自我监督的视觉表示学习最近引起了重大的研究兴趣。虽然一种评估自我监督表示的常见方法是通过转移到各种下游任务，但我们研究了衡量其可解释性的问题，即了解原始表示中编码的语义。我们将后者提出为估计表示和手动标记概念空间之间的相互信息。为了量化这一点，我们介绍了一个解码瓶颈：必须通过简单的预测变量捕获信息，将概念映射到表示空间中的簇。我们称之为反向线性探测的方法为表示表示的语义敏感。该措施还能够检测出表示何时包含概念的组合（例如“红色苹果”），而不仅仅是单个属性（独立的“红色”和“苹果”）。最后，我们建议使用监督分类器自动标记大型数据集，以丰富用于探测的概念的空间。我们使用我们的方法来评估大量的自我监督表示形式，通过解释性对它们进行排名，并通过线性探针与标准评估相比出现的差异，并讨论了一些定性的见解。代码为：{\ Scriptsize {\ url {https://github.com/iro-cp/ssl-qrp}}}}}。

Combining clustering and representation learning is one of the most promising approaches for unsupervised learning of deep neural networks. However, doing so naively leads to ill posed learning problems with degenerate solutions. In this paper, we propose a novel and principled learning formulation that addresses these issues. The method is obtained by maximizing the information between labels and input data indices. We show that this criterion extends standard crossentropy minimization to an optimal transport problem, which we solve efficiently for millions of input images and thousands of labels using a fast variant of the Sinkhorn-Knopp algorithm. The resulting method is able to self-label visual data so as to train highly competitive image representations without manual labels. Our method achieves state of the art representation learning performance for AlexNet and ResNet-50 on SVHN, CIFAR-10, CIFAR-100 and ImageNet and yields the first self-supervised AlexNet that outperforms the supervised Pascal VOC detection baseline. Code and models are available 1 .

State-of-the-art computer vision systems are trained to predict a fixed set of predetermined object categories. This restricted form of supervision limits their generality and usability since additional labeled data is needed to specify any other visual concept. Learning directly from raw text about images is a promising alternative which leverages a much broader source of supervision. We demonstrate that the simple pre-training task of predicting which caption goes with which image is an efficient and scalable way to learn SOTA image representations from scratch on a dataset of 400 million (image, text) pairs collected from the internet. After pre-training, natural language is used to reference learned visual concepts (or describe new ones) enabling zero-shot transfer of the model to downstream tasks. We study the performance of this approach by benchmarking on over 30 different existing computer vision datasets, spanning tasks such as OCR, action recognition in videos, geo-localization, and many types of fine-grained object classification. The model transfers non-trivially to most tasks and is often competitive with a fully supervised baseline without the need for any dataset specific training. For instance, we match the accuracy of the original ResNet-50 on ImageNet zero-shot without needing to use any of the 1.28 million training examples it was trained on. We release our code and pre-trained model weights at https://github.com/OpenAI/CLIP.

自我监督的视觉表现学习的目标是学习强大，可转让的图像表示，其中大多数研究专注于物体或场景水平。另一方面，在部分级别的代表学习得到了显着的关注。在本文中，我们向对象部分发现和分割提出了一个无人监督的方法，并进行三个贡献。首先，我们通过一系列目标构建一个代理任务，鼓励模型将图像的有意义分解成其部件。其次，先前的工作争辩地用于重建或聚类预先计算的功能作为代理的代理;我们凭经验展示了这一点，这种情况不太可能找到有意义的部分;主要是因为它们的低分辨率和分类网络到空间涂抹信息的趋势。我们建议像素水平的图像重建可以缓解这个问题，充当互补的提示。最后，我们表明基于Keypoint回归的标准评估与分割质量不符合良好，因此引入不同的指标，NMI和ARI，更好地表征对象的分解成零件。我们的方法产生了一致的细粒度但视觉上不同的类别的语义部分，优于三个基准数据集的现有技术。代码可在项目页面上找到：https://www.robots.ox.ac.uk/~vgg/research/unsup-parts/

