉任务有效。同时，由于未标记的图像的数量高，预计3D医学图像中的自我监督学习的潜力预计将是巨大的，以及质量标签的费用和困难。但是，MIM对医学图像的适用性仍然不确定。在本文中，我们证明了掩盖的图像建模方法还可以推进3D医学图像分析，除了自然图像。我们研究掩盖图像建模策略如何从3D医学图像分割的角度利用性能作为代表性的下游任务：i）与天真的对比度学习相比，蒙版的图像建模方法可以加快监督培训的收敛性，甚至更快（1.40美元$ \ times $ \ times $ $ $ ）并最终产生更高的骰子分数； ii）预测具有较高掩盖比和相对较小的贴片大小的原始体素值是用于医学图像建模的非平凡的自我监督借口任务； iii）重建的轻质解码器或投影头设计对于3D医学图像上的掩盖图像建模非常有力，该图像加快了训练并降低成本； iv）最后，我们还研究了在不同的实际情况下使用不同图像分辨率和标记的数据比率的MIM方法的有效性。

视觉变形金刚（VIT）S表现出可观的全球和本地陈述的自我监督学习表现，可以转移到下游应用程序。灵感来自这些结果，我们介绍了一种新的自我监督学习框架，具有用于医学图像分析的定制代理任务。具体而言，我们提出：（i）以新的3D变压器为基础的型号，被称为往返变压器（Swin Unet），具有分层编码器，用于自我监督的预训练; （ii）用于学习人类解剖学潜在模式的定制代理任务。我们展示了来自各种身体器官的5,050个公共可用的计算机断层扫描（CT）图像的提出模型的成功预培训。通过微调超出颅穹窿（BTCV）分割挑战的预先调整训练模型和来自医疗细分牌组（MSD）数据集的分割任务，通过微调训练有素的模型来验证我们的方法的有效性。我们的模型目前是MSD和BTCV数据集的公共测试排行榜上的最先进的（即第1号）。代码：https://monai.io/research/swin-unetr.

本文显示屏蔽的自动化器（MAE）是可扩展的自我监督学习者，用于计算机愿景。我们的MAE方法很简单：我们掩盖输入图像的随机补丁并重建缺失像素。它基于两个核心设计。首先，我们开发一个不对称的编码器解码器架构，其中编码器仅在掩码的可见子集（没有掩码令牌）上，以及重量解码器，该重量解码器从潜像和掩码令牌重建原始图像。其次，我们发现掩蔽了高比例的输入图像，例如，75％，产生非凡和有意义的自我监督任务。耦合这两种设计使我们能够有效且有效地培训大型模型：我们加速培训（3倍或更多）并提高准确性。我们可扩展的方法允许学习概括的高容量模型：例如，Vanilla Vit-Maxim模型在使用Imagenet-1K数据的方法中实现最佳准确性（87.8％）。下游任务中的转移性能优于监督预培训并显示有前途的缩放行为。

The combination of transformers and masked image modeling (MIM) pre-training framework has shown great potential in various vision tasks. However, the pre-training computational budget is too heavy and withholds the MIM from becoming a practical training paradigm. This paper presents FastMIM, a simple and generic framework for expediting masked image modeling with the following two steps: (i) pre-training vision backbones with low-resolution input images; and (ii) reconstructing Histograms of Oriented Gradients (HOG) feature instead of original RGB values of the input images. In addition, we propose FastMIM-P to progressively enlarge the input resolution during pre-training stage to further enhance the transfer results of models with high capacity. We point out that: (i) a wide range of input resolutions in pre-training phase can lead to similar performances in fine-tuning phase and downstream tasks such as detection and segmentation; (ii) the shallow layers of encoder are more important during pre-training and discarding last several layers can speed up the training stage with no harm to fine-tuning performance; (iii) the decoder should match the size of selected network; and (iv) HOG is more stable than RGB values when resolution transfers;. Equipped with FastMIM, all kinds of vision backbones can be pre-trained in an efficient way. For example, we can achieve 83.8%/84.1% top-1 accuracy on ImageNet-1K with ViT-B/Swin-B as backbones. Compared to previous relevant approaches, we can achieve comparable or better top-1 accuracy while accelerate the training procedure by $\sim$5$\times$. Code can be found in https://github.com/ggjy/FastMIM.pytorch.

