手术场景细分对于促使机器人手术的认知援助至关重要。但是，以逐帧方式以像素为单位的注释视频是昂贵且耗时的。为了大大减轻标签负担，在这项工作中，我们从机器人手术视频中研究了半监督的场景细分，这实际上是必不可少的，但以前很少探索。我们考虑在等距采样下的临床上适当的注释情况。然后，我们提出了PGV-CL，这是一种新型的伪标签引导的跨视频对比学习方法，以增强场景分割。它有效地利用了未标记的数据来实现可信赖和全球模型的正则化，从而产生更具歧视性的特征表示。具体来说，对于可信赖的表示学习，我们建议合并伪标签以指导对选择，从而获得更可靠的代表对像素对比度。此外，我们将代表学习空间从以前的图像级扩展到交叉视频，该图像可以捕获全球语义以使学习过程受益。我们广泛评估了公共机器人手术数据集Edovis18和公共白内障数据集Cadis的方法。实验结果证明了我们方法的有效性，在不同的标签比下始终超过了最先进的半监督方法，甚至超过了10.1％标签的destovis18上的全面监督培训。

自动手术场景细分是促进现代手术剧院认知智能的基础。以前的作品依赖于常规的聚合模块（例如扩张的卷积，卷积LSTM），仅利用局部环境。在本文中，我们提出了一个新颖的框架STSWINCL，该框架通过逐步捕获全球环境来探讨互补的视频内和访问间关系以提高细分性能。我们首先开发了层次结构变压器，以捕获视频内关系，其中包括来自邻居像素和以前的帧的富裕空间和时间提示。提出了一个联合时空窗口移动方案，以有效地将这两个线索聚集到每个像素嵌入中。然后，我们通过像素到像素对比度学习探索视频间的关系，该学习很好地结构了整体嵌入空间。开发了一个多源对比度训练目标，可以将视频中的像素嵌入和基础指导分组，这对于学习整个数据的全球属性至关重要。我们在两个公共外科视频基准测试中广泛验证了我们的方法，包括Endovis18 Challenge和Cadis数据集。实验结果证明了我们的方法的有希望的性能，这始终超过了先前的最新方法。代码可在https://github.com/yuemingjin/stswincl上找到。

本文为半监督医学图像分割提供了一个简单而有效的两阶段框架。我们的主要洞察力是探索用标记和未标记的（即伪标记）图像的特征表示学习，以增强分段性能。在第一阶段，我们介绍了一种炼层的不确定感知方法，即Aua，以改善产生高质量伪标签的分割性能。考虑到医学图像的固有歧义，Aua自适应地规范了具有低歧义的图像的一致性。为了提高代表学习，我们提出了一种舞台适应性的对比学习方法，包括边界意识的对比损失，以规范第一阶段中标记的图像，并在第二阶段中的原型感知对比损失优化标记和伪标记的图像阶段。边界意识的对比损失仅优化分段边界周围的像素，以降低计算成本。原型感知对比损失通过为每个类构建质心来充分利用标记的图像和伪标记的图像，以减少对比较的计算成本。我们的方法在两个公共医学图像分割基准上实现了最佳结果。值得注意的是，我们的方法在结肠肿瘤分割的骰子上以5.7％的骰子依赖于只有5％标记的图像而表现出5.7％。

深度学习已成为火星探索的强大工具。火星地形细分是一项重要的火星愿景任务，它是漫游者自动计划和安全驾驶的基础。但是，现有的基于深度学习的地形细分方法遇到了两个问题：一个是缺乏足够的详细和高信心注释，另一个是模型过度依赖于注释的培训数据。在本文中，我们从联合数据和方法设计的角度解决了这两个问题。我们首先提出了一个新的火星地形细分数据集，该数据集包含6K高分辨率图像，并根据置信度稀疏注释，以确保标签的高质量。然后从这些稀疏的数据中学习，我们为火星地形细分的基于表示的学习框架，包括一个自我监督的学习阶段（用于预训练）和半监督的学习阶段（用于微调）。具体而言，对于自我监督的学习，我们设计了一个基于掩盖图像建模（MIM）概念的多任务机制，以强调图像的纹理信息。对于半监督的学习，由于我们的数据集很少注释，因此我们鼓励该模型通过在线生成和利用伪标签来挖掘每个图像中未标记的区域的信息。我们将数据集和方法命名为MARS（S $^{5} $ MARS）的自我监督和半监督分割。实验结果表明，我们的方法可以超越最先进的方法，并通过很大的边距提高地形分割性能。

