随着图像文本对的大量数据以及视觉和语言（V＆L）任务的多样性，学者在该研究领域引入了大量的深度学习模型。此外，近年来，转移学习还显示出在计算机愿景中的巨大成功，例如图像分类，对象检测等以及在自然语言处理中以进行问答，机器翻译等的自然语言处理。继承转移学习的精神， V＆L的研究工作已经在大规模数据集上设计了多种预训练技术，以增强下游任务的性能。本文的目的是提供当代V＆L预审前模型的全面修订。特别是，我们对预处理的方法进行了分类和描述，以及最先进的视觉和语言预训练模型的摘要。此外，还提供了培训数据集和下游任务的列表，以进一步提高V＆L预处理的观点。最后，我们决定采取进一步的一步，讨论众多未来研究的方向。

随着变压器的发展，近年来预先训练的模型已经以突破性的步伐发展。他们在自然语言处理（NLP）和计算机视觉（CV）中主导了主流技术。如何将预训练适应视觉和语言（V-L）学习和改善下游任务绩效成为多模式学习的重点。在本文中，我们回顾了视力语言预训练模型（VL-PTMS）的最新进展。作为核心内容，我们首先简要介绍了几种方法，将原始图像和文本编码为单模式嵌入在预训练之前。然后，我们在建模文本和图像表示之间的相互作用时深入研究VL-PTM的主流体系结构。我们进一步提出了广泛使用的预训练任务，然后我们介绍了一些常见的下游任务。我们终于结束了本文，并提出了一些有前途的研究方向。我们的调查旨在为研究人员提供合成和指向相关研究的指针。

Astounding results from Transformer models on natural language tasks have intrigued the vision community to study their application to computer vision problems. Among their salient benefits, Transformers enable modeling long dependencies between input sequence elements and support parallel processing of sequence as compared to recurrent networks e.g., Long short-term memory (LSTM). Different from convolutional networks, Transformers require minimal inductive biases for their design and are naturally suited as set-functions. Furthermore, the straightforward design of Transformers allows processing multiple modalities (e.g., images, videos, text and speech) using similar processing blocks and demonstrates excellent scalability to very large capacity networks and huge datasets. These strengths have led to exciting progress on a number of vision tasks using Transformer networks. This survey aims to provide a comprehensive overview of the Transformer models in the computer vision discipline. We start with an introduction to fundamental concepts behind the success of Transformers i.e., self-attention, large-scale pre-training, and bidirectional feature encoding. We then cover extensive applications of transformers in vision including popular recognition tasks (e.g., image classification, object detection, action recognition, and segmentation), generative modeling, multi-modal tasks (e.g., visual-question answering, visual reasoning, and visual grounding), video processing (e.g., activity recognition, video forecasting), low-level vision (e.g., image super-resolution, image enhancement, and colorization) and 3D analysis (e.g., point cloud classification and segmentation). We compare the respective advantages and limitations of popular techniques both in terms of architectural design and their experimental value. Finally, we provide an analysis on open research directions and possible future works. We hope this effort will ignite further interest in the community to solve current challenges towards the application of transformer models in computer vision.

在过去的几年中，训练前模型的出现将单峰领域（例如计算机视觉（CV）和自然语言处理（NLP））带到了一个新时代。实质性的作品表明它们对下游大学任务有益，并避免从头开始训练新的模型。那么，此类预训练的模型可以应用于多模式任务吗？研究人员探索了这个问题并取得了重大进展。本文调查了视觉预训练（VLP）的最新进展和新的前沿，包括图像文本和视频文本预训练。为了使读者更好地掌握VLP，我们首先从五个方面回顾了其最新进展：功能提取，模型体系结构，培训预训练目标，预训练数据集和下游任务。然后，我们详细概述了特定的VLP模型。最后，我们讨论了VLP中的新边界。据我们所知，这是对VLP的首次调查。我们希望这项调查能够阐明VLP领域的未来研究。

连接视觉和语言在生成智能中起着重要作用。因此，已经致力于图像标题的大型研究工作，即用句法和语义有意义的句子描述图像。从2015年开始，该任务通常通过由Visual Encoder组成的管道和文本生成的语言模型来解决任务。在这些年来，两种组件通过对象区域，属性，介绍多模态连接，完全关注方法和伯特早期融合策略的利用而显着发展。但是，无论令人印象深刻的结果，图像标题的研究还没有达到结论性答案。这项工作旨在提供图像标题方法的全面概述，从视觉编码和文本生成到培训策略，数据集和评估度量。在这方面，我们量化地比较了许多相关的最先进的方法来确定架构和培训策略中最有影响力的技术创新。此外，讨论了问题的许多变体及其开放挑战。这项工作的最终目标是作为理解现有文献的工具，并突出显示计算机视觉和自然语言处理的研究领域的未来方向可以找到最佳的协同作用。

变压器架构已经带来了计算语言领域的根本变化，这已经由经常性神经网络主导多年。它的成功还意味着具有语言和愿景的跨模型任务的大幅度变化，许多研究人员已经解决了这个问题。在本文中，我们审查了该领域中的一些最关键的里程碑，以及变压器架构如何纳入Visuol语言跨模型任务的整体趋势。此外，我们讨论了当前的局限性，并推测了我们发现迫在眉睫的一些前景。