本文介绍了Simmim，这是一个简单的蒙面图像建模框架。我们在没有特殊设计的情况下简化了最近提出的相关方法，例如通过离散VAE或聚类的块状掩蔽和令牌化。要研究蒙版图像建模任务学习良好的表示，我们系统地研究了我们框架中的主要组成部分，并发现每个组件的简单设计揭示了非常强烈的表示学习性能：1）用中等的输入图像随机掩蔽输入图像大型蒙面贴片尺寸（例如，32）进行了强大的文本前任务; 2）通过直接回归预测RGB值的原始像素不比具有复杂设计的补丁分类方法更差; 3）预测头可以像线性层一样光，性能比较重的形式更差。使用VIT-B，我们的方法通过预训练在此数据集上进行预培训，我们的方法在ImageNet-1K上实现了83.8％的精细调整精度，超过了以前最佳方法+ 0.6％。当应用于大约6.5亿参数的更大模型时，SwinV2-H，它在Imagenet-1K上使用Imagenet-1K数据实现了87.1％的前1个精度。我们还利用这种方法来促进3B模型（SWINV2-G）的培训，比以前的实践中的数据减少40美元，我们在四个代表性视觉基准上实现了最先进的。代码和模型将在https://github.com/microsoft/simmim公开使用。

由于其最近在减少监督学习的差距方面取得了成功，自我监督的学习方法正在增加计算机愿景的牵引力。在自然语言处理（NLP）中，自我监督的学习和变形金刚已经是选择的方法。最近的文献表明，变压器也在计算机愿景中越来越受欢迎。到目前为止，当使用大规模监督数据或某种共同监督时，视觉变压器已被证明可以很好地工作。在教师网络方面。这些监督的普试视觉变压器在下游任务中实现了非常好的变化，变化最小。在这项工作中，我们调查自我监督学习的预用图像/视觉变压器，然后使用它们进行下游分类任务的优点。我们提出了自我监督的视觉变压器（坐在）并讨论了几种自我监督的培训机制，以获得借口模型。静坐的架构灵活性允许我们将其用作自动统计器，并无缝地使用多个自我监控任务。我们表明，可以在小规模数据集上进行预训练，以便在小型数据集上进行下游分类任务，包括几千个图像而不是数百万的图像。使用公共协议对所提出的方法进行评估标准数据集。结果展示了变压器的强度及其对自我监督学习的适用性。我们通过大边缘表现出现有的自我监督学习方法。我们还观察到坐着很好，很少有镜头学习，并且还表明它通过简单地训练从坐的学到的学习功能的线性分类器来学习有用的表示。预先训练，FineTuning和评估代码将在以下：https://github.com/sara-ahmed/sit。

蒙面的自动编码器是可扩展的视觉学习者，因为Mae \ Cite {He2022masked}的标题表明，视觉中的自我监督学习（SSL）可能会采用与NLP中类似的轨迹。具体而言，具有蒙版预测（例如BERT）的生成借口任务已成为NLP中的事实上的标准SSL实践。相比之下，他们的歧视性对应物（例如对比度学习）掩埋了视力中的生成方法的早期尝试；但是，蒙版图像建模的成功已恢复了屏蔽自动编码器（过去通常被称为DeNosing AutoCoder）。作为在NLP中与Bert弥合差距的一个里程碑，蒙面自动编码器吸引了对SSL在视觉及其他方面的前所未有的关注。这项工作对蒙面自动编码器进行了全面的调查，以洞悉SSL的有希望的方向。作为第一个使用蒙版自动编码器审查SSL的人，这项工作通过讨论其历史发展，最新进度以及对不同应用的影响，重点介绍其在视觉中的应用。