在深度学习研究中，自学学习（SSL）引起了极大的关注，引起了计算机视觉和遥感社区的兴趣。尽管计算机视觉取得了很大的成功，但SSL在地球观测领域的大部分潜力仍然锁定。在本文中，我们对在遥感的背景下为计算机视觉的SSL概念和最新发展提供了介绍，并回顾了SSL中的概念和最新发展。此外，我们在流行的遥感数据集上提供了现代SSL算法的初步基准，从而验证了SSL在遥感中的潜力，并提供了有关数据增强的扩展研究。最后，我们确定了SSL未来研究的有希望的方向的地球观察（SSL4EO），以铺平了两个领域的富有成效的相互作用。

在过去几年中，无监督的学习取得了很大的进展，特别是通过对比的自我监督学习。用于基准测试自我监督学习的主导数据集已经想象，最近的方法正在接近通过完全监督培训实现的性能。然而，ImageNet DataSet在很大程度上是以对象为中心的，并且目前尚不清楚这些方法的广泛不同的数据集和任务，这些方法是非以对象为中心的，例如数字病理学。虽然自我监督的学习已经开始在这个领域探讨了令人鼓舞的结果，但有理由看起来更接近这个环境与自然图像和想象成的不同。在本文中，我们对组织病理学进行了对比学学习的深入分析，引脚指向对比物镜的表现如何不同，由于组织病理学数据的特征。我们提出了一些考虑因素，例如对比目标和超参数调整的观点。在大量的实验中，我们分析了组织分类的下游性能如何受到这些考虑因素的影响。结果指出了对比学习如何减少数字病理中的注释工作，但需要考虑特定的数据集特征。为了充分利用对比学习目标，需要不同的视野和超参数校准。我们的结果为实现组织病理学应用的自我监督学习的全部潜力铺平了道路。

由于早期的机器学习模型，诸如准确性和精确度等指标已成为评估和比较训练模型的事实上的方法。但是，单个度量号并未完全捕获模型之间的相似性和差异，尤其是在计算机视觉域中。在某个数据集上具有很高精度的模型可能会在另一个数据集上提供较低的精度，而无需任何进一步的见解。为了解决这个问题，我们基于一种称为Disect的最新可解释性技术，以引入\ textit {模型可解释性}，该技术根据他们所学的视觉概念（例如对象和材料）来确定模型如何相互联系或补充。为了实现这一目标，我们将13个表现最佳的自制模型投射到一个学习的概念（LCE）空间中，该概念从学识渊博的概念的角度揭示了模型之间的邻近。我们将这些模型的性能进一步跨越了四个计算机视觉任务和15个数据集。该实验使我们能够将模型分为三类，并首次揭示了不同任务所需的视觉概念类型。这是设计跨任务学习算法的一步。

细粒度的图像分析（FGIA）是计算机视觉和模式识别中的长期和基本问题，并为一组多种现实世界应用提供了基础。 FGIA的任务是从属类别分析视觉物体，例如汽车或汽车型号的种类。细粒度分析中固有的小阶级和阶级阶级内变异使其成为一个具有挑战性的问题。利用深度学习的进步，近年来，我们在深入学习动力的FGIA中见证了显着进展。在本文中，我们对这些进展的系统进行了系统的调查，我们试图通过巩固两个基本的细粒度研究领域 - 细粒度的图像识别和细粒度的图像检索来重新定义和扩大FGIA领域。此外，我们还审查了FGIA的其他关键问题，例如公开可用的基准数据集和相关域的特定于应用程序。我们通过突出几个研究方向和开放问题，从社区中突出了几个研究方向和开放问题。