上下文信息对于各种计算机视觉任务至关重要，以前的作品通常设计插件模块和结构损失，以有效地提取和汇总全局上下文。这些方法利用优质标签来优化模型，但忽略了精细训练的特征也是宝贵的训练资源，可以将优选的分布引入硬像素（即错误分类的像素）。受到无监督范式的对比学习的启发，我们以监督的方式应用了对比度损失，并重新设计了损失功能，以抛弃无监督学习的刻板印象（例如，积极和负面的不平衡，对锚定计算的混淆）。为此，我们提出了阳性阴性相等的对比损失（PNE损失），这增加了阳性嵌入对锚的潜在影响，并同时对待阳性和阴性样本对。 PNE损失可以直接插入现有的语义细分框架中，并以可忽视的额外计算成本导致出色的性能。我们利用许多经典的分割方法（例如，DeepLabv3，Ocrnet，Upernet）和骨干（例如Resnet，Hrnet，Swin Transformer）进行全面的实验，并在两个基准数据集（例如，例如，例如，，例如城市景观和可可固定）。我们的代码将公开

Previous work on action representation learning focused on global representations for short video clips. In contrast, many practical applications, such as video alignment, strongly demand learning the intensive representation of long videos. In this paper, we introduce a new framework of contrastive action representation learning (CARL) to learn frame-wise action representation in a self-supervised or weakly-supervised manner, especially for long videos. Specifically, we introduce a simple but effective video encoder that considers both spatial and temporal context by combining convolution and transformer. Inspired by the recent massive progress in self-supervised learning, we propose a new sequence contrast loss (SCL) applied to two related views obtained by expanding a series of spatio-temporal data in two versions. One is the self-supervised version that optimizes embedding space by minimizing KL-divergence between sequence similarity of two augmented views and prior Gaussian distribution of timestamp distance. The other is the weakly-supervised version that builds more sample pairs among videos using video-level labels by dynamic time wrapping (DTW). Experiments on FineGym, PennAction, and Pouring datasets show that our method outperforms previous state-of-the-art by a large margin for downstream fine-grained action classification and even faster inference. Surprisingly, although without training on paired videos like in previous works, our self-supervised version also shows outstanding performance in video alignment and fine-grained frame retrieval tasks.

监管基于深度学习的方法，产生医学图像分割的准确结果。但是，它们需要大量标记的数据集，并获得它们是一种艰苦的任务，需要临床专业知识。基于半/自我监督的学习方法通​​过利用未标记的数据以及有限的注释数据来解决此限制。最近的自我监督学习方法使用对比损失来从未标记的图像中学习良好的全球层面表示，并在像想象网那样的流行自然图像数据集上实现高性能。在诸如分段的像素级预测任务中，对于学习良好的本地级别表示以及全局表示来说至关重要，以实现更好的准确性。然而，现有的局部对比损失的方法的影响仍然是学习良好本地表现的限制，因为类似于随机增强和空间接近定义了类似和不同的局部区域;由于半/自我监督设置缺乏大规模专家注释，而不是基于当地地区的语义标签。在本文中，我们提出了局部对比损失，以便通过利用从未标记的图像的未标记图像的伪标签获得的语义标签信息来学习用于分割的良好像素级别特征。特别地，我们定义了建议的损失，以鼓励具有相同伪标签/标签的像素的类似表示，同时与数据集中的不同伪标签/标签的像素的表示。我们通过联合优化标记和未标记的集合和仅限于标记集的分割损失，通过联合优化拟议的对比损失来进行基于伪标签的自培训和培训网络。我们在三个公共心脏和前列腺数据集上进行了评估，并获得高分割性能。