对计算机视觉的自我监督学习取得了巨大的进步，并改善了许多下游视觉任务，例如图像分类，语义细分和对象检测。其中，诸如MAE和Beit之类的生成性自我监督的视力学习方法显示出令人鼓舞的表现。但是，它们的全球掩盖重建机制在计算上是要求的。为了解决这个问题，我们提出了本地蒙版重建（LOMAR），这是一种简单而有效的方法，在一个简单的变压器编码器上的7 $ \ times $ 7补丁中执行蒙版重建，从而提高了效率和准确性之间的权衡。在整个图像上全局掩盖重建。广泛的实验表明，Lomar在Imagenet-1K分类方面达到了84.1％的TOP-1准确性，优于MAE的MAE比0.5％。在以384 $ \ times $ 384的图像为审计的LOMAR进行了预审经后，它可以达到85.4％的TOP-1准确性，超过MAE的0.6％。在MS Coco上，Lomar在0.5 $ \ text {ap}^\ text {box} $上以0.5 $ \ text {ap}^\ text {box} $的优势在对象检测上和0.5 $ \ text {ap}^\ text^\ text {bask} $上的实例段上。 Lomar在预处理的高分辨率图像上特别有效，例如，它比MAE快3.1 $ \ times $，分类准确性为448 $ \ times $ 448 $ 448。这种本地掩盖的重建学习机制可以轻松地集成到任何其他生成的自我监督学习方法中。我们的代码可在https://github.com/junchen14/lomar中公开获得。

Autoregressive language modeling (ALM) have been successfully used in self-supervised pre-training in Natural language processing (NLP). However, this paradigm has not achieved comparable results with other self-supervised approach in computer vision (e.g., contrastive learning, mask image modeling). In this paper, we try to find the reason why autoregressive modeling does not work well on vision tasks. To tackle this problem, we fully analyze the limitation of visual autoregressive methods and proposed a novel stochastic autoregressive image modeling (named SAIM) by the two simple designs. First, we employ stochastic permutation strategy to generate effective and robust image context which is critical for vision tasks. Second, we create a parallel encoder-decoder training process in which the encoder serves a similar role to the standard vision transformer focus on learning the whole contextual information, and meanwhile the decoder predicts the content of the current position, so that the encoder and decoder can reinforce each other. By introducing stochastic prediction and the parallel encoder-decoder, SAIM significantly improve the performance of autoregressive image modeling. Our method achieves the best accuracy (83.9%) on the vanilla ViT-Base model among methods using only ImageNet-1K data. Transfer performance in downstream tasks also show that our model achieves competitive performance.

在过去的几年中，基于自我注意力的变压器模型一直在主导许多计算机视觉任务。它们的出色模型质量在很大程度上取决于标记过多的图像数据集。为了减少对大型标记数据集的依赖，基于重建的掩盖自动编码器正在获得流行，这些自动编码器从未标记的图像中学习了高质量的可转移表示形式。出于同样的目的，最近弱监督的图像预处理方法探索了图像随附的文本字幕的语言监督。在这项工作中，我们提出了对语言辅助代表的预读图像，称为米兰。我们的预处理目标不是预测原始像素或低级别的特征，而是用使用字幕监督获得的大量语义信号来重建图像特征。此外，为了适应我们的重建目标，我们提出了更有效的促使解码器体系结构和语义意识到的掩码采样机制，从而进一步推进了预告片模型的传输性能。实验结果表明，米兰的精度比以前的工作更高。当掩盖的自动编码器在ImagEnet-1K数据集上进行了预估计并以224x224的输入分辨率进行了填充时，米兰在VITB/16上的前1位准确性达到了85.4％，使以前的先前最先前的艺术品达到1％。在下游的语义分割任务中，米兰在ADE20K数据集上使用VIT-B/16骨架达到52.7 MIOU，表现优于先前的蒙版预读结果4分。

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。

The development of deep learning models in medical image analysis is majorly limited by the lack of large-sized and well-annotated datasets. Unsupervised learning does not require labels and is more suitable for solving medical image analysis problems. However, most of the current unsupervised learning methods need to be applied to large datasets. To make unsupervised learning applicable to small datasets, we proposed Swin MAE, which is a masked autoencoder with Swin Transformer as its backbone. Even on a dataset of only a few thousand medical images and without using any pre-trained models, Swin MAE is still able to learn useful semantic features purely from images. It can equal or even slightly outperform the supervised model obtained by Swin Transformer trained on ImageNet in terms of the transfer learning results of downstream tasks. The code will be publicly available soon.