通过对比学习，自我监督学习最近在视觉任务中显示了巨大的潜力，这旨在在数据集中区分每个图像或实例。然而，这种情况级别学习忽略了实例之间的语义关系，有时不希望地从语义上类似的样本中排斥锚，被称为“假否定”。在这项工作中，我们表明，对于具有更多语义概念的大规模数据集来说，虚假否定的不利影响更为重要。为了解决这个问题，我们提出了一种新颖的自我监督的对比学习框架，逐步地检测并明确地去除假阴性样本。具体地，在训练过程之后，考虑到编码器逐渐提高，嵌入空间变得更加语义结构，我们的方法动态地检测增加的高质量假否定。接下来，我们讨论两种策略，以明确地在对比学习期间明确地消除检测到的假阴性。广泛的实验表明，我们的框架在有限的资源设置中的多个基准上表现出其他自我监督的对比学习方法。

Can we automatically group images into semantically meaningful clusters when ground-truth annotations are absent? The task of unsupervised image classification remains an important, and open challenge in computer vision. Several recent approaches have tried to tackle this problem in an end-to-end fashion. In this paper, we deviate from recent works, and advocate a two-step approach where feature learning and clustering are decoupled. First, a self-supervised task from representation learning is employed to obtain semantically meaningful features. Second, we use the obtained features as a prior in a learnable clustering approach. In doing so, we remove the ability for cluster learning to depend on low-level features, which is present in current end-to-end learning approaches. Experimental evaluation shows that we outperform state-of-the-art methods by large margins, in particular +26.6% on CI-FAR10, +25.0% on CIFAR100-20 and +21.3% on STL10 in terms of classification accuracy. Furthermore, our method is the first to perform well on a large-scale dataset for image classification. In particular, we obtain promising results on ImageNet, and outperform several semi-supervised learning methods in the low-data regime without the use of any groundtruth annotations. The code is made publicly available here.

自我监督学习的最新进展证明了多种视觉任务的有希望的结果。高性能自我监督方法中的一个重要成分是通过培训模型使用数据增强，以便在嵌入空间附近的相同图像的不同增强视图。然而，常用的增强管道整体地对待图像，忽略图像的部分的语义相关性-e.g。主题与背景 - 这可能导致学习杂散相关性。我们的工作通过调查一类简单但高度有效的“背景增强”来解决这个问题，这鼓励模型专注于语义相关内容，劝阻它们专注于图像背景。通过系统的调查，我们表明背景增强导致在各种任务中跨越一系列最先进的自我监督方法（MOCO-V2，BYOL，SWAV）的性能大量改进。 $ \ SIM $ + 1-2％的ImageNet收益，使得与监督基准的表现有关。此外，我们发现有限标签设置的改进甚至更大（高达4.2％）。背景技术增强还改善了许多分布换档的鲁棒性，包括天然对抗性实例，想象群-9，对抗性攻击，想象成型。我们还在产生了用于背景增强的显着掩模的过程中完全无监督的显着性检测进展。

Clustering is a class of unsupervised learning methods that has been extensively applied and studied in computer vision. Little work has been done to adapt it to the end-to-end training of visual features on large scale datasets. In this work, we present DeepCluster, a clustering method that jointly learns the parameters of a neural network and the cluster assignments of the resulting features. DeepCluster iteratively groups the features with a standard clustering algorithm, kmeans, and uses the subsequent assignments as supervision to update the weights of the network. We apply DeepCluster to the unsupervised training of convolutional neural networks on large datasets like ImageNet and YFCC100M. The resulting model outperforms the current state of the art by a significant margin on all the standard benchmarks.