Semi-supervised learning (SSL) has achieved great success in leveraging a large amount of unlabeled data to learn a promising classifier. A popular approach is pseudo-labeling that generates pseudo labels only for those unlabeled data with high-confidence predictions. As for the low-confidence ones, existing methods often simply discard them because these unreliable pseudo labels may mislead the model. Nevertheless, we highlight that these data with low-confidence pseudo labels can be still beneficial to the training process. Specifically, although the class with the highest probability in the prediction is unreliable, we can assume that this sample is very unlikely to belong to the classes with the lowest probabilities. In this way, these data can be also very informative if we can effectively exploit these complementary labels, i.e., the classes that a sample does not belong to. Inspired by this, we propose a novel Contrastive Complementary Labeling (CCL) method that constructs a large number of reliable negative pairs based on the complementary labels and adopts contrastive learning to make use of all the unlabeled data. Extensive experiments demonstrate that CCL significantly improves the performance on top of existing methods. More critically, our CCL is particularly effective under the label-scarce settings. For example, we yield an improvement of 2.43% over FixMatch on CIFAR-10 only with 40 labeled data.

从未标记的视频中学习时间通信对于计算机视觉至关重要，并且已经通过各种自我监督的借口来解决。对于自我监督的学习，最近的研究表明，尽管经过培训成本，但使用大型视频数据集。我们提出了一个时空的借口任务来解决培训数据成本问题。该任务由两个步骤组成。首先，我们使用来自未标记的静止图像数据的对比度学习来获得对外观敏感的特征。然后，我们切换到未标记的视频数据，并通过重建帧来学习运动敏感的功能。在第二步中，我们提出了一个全局相关蒸馏损失，以保留第一步中学到的外观灵敏度，以及金字塔结构中的局部相关蒸馏损失以应对时间不连续性。实验结果表明，我们的方法超过了一系列基于对应的任务的最新自我监督方法。进行的消融研究验证了提出的两步任务和损失功能的有效性。

关于对比学习的最新研究仅通过在医学图像分割的背景下利用很少的标签来实现出色的性能。现有方法主要关注实例歧视和不变映射。但是，他们面临三个常见的陷阱：（1）尾巴：医疗图像数据通常遵循隐式的长尾分配。盲目利用训练中的所有像素会导致数据失衡问题，并导致性能恶化； （2）一致性：尚不清楚分割模型是否由于不同解剖学特征之间的类内变化而学会了有意义但一致的解剖学特征； （3）多样性：整个数据集中的切片内相关性已得到明显降低的关注。这促使我们寻求一种有原则的方法来战略利用数据集本身，以发现不同解剖学观点的类似但不同的样本。在本文中，我们介绍了一种新型的半监督医学图像分割框架，称其为您自己的解剖结构（MONA），并做出了三个贡献。首先，先前的工作认为，每个像素对模型培训都同样重要。我们从经验上观察到，仅此单单就不太可能定义有意义的解剖特征，这主要是由于缺乏监督信号。我们通过使用更强大的数据增强和最近的邻居展示了学习不变的两个简单解决方案。其次，我们构建了一组目标，鼓励模型能够以无监督的方式将医学图像分解为解剖特征的集合。最后，我们在具有不同标记设置的三个基准数据集上的广泛结果验证了我们提出的MONA的有效性，该数据在不同的标签设置下实现了新的最新设置。

半监督的语义细分需要对未标记的数据进行丰富而强大的监督。一致性学习强制执行相同的像素在不同的增强视图中具有相似的特征，这是一个强大的信号，但忽略了与其他像素的关系。相比之下，对比学习考虑了丰富的成对关系，但是为像素对分配二进制阳性阴性监督信号可能是一个难题。在本文中，我们竭尽所能，并提出多视图相关性一致性（MVCC）学习：它考虑了自相关矩阵中的丰富成对关系，并将它们匹配到视图中以提供强大的监督。加上这种相关性一致性损失，我们提出了一个视图增强策略，可以保证不同观点之间的像素像素对应关系。在两个数据集上的一系列半监督设置中，我们报告了与最先进方法相比的竞争精度。值得注意的是，在CityScapes上，我们以1/8标记的数据达到76.8％的MIOU，比完全监督的Oracle差0.6％。