高质量注释的医学成像数据集的稀缺性是一个主要问题，它与医学成像分析领域的机器学习应用相撞并阻碍了其进步。自我监督学习是一种最近的培训范式，可以使学习强大的表示无需人类注释，这可以被视为有效的解决方案，以解决带注释的医学数据的稀缺性。本文回顾了自我监督学习方法的最新研究方向，用于图像数据，并将其专注于其在医学成像分析领域的应用。本文涵盖了从计算机视野领域的最新自我监督学习方法，因为它们适用于医学成像分析，并将其归类为预测性，生成性和对比性方法。此外，该文章涵盖了40个在医学成像分析中自学学习领域的最新研究论文，旨在阐明该领域的最新创新。最后，本文以该领域的未来研究指示结束。

自我监督的学习（SSL）通过大量未标记的数据的先知，在各种医学成像任务上取得了出色的性能。但是，对于特定的下游任务，仍然缺乏有关如何选择合适的借口任务和实现细节的指令书。在这项工作中，我们首先回顾了医学成像分析领域中自我监督方法的最新应用。然后，我们进行了广泛的实验，以探索SSL中的四个重要问题用于医学成像，包括（1）自我监督预处理对不平衡数据集的影响，（2）网络体系结构，（3）上游任务对下游任务和下游任务和下游任务的适用性（4）SSL和常用政策用于深度学习的堆叠效果，包括数据重新采样和增强。根据实验结果，提出了潜在的指南，以在医学成像中进行自我监督预处理。最后，我们讨论未来的研究方向并提出问题，以了解新的SSL方法和范式时要注意。

蒙面图像建模（MIM）在各种视觉任务上取得了令人鼓舞的结果。但是，学到的表示形式的有限可区分性表现出来，使一个更强大的视力学习者还有很多值得一试。为了实现这一目标，我们提出了对比度蒙面的自动编码器（CMAE），这是一种新的自我监督的预训练方法，用于学习更全面和有能力的视觉表示。通过详细统一的对比度学习（CL）和掩盖图像模型（MIM），CMAE利用了它们各自的优势，并以强大的实例可辨别性和局部的可感知来学习表示形式。具体而言，CMAE由两个分支组成，其中在线分支是不对称的编码器编码器，而目标分支是动量更新的编码器。在培训期间，在线编码器从蒙面图像的潜在表示中重建了原始图像，以学习整体特征。馈送完整图像的目标编码器通过其在线学习通过对比度学习增强了功能可区分性。为了使CL与MIM兼容，CMAE引入了两个新组件，即用于生成合理的正视图和特征解码器的像素移位，以补充对比度对的特征。多亏了这些新颖的设计，CMAE可以有效地提高了MIM对应物的表示质量和转移性能。 CMAE在图像分类，语义分割和对象检测的高度竞争基准上实现了最先进的性能。值得注意的是，CMAE-BASE在Imagenet上获得了$ 85.3 \％$ $ TOP-1的准确性和$ 52.5 \％$ MIOU的ADE20K，分别超过了$ 0.7 \％\％$ $和$ 1.8 \％$ $。代码将公开可用。