最近，引入了图像表示学习的自我监督方法，以与其完全监督的竞争对手相比，以较高的结果或卓越的结果提供了解释自我监督的方法的相应努力。在这一观察过程中，我们引入了一个新颖的视觉探测框架，用于通过利用自然语言处理中使用的探测任务来解释自我监督模型。探测任务需要有关图像部分之间语义关系的知识。因此，我们提出了一种系统的方法来获得视觉，视觉，上下文和分类学等自然语言的类似物。我们的建议基于Marr的视觉计算理论和质地，形状和线条等特征。我们在解释自我监督的表示的背景下显示了这些类似物的有效性和适用性。我们的主要发现强调，语言和视觉之间的关系可以作为发现机器学习模型如何工作（独立于数据模式）的有效但直观的工具。我们的工作打开了大量的研究途径，通向更可解释和透明的AI。

Contrastive learning has become a key component of self-supervised learning approaches for computer vision. By learning to embed two augmented versions of the same image close to each other and to push the embeddings of different images apart, one can train highly transferable visual representations. As revealed by recent studies, heavy data augmentation and large sets of negatives are both crucial in learning such representations. At the same time, data mixing strategies, either at the image or the feature level, improve both supervised and semi-supervised learning by synthesizing novel examples, forcing networks to learn more robust features. In this paper, we argue that an important aspect of contrastive learning, i.e. the effect of hard negatives, has so far been neglected. To get more meaningful negative samples, current top contrastive self-supervised learning approaches either substantially increase the batch sizes, or keep very large memory banks; increasing memory requirements, however, leads to diminishing returns in terms of performance. We therefore start by delving deeper into a top-performing framework and show evidence that harder negatives are needed to facilitate better and faster learning. Based on these observations, and motivated by the success of data mixing, we propose hard negative mixing strategies at the feature level, that can be computed on-the-fly with a minimal computational overhead. We exhaustively ablate our approach on linear classification, object detection, and instance segmentation and show that employing our hard negative mixing procedure improves the quality of visual representations learned by a state-of-the-art self-supervised learning method.Project page: https://europe.naverlabs.com/mochi 34th Conference on Neural Information Processing Systems (NeurIPS 2020),

我们介绍了代表学习（CARL）的一致分配，通过组合来自自我监督对比学习和深层聚类的思路来学习视觉表现的无监督学习方法。通过从聚类角度来看对比学习，Carl通过学习一组一般原型来学习无监督的表示，该原型用作能量锚来强制执行给定图像的不同视图被分配给相同的原型。与与深层聚类的对比学习的当代工作不同，Carl建议以在线方式学习一组一般原型，使用梯度下降，而无需使用非可微分算法或k手段来解决群集分配问题。卡尔在许多代表性学习基准中超越了竞争对手，包括线性评估，半监督学习和转移学习。

最近，自我监督的表示学习（SSRL）在计算机视觉，语音，自然语言处理（NLP）以及最近的其他类型的模式（包括传感器的时间序列）中引起了很多关注。自我监督学习的普及是由传统模型通常需要大量通知数据进行培训的事实所驱动的。获取带注释的数据可能是一个困难且昂贵的过程。已经引入了自我监督的方法，以通过使用从原始数据自由获得的监督信号对模型进行判别预训练来提高训练数据的效率。与现有的对SSRL的评论不同，该评论旨在以单一模式为重点介绍CV或NLP领域的方法，我们旨在为时间数据提供对多模式自我监督学习方法的首次全面审查。为此，我们1）提供现有SSRL方法的全面分类，2）通过定义SSRL框架的关键组件来引入通用管道，3）根据其目标功能，网络架构和潜在应用程序，潜在的应用程序，潜在的应用程序，比较现有模型， 4）查看每个类别和各种方式中的现有多模式技术。最后，我们提出了现有的弱点和未来的机会。我们认为，我们的工作对使用多模式和/或时间数据的域中SSRL的要求有了一个观点