半监控视频动作识别倾向于使深神经网络能够实现显着性能，即使具有非常有限的标记数据。然而，现有方法主要从当前的基于图像的方法转移（例如，FixMatch）。不具体利用时间动态和固有的多模式属性，它们的结果可能是次优。为了更好地利用视频中的编码的时间信息，我们将时间梯度引入了本文中的更多细小特征提取的额外模态。具体而言，我们的方法明确地蒸馏从时间梯度（TG）的细粒度运动表示，并施加不同方式的一致性（即RGB和TG）。在推理期间，没有额外的计算或参数，在没有额外的计算或参数的情况下显着提高了半监督动作识别的性能。我们的方法在若干典型的半监督设置（即标记数据的不同比率）下实现三个视频动作识别基准（即动态-400，UCF-101和HMDB-51）的最先进的性能。

虽然监督语义分割存在重大进展，但由于领域偏差，将分段模型部署到解除域来仍然具有挑战性。域适应可以通过将知识从标记的源域传输到未标记的目标域来帮助。以前的方法通常尝试执行对全局特征的适应，然而，通常忽略要计入特征空间中的每个像素的本地语义附属机构，导致较少的可辨性。为解决这个问题，我们提出了一种用于细粒度阶级对齐的新型语义原型对比学习框架。具体地，语义原型提供了用于每个像素鉴别的表示学习的监控信号，并且需要在特征空间中的源极和目标域的每个像素来反映相应的语义原型的内容。通过这种方式，我们的框架能够明确地制作较近的类别的像素表示，并且进一步越来越多地分开，以改善分割模型的鲁棒性以及减轻域移位问题。与最先进的方法相比，我们的方法易于实施并达到优异的结果，如众多实验所展示的那样。代码在[此HTTPS URL]（https://github.com/binhuixie/spcl）上公开可用。

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.

由于水下环境复杂，水下鱼类分割以估计鱼体测量值仍然无法解决。依靠完全监督的分割模型需要收集每个像素标签，这很耗时且容易过度拟合。自我监督的学习方法可以帮助避免大型注释的培训数据集的要求，但是，在现实世界中，它们应该达到良好的细分质量。在本文中，我们介绍了一种基于变压器的方法，该方法使用自学意义重大的鱼类分割。我们提出的模型对视频进行了培训 - 没有任何注释，可以在野外现场拍摄的水下视频中进行鱼类分割。我们表明，当对一个数据集的一系列水下视频进行培训时，该建议的模型超过了以前的基于CNN的基于CNN和基于变压器的自我监督方法，并在两个未见的水下视频数据集中相对接近具有监督方法的性能。这表明了我们的模型的概括性以及它不需要预培训模型的事实。此外，我们表明，由于其密集的表示学习，我们的模型是计算效率的。我们提供定量和定性的结果，以证明我们的模型的重要功能。

有了大规模标记的数据集，深度学习在医学图像分割方面已取得了重大成功。但是，由于广泛的专业知识要求和昂贵的标签工作，在临床实践中获取大量注释是具有挑战性的。最近，对比学习表明，在未标记的数据上进行视觉表示学习的能力很强，在许多领域中实现了令人印象深刻的性能与监督的学习。在这项工作中，我们提出了一个新型的多尺度多视图全球对比度学习（MMGL）框架，以彻底探索不同尺度的全球和局部特征，并观察到可靠的对比度学习表现，从而通过有限的注释来改善细分性能。在MM-WHS数据集上进行的广泛实验证明了MMGL框架对半监视的心脏图像分割的有效性，从而超过了最先进的对比度学习方法，这是通过较大的余量。

