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。

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.

自我监督学习的一个重要目标是使模型预训练能够从几乎无限的数据中受益。但是，一种最近变得流行的方法，即掩盖图像建模（MIM），被怀疑无法从较大的数据中受益。在这项工作中，我们通过广泛的实验打破了这一误解，数据量表从10 \％imagenet-1k到完整的Imagenet-22K，型号的尺寸从4,900万到10亿，培训长度从125k迭代到500k迭代迭代范围不等。我们的研究表明：（i）蒙版的图像建模也要求对较大的数据进行要求。我们观察到，非常大的模型被相对较小的数据过度。 （ii）培训的时间长度。接受掩盖图像建模训练的大型模型可以从更多的数据中受益，并具有更长的培训。 （iii）预训练中的验证损失是衡量模型在多个任务上进行微调的表现的好指标。该观察结果使我们能够预先评估预训练的模型，而无需对下游任务进行昂贵的试用和错误评估。我们希望我们的发现能够从缩放能力方面提高对蒙版图像建模的理解。

我们呈现蒙版特征预测（MaskFeat），用于自我监督的视频模型的预训练。我们的方法首先随机地掩盖输入序列的一部分，然后预测蒙面区域的特征。我们研究五种不同类型的功能，找到面向导向渐变（HOG）的直方图，手工制作的特征描述符，在性能和效率方面尤其良好。我们观察到猪中的局部对比标准化对于良好的结果至关重要，这与使用HOG进行视觉识别的早期工作符合。我们的方法可以学习丰富的视觉知识和基于大规模的变压器的模型。在不使用额外的模型重量或监督的情况下，在未标记视频上预先培训的MaskFeat在动力学-400上使用MVIT-L达到86.7％的前所未有的结果，在动力学-600，88.3％上，88.3％，在动力学-700,88.8地图上SSV2上的75.0％。 MaskFeat进一步推广到图像输入，其可以被解释为具有单个帧的视频，并在想象中获得竞争结果。

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。

我们提出蒙版频率建模（MFM），这是一种基于统一的基于频域的方法，用于自我监督的视觉模型预训练。在本文中，我们将视角转移到了频域中，而不是将蒙版令牌随机插入到空间域中的输入嵌入。具体而言，MFM首先掩盖了输入图像的一部分频率分量，然后预测频谱上的缺失频率。我们的关键见解是，由于沉重的空间冗余，预测频域中的屏蔽组件更理想地揭示了基础图像模式，而不是预测空间域中的掩盖斑块。我们的发现表明，通过对蒙版和预测策略的正确配置，高频组件中的结构信息和低频对应物中的低级统计信息都有用。 MFM首次证明，对于VIT和CNN，即使没有使用以下内容，简单的非叙事框架也可以学习有意义的表示形式：（i）额外的数据，（ii）额外的模型，（iii）蒙版令牌。与最近的蒙版图像建模方法相比，对成像网和几个鲁棒性基准的实验结果表明，MFM的竞争性能和高级鲁棒性。此外，我们还全面研究了从统一的频率角度来表示经典图像恢复任务对表示学习的有效性，并揭示了他们与MFM方法的有趣关系。项目页面：https：//www.mmlab-ntu.com/project/mfm/index.html。

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。

我们引入了一个自我监督的视觉表示模型BEIT，该模型代表来自图像变压器的双向编码器表示。在Bert在自然语言处理区域中开发后，我们提出了一项掩盖的图像建模任务，以预识视觉变压器。具体而言，每个图像在我们的预训练中具有两个视图，即图像贴片（例如16x16像素）和视觉令牌（即离散令牌）。我们首先将原始图像“将”“令牌化”到视觉令牌中。然后，我们随机掩盖了一些图像补丁并将其喂入骨干变压器中。预训练的目标是根据损坏的图像补丁恢复原始的视觉令牌。在预训练BEIT之后，我们通过将任务层附加在预审计的编码器上，直接通过将任务层附加到下游任务上的模型参数。图像分类和语义分割的实验结果表明，我们的模型通过以前的预训练方法实现了竞争结果。例如，基本大小的BEIT在Imagenet-1K上获得了83.2％的TOP-1精度，并以相同的设置优于划痕DEIT训练（81.8％）。此外，大尺寸的BEIT仅使用Imagenet-1K获得86.3％，即使在Imagenet-22K上进行预训练（85.2％），甚至超过了VIT-L。代码和预估计的模型可在https://aka.ms/beit上找到。