近年来，自我监督的学习（SSL）引起了病理图像分析的越来越多的关注。与需要仔细设计的对比学习相比，从生成范式中掩盖了自动编码器（MAE）构建SSL可能是一种更简单的方法。在本文中，我们介绍MAE并验证可见斑块对病理图像分类的影响。基于它，提出了一种新型的SD-MAE模型，以使RAW MAE顶部的自我验证增强SSL。除了掩盖图像贴片的重建损失外，SD-MAE还进一步对可见斑块施加了自我验证损失。它传递了由解码器的全球注意力引起的知识，该知识仅利用局部关注。我们将SD-MAE应用于两个公共病理图像数据集。实验表明，与其他SSL方法相比，SD-MAE的竞争性高。我们的代码将很快发布。

自我监督学习（SSL）利用基础数据结构来生成培训深网络的监督信号。这种方法提供了一种实用的解决方案，可用于学习多重免疫荧光大脑图像，其中数据通常比人类专家注释更丰富。基于对比度学习和图像重建的SSL算法表现出令人印象深刻的性能。不幸的是，这些方法是在自然图像而不是生物医学图像上设计和验证的。最近的一些作品已应用SSL来分析细胞图像。然而，这些作品均未研究SSL对多重免疫荧光脑图像的研究。这些作品还没有为采用特定的SSL方法提供明确的理论理由。在这些局限性的激励下，我们的论文介绍了从信息理论观点开发的一种自我监督的双损坏自适应掩盖自动编码器（DAMA）算法。 Dama的目标函数通过最大程度地降低像素级重建和特征级回归中的条件熵来最大化相互信息。此外，Dama还引入了一种新型的自适应掩码采样策略，以最大程度地提高相互信息并有效地学习脑细胞数据上下文信息。我们首次在多重免疫荧光脑图像上提供了SSL算法的广泛比较。我们的结果表明，Dama优于细胞分类和分割任务的其他SSL方法。 Dama还可以在Imagenet-1k上实现竞争精确度。 Dama的源代​​码可在https://github.com/hula-ai/dama上公开获得

在这项研究中，我们提出了混合图像建模（MixMim），这是一种适用于各种分层视觉变压器的简单但有效的MIM方法。现有的MIM方法用特殊的掩码符号替换输入令牌的随机子集，并旨在从损坏的图像中重建原始图像令牌。但是，我们发现，由于较大的掩蔽率（例如，Beit中的40％），使用蒙版符号会大大减慢训练并引起训练 - 不一致的不一致。相比之下，我们用另一个图像的可见令牌（即创建混合图像）代替一个图像的蒙版令牌。然后，我们进行双重重建以从混合输入中重建原始的两个图像，从而显着提高效率。虽然MixMim可以应用于各种体系结构，但本文探讨了更简单但更强的层次变压器，并使用MixMim -B，-L和-H缩放。经验结果表明，混合mim可以有效地学习高质量的视觉表示。值得注意的是，具有88M参数的MixMIM-B通过预处理600个时期的Imagenet-1k上的TOP-1精度达到了85.1％的TOP-1精度，在MIM方法中为具有可比模型尺寸（例如VIT-B）的神经网络创造了新的记录。此外，其在其他6个数据集上的传输性能显示MixMim比以前的MIM方法更好。代码可从https://github.com/sense-x/mixmim获得。

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。

基于图像补丁重建的自我监督学习方法在培训自动编码器方面取得了巨大的成功，其预训练的权重可以转移到微调图像理解的其他下游任务。但是，现有方法很少研究重建斑块的各种重要性和解剖结构的对称性，当它们应用于3D医学图像时。在本文中，我们提出了一种基于3D脑MRI分割任务的视觉变压器（VIT）的新颖的对称自动编码器（ASA）。我们猜想，强迫自动编码器恢复信息性图像区域可以收获更多的判别性表示，而不是恢复光滑的图像贴片。然后，我们采用基于梯度的指标来估计每个图像补丁的重要性。在预训练阶段，提议的自动编码器更多地注意根据梯度指标重建信息贴片。此外，我们求助于大脑结构的先验，并开发一种对称位置编码（SPE）方法，以更好地利用远距离但空间对称区域之间的相关性以获得有效的特征。实验结果表明，我们提出的细心对称自动编码器的表现优于三个大脑MRI分割基准的最先进的自我监督学习方法和医学图像分割模型。