医学图像分割或计算voxelwise语义面具是一个基本又具有挑战性的任务，用于计算体素级语义面具。为了提高编码器 - 解码器神经网络在大型临床队列中执行这项任务的能力，对比学习提供了稳定模型初始化和增强编码器而无需标签的机会。然而，多个目标对象（具有不同的语义含义）可能存在于单个图像中，这使得适应传统的对比学习方法从普遍的“图像级分类”到“像素级分段”中的问题。在本文中，我们提出了一种简单的语义感知对比学习方法，利用注意掩模来推进多对象语义分割。简而言之，我们将不同的语义对象嵌入不同的群集而不是传统的图像级嵌入。我们在与内部数据和Miccai挑战2015 BTCV数据集中的多器官医学图像分段任务中评估我们提出的方法。与目前的最先进的培训策略相比，我们拟议的管道分别产生了两种医学图像分割队列的骰子评分的大幅提高5.53％和6.09％（P值<0.01）。通过Pascal VOC 2012 DataSet进一步评估了所提出的方法的性能，并在MiOU（P值<0.01）上实现了2.75％的大幅提高。

深度学习的快速发展在分割方面取得了长足的进步，这是计算机视觉的基本任务之一。但是，当前的细分算法主要取决于像素级注释的可用性，这些注释通常昂贵，乏味且费力。为了减轻这一负担，过去几年见证了越来越多的关注，以建立标签高效，深度学习的细分算法。本文对标签有效的细分方法进行了全面的审查。为此，我们首先根据不同类型的弱标签提供的监督（包括没有监督，粗略监督，不完整的监督和嘈杂的监督和嘈杂的监督），首先开发出一种分类法来组织这些方法，并通过细分类型（包括语义细分）补充，实例分割和全景分割）。接下来，我们从统一的角度总结了现有的标签有效的细分方法，该方法讨论了一个重要的问题：如何弥合弱监督和密集预测之间的差距 - 当前的方法主要基于启发式先导，例如交叉像素相似性，跨标签约束，跨视图一致性，跨图像关系等。最后，我们分享了对标签有效深层细分的未来研究方向的看法。

卷积神经网络可以在语义细分任务中实现出色的性能。但是，这种神经网络方法在很大程度上依赖于昂贵的像素级注释。半监督学习是解决这个问题的有前途的决议，但其表现仍然远远落后于完全受监督的对手。这项工作提出了一个带有三个模块的跨教师培训框架，可显着改善传统的半监督学习方法。核心是跨教师模块，可以同时减少同伴网络之间的耦合以及教师和学生网络之间的错误积累。此外，我们提出了两个互补的对比学习模块。高级模块可以将高质量的知识从标记的数据传输到未标记的数据，并在特征空间中促进类之间的分离。低级模块可以鼓励从同伴网络中的高质量功能学习的低质量功能。在实验中，跨教师模块显着提高了传统的学生教师方法的性能，而我们的框架在基准数据集上的表现优于现行方法。我们的CTT源代码将发布。

由于数据注释的高成本，半监督行动识别是一个具有挑战性的，但重要的任务是。这个问题的常见方法是用伪标签分配未标记的数据，然后将其作为训练中的额外监督。通常在最近的工作中，通过在标记数据上训练模型来获得伪标签，然后使用模型的自信预测来教授自己。在这项工作中，我们提出了一种更有效的伪标签方案，称为跨模型伪标记（CMPL）。具体地，除了主要骨干内，我们还介绍轻量级辅助网络，并要求他们互相预测伪标签。我们观察到，由于其不同的结构偏差，这两种模型倾向于学习来自同一视频剪辑的互补表示。因此，通过利用跨模型预测作为监督，每个模型都可以受益于其对应物。对不同数据分区协议的实验表明我们对现有替代方案框架的重大改进。例如，CMPL在Kinetics-400和UCF-101上实现了17.6 \％$ 17.6 \％$ 25.1 \％$ 25.使用RGB模态和1 \％$标签数据，优于我们的基线模型，FIXMATCT，以$ 9.0 \％ $和10.3美元\％$。