Driven by improved architectures and better representation learning frameworks, the field of visual recognition has enjoyed rapid modernization and performance boost in the early 2020s. For example, modern ConvNets, represented by ConvNeXt, have demonstrated strong performance in various scenarios. While these models were originally designed for supervised learning with ImageNet labels, they can also potentially benefit from self-supervised learning techniques such as masked autoencoders (MAE). However, we found that simply combining these two approaches leads to subpar performance. In this paper, we propose a fully convolutional masked autoencoder framework and a new Global Response Normalization (GRN) layer that can be added to the ConvNeXt architecture to enhance inter-channel feature competition. This co-design of self-supervised learning techniques and architectural improvement results in a new model family called ConvNeXt V2, which significantly improves the performance of pure ConvNets on various recognition benchmarks, including ImageNet classification, COCO detection, and ADE20K segmentation. We also provide pre-trained ConvNeXt V2 models of various sizes, ranging from an efficient 3.7M-parameter Atto model with 76.7% top-1 accuracy on ImageNet, to a 650M Huge model that achieves a state-of-the-art 88.9% accuracy using only public training data.

最近的蒙版图像建模（MIM）在自我监督学习（SSL）中受到了很多关注，该学习要求目标模型恢复输入图像的掩盖部分。尽管基于MIM的预训练方法在转移到许多下游任务时达到了新的最新性能，但可视化表明，与基于基于对比性学习预训练相比，学习的表示形式不可分割，尤其是相比。这激发了我们思考MIM预培训表示的线性可分离性是否可以进一步改善，从而改善了训练的性能。由于MIM和对比度学习倾向于利用不同的数据增强和培训策略，因此将这两个借口任务结合起来并不是微不足道的。在这项工作中，我们提出了一个新颖而灵活的预训练框架，名为Mimco，该框架通过两阶段的预培训结合了MIM和对比度学习。具体而言，MIMCO将预先训练的对比学习模型作为教师模型，并通过两种类型的学习目标进行了预培训：贴片级和图像级的重建损失。关于下游任务的广泛转移实验证明了我们的MIMCO预训练框架的出色表现。以VIT-S为例，当使用预先训练的MoCov3-Vit-S作为教师模型时，Mimco只需要100个时期的预训练时期即可达到Imagenet-1K上的82.53％Top-1 FineTuning精度，这表现优于表现最先进的自我监督学习对手。

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.

本文探讨了贝尔视觉变压器预训练的更好的码本。最近的工作成功地转移了从NLP到视野领域的BERT预训练。它直接采用一个简单的离散VAE作为视觉销售器，但尚未考虑由此产生的视觉令牌的语义水平。相比之下，NLP字段中的离散令牌是自然的高度语义。这种差异激励我们学习一个感知码本。我们惊奇地找到了一个简单而有效的想法：在DVAE训练期间强制执行感知相似性。我们证明，所提出的感知码本生成的视觉令牌确实表现出更好的语义含义，随后有助于预训练在各种下游任务中实现卓越的转移性能。例如，我们在Imagenet-1K上实现了84.5前1个精度，vit-B骨干，优于竞争方法Beit +1.3，具有相同的训练纪元。它还可以通过+1.3框AP和+1.0掩模AP，在ADE20K上的语义细分，在ADE20K上提高对象检测和分割任务的性能，+1.0 miou，代码和型号将在\ url {https：// github.com/microsoft/peco}。