本文解决了新型类别发现（NCD）的问题，该问题旨在区分大规模图像集中的未知类别。 NCD任务由于与现实世界情景的亲密关系而具有挑战性，我们只遇到了一些部分类和图像。与NCD上的其他作品不同，我们利用原型强调类别歧视的重要性，并减轻缺少新颖阶级注释的问题。具体而言，我们提出了一种新型的适应性原型学习方法，该方法由两个主要阶段组成：原型表示学习和原型自我训练。在第一阶段，我们获得了一个可靠的特征提取器，该功能提取器可以为所有具有基础和新颖类别的图像提供。该功能提取器的实例和类别歧视能力通过自我监督的学习和适应性原型来提高。在第二阶段，我们再次利用原型来整理离线伪标签，并训练类别聚类的最终参数分类器。我们对四个基准数据集进行了广泛的实验，并证明了该方法具有最先进的性能的有效性和鲁棒性。

Unsupervised image representations have significantly reduced the gap with supervised pretraining, notably with the recent achievements of contrastive learning methods. These contrastive methods typically work online and rely on a large number of explicit pairwise feature comparisons, which is computationally challenging. In this paper, we propose an online algorithm, SwAV, that takes advantage of contrastive methods without requiring to compute pairwise comparisons. Specifically, our method simultaneously clusters the data while enforcing consistency between cluster assignments produced for different augmentations (or "views") of the same image, instead of comparing features directly as in contrastive learning. Simply put, we use a "swapped" prediction mechanism where we predict the code of a view from the representation of another view. Our method can be trained with large and small batches and can scale to unlimited amounts of data. Compared to previous contrastive methods, our method is more memory efficient since it does not require a large memory bank or a special momentum network. In addition, we also propose a new data augmentation strategy, multi-crop, that uses a mix of views with different resolutions in place of two full-resolution views, without increasing the memory or compute requirements. We validate our findings by achieving 75.3% top-1 accuracy on ImageNet with ResNet-50, as well as surpassing supervised pretraining on all the considered transfer tasks.

对比度学习最近在无监督的视觉表示学习中显示出巨大的潜力。在此轨道中的现有研究主要集中于图像内不变性学习。学习通常使用丰富的图像内变换来构建正对，然后使用对比度损失最大化一致性。相反，相互影响不变性的优点仍然少得多。利用图像间不变性的一个主要障碍是，尚不清楚如何可靠地构建图像间的正对，并进一步从它们中获得有效的监督，因为没有配对注释可用。在这项工作中，我们提出了一项全面的实证研究，以更好地了解从三个主要组成部分的形象间不变性学习的作用：伪标签维护，采样策略和决策边界设计。为了促进这项研究，我们引入了一个统一的通用框架，该框架支持无监督的内部和间形内不变性学习的整合。通过精心设计的比较和分析，揭示了多个有价值的观察结果：1）在线标签收敛速度比离线标签更快； 2）半硬性样品比硬否定样品更可靠和公正； 3）一个不太严格的决策边界更有利于形象间的不变性学习。借助所有获得的食谱，我们的最终模型（即InterCLR）对多个标准基准测试的最先进的内图内不变性学习方法表现出一致的改进。我们希望这项工作将为设计有效的无监督间歇性不变性学习提供有用的经验。代码：https：//github.com/open-mmlab/mmselfsup。

This paper presents Prototypical Contrastive Learning (PCL), an unsupervised representation learning method that bridges contrastive learning with clustering. PCL not only learns low-level features for the task of instance discrimination, but more importantly, it encodes semantic structures discovered by clustering into the learned embedding space. Specifically, we introduce prototypes as latent variables to help find the maximum-likelihood estimation of the network parameters in an Expectation-Maximization framework. We iteratively perform E-step as finding the distribution of prototypes via clustering and M-step as optimizing the network via contrastive learning. We propose ProtoNCE loss, a generalized version of the InfoNCE loss for contrastive learning, which encourages representations to be closer to their assigned prototypes. PCL outperforms state-of-the-art instance-wise contrastive learning methods on multiple benchmarks with substantial improvement in low-resource transfer learning. Code and pretrained models are available at https://github.com/salesforce/PCL.