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。

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。

通过开发基于生成的自我监督学习（SSL）方法，例如Beit和Mae，如何通过掩盖输入图像的随机补丁并重建缺失信息来学习良好的表示形式。但是，Beit和Peco需要一个“预先陈述”阶段，以生成用于掩盖补丁代表的离散代码手册。 MAE不需要预训练的代码簿流程，但是将像素设置为重建目标可能会引入前训练和下游任务之间的优化差距，即良好的重建质量可能并不总是会导致模型的高描述能力。考虑到上述问题，在本文中，我们提出了一个简单的自鉴定的蒙面自动编码器网络，即SDAE。 SDAE由一个使用编码器解码器结构的学生分支组成，以重建缺失的信息，并制作一个师范分支，生产蒙版代币的潜在表示。我们还分析了如何从信息瓶颈的角度来为教师分支机构建立潜在代表性的好看法。之后，我们提出了一种多重掩蔽策略，以提供多个掩盖视图，并具有平衡的信息以提高性能，这也可以降低计算复杂性。我们的方法很好地概括了：只有300个时期预训练，香草vit-base模型在Imagenet-1K分类上达到了84.1％的微调精度，48.6 MIOU在ADE20K细分方面和48.9 coco检测中的MAP，它超过了其他方法，从而超过其他方法。通过相当大的边距。代码可从https://github.com/abrahamyabo/sdae获得。

我们提出了用于将Swin变压器缩放到3亿参数的技术，并使其能够使用高达1,536美元的图像培训1,536美元。通过缩放容量和分辨率，Swin变压器在四个代表视觉基准上设置新记录：84.0％的Top-1在Imagenet-V2图像分类准确度，63.1 / 54.4盒/掩模地图上的Coco对象检测，59.9 Miou在Ade20K语义细分中，在动力学-400视频动作分类上的86.8％的前1个精度。我们的技术通常适用于缩放视觉模型，这尚未广泛探索为NLP语言模型，部分原因是培训和应用中的困难：1）视觉模型经常面临规模的不稳定问题，2）许多下游愿景任务需要高分辨率图像或窗口，并且目前尚不清楚如何有效地将模型在低分辨率上预先培训到更高分辨率。当图像分辨率高时，GPU存储器消耗也是一个问题。为了解决这些问题，我们提出了几种技术，通过使用Swin Transformer作为案例研究来说明：1）归一化技术和缩放的余弦注意力，提高大视觉模型的稳定性; 2）一种日志间隔的连续位置偏置技术，以有效地将在低分辨率图像和窗口预先训练的模型转移到其更高分辨率的对应物。此外，我们分享了我们的关键实施细节，导致GPU内存消耗的大量节省，从而使得用常规GPU培训大型视觉模型可行。使用这些技术和自我监督的预训练，我们成功培训了强大的3B往返变压器模型，并有效地将其转移到涉及高分辨率图像或窗口的各种视觉任务，实现了各种最先进的准确性基准。

最近，在蒙版的图像建模中取得了重大进展，以赶上掩盖语言建模。但是，与NLP中的单词不同，图像的语义分解仍然使视觉和语言之间的掩盖自动编码（MAE）不同。在本文中，我们探讨了单词的潜在视觉类似物，即语义部分，并通过提出语义引导的掩盖策略将语义信息集成到MAE的训练过程中。与广泛采用的随机掩蔽相比，我们的掩蔽策略可以逐渐指导网络学习各种信息，即从部分内部模式到零件之间的关系。特别是，我们通过两个步骤实现这一目标。 1）语义部分学习：我们设计了一种自制的部分学习方法，通过利用和完善基于VIT的编码器的多头注意来获得语义部分。 2）语义引导的MAE（SEMMAE）训练：我们设计了一种掩盖策略，该策略从掩盖每个部分中的一部分贴片到掩盖图像中的一部分（整个）部分。关于各种视觉任务的广泛实验表明，Semmae可以通过集成语义信息来学习更好的图像表示。特别是，Semmae在Imagenet-1k上达到了84.5％的微调精度，这使香草Mae的表现优于1.4％。在语义细分和细粒度的识别任务中，Semmae还带来了重大改进并产生最先进的性能。

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。

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。