变压器是一种基于关注的编码器解码器架构，彻底改变了自然语言处理领域。灵感来自这一重大成就，最近在将变形式架构调整到计算机视觉（CV）领域的一些开创性作品，这已经证明了他们对各种简历任务的有效性。依靠竞争力的建模能力，与现代卷积神经网络相比在本文中，我们已经为三百不同的视觉变压器进行了全面的审查，用于三个基本的CV任务（分类，检测和分割），提出了根据其动机，结构和使用情况组织这些方法的分类。 。由于培训设置和面向任务的差异，我们还在不同的配置上进行了评估了这些方法，以便于易于和直观的比较而不是各种基准。此外，我们已经揭示了一系列必不可少的，但可能使变压器能够从众多架构中脱颖而出，例如松弛的高级语义嵌入，以弥合视觉和顺序变压器之间的差距。最后，提出了三个未来的未来研究方向进行进一步投资。

We study joint learning of Convolutional Neural Network (CNN) and Transformer for vision-language pre-training (VLPT) which aims to learn cross-modal alignments from millions of image-text pairs. State-of-the-art approaches extract salient image regions and align regions with words step-by-step. As region-based visual features usually represent parts of an image, it is challenging for existing visionlanguage models to fully understand the semantics from paired natural languages. In this paper, we propose SOHO to "See Out of tHe bOx" that takes a whole image as input, and learns vision-language representation in an endto-end manner. SOHO does not require bounding box annotations which enables inference 10 times faster than regionbased approaches. In particular, SOHO learns to extract comprehensive yet compact image features through a visual dictionary (VD) that facilitates cross-modal understanding. VD is designed to represent consistent visual abstractions of similar semantics. It is updated on-the-fly and utilized in our proposed pre-training task Masked Visual Modeling (MVM). We conduct experiments on four well-established vision-language tasks by following standard VLPT settings. In particular, SOHO achieves absolute gains of 2.0% R@1 score on MSCOCO text retrieval 5k test split, 1.5% accuracy on NLVR 2 test-P split, 6.7% accuracy on SNLI-VE test split, respectively.

自我监督的视觉和语言预处理（VLP）旨在从大规模的图像文本数据中学习可转移的多模式表示形式，并在填充后在广泛的视觉范围内实现强大的表现。以前的主流VLP方法通常采用依靠外部对象检测器来编码多模式变压器框架中的图像的两步策略，该框架遭受了限制性对象概念空间，有限的图像上下文和效率低下的计算。在本文中，我们提出了一个对象感知的端到端VLP框架，该框架将来自CNN的图像网格特征直接馈送到变压器中，并共同学习多模式表示。更重要的是，我们建议执行对象知识蒸馏，以促进在不同语义级别的学习跨模式对齐。为了实现这一目标，我们通过将对象特征及其来自外部检测器的语义标签作为监督来设计两个新颖的借口任务：1。）对象引导的蒙版视觉建模任务的重点是在多模式变压器中强制执行对象感知的表示的学习； 2.）短语区域对准任务旨在通过利用语言空间中名词短语和对象标签之间的相似性来改善跨模式对齐。对各种视觉语言任务进行的广泛实验证明了我们提出的框架的功效，并且我们在现有的预科策略中实现了竞争性或优越的表现。

Vision-Language Transformers can be learned without human labels (e.g. class labels, bounding boxes, etc). Existing work, whether explicitly utilizing bounding boxes or patches, assumes that the visual backbone must first be trained on ImageNet class prediction before being integrated into a multimodal linguistic pipeline. We show that this is not necessary and introduce a new model Vision-Language from Captions (VLC) built on top of Masked Auto-Encoders that does not require this supervision. In fact, in a head-to-head comparison between ViLT, the current state-of-the-art patch-based vision-language transformer which is pretrained with supervised object classification, and our model, VLC, we find that our approach 1. outperforms ViLT on standard benchmarks, 2. provides more interpretable and intuitive patch visualizations, and 3. is competitive with many larger models that utilize ROIs trained on annotated bounding-boxes.

现有视觉语言预训练（VLP）方法主要依赖于配对的图像文本数据集，这些数据集由大量人类劳动注释，或者从互联网上爬行，然后是精心制作的数据清洁技术。为了减少对良好的图像文本对的依赖，有望直接利用仅大规模的仅文本和仅图像的语料库。本文提出了一种数据增强方法，即跨模式cutmix（CMC），用于在未配对的VLP中进行隐式跨模式对齐学习。具体而言，CMC将自然句子从文本视图转换为多模式视图，在该视图中，句子中的视觉词语单词被带有相似语义的各种图像贴片随机替换。拟议中的CMC有几个吸引人的礼节。首先，它增强了数据多样性，同时保持语义含义完好无损地解决了对齐数据稀缺的问题；其次，通过将跨模式噪声连接到单模式数据上，它指导模型以学习跨模态的令牌级相互作用，以更好地降级。此外，我们提出了一种名为VLMIXER的新的未配对VLP方法，该方法将CMC与对比度学习集成在一起，以将Uni-Mododal和多模式视图汇总在一起，以在不同模式之间进行更好的实例级别对齐。在五个下游任务上进行的广泛实验表明，VLMIXER可以超过以前最先进的未配对VLP方法。

视觉问题应答（VQA）任务利用视觉图像和语言分析来回回答图像的文本问题。它是一个流行的研究课题，在过去十年中越来越多的现实应用。本文介绍了我们最近对AliceMind-MMU的研究（阿里巴巴的编码器 - 解码器来自Damo Academy - 多媒体理解的机器智能实验室），其比人类在VQA上获得相似甚至略微更好的结果。这是通过系统地改善VQA流水线来实现的，包括：（1）具有全面的视觉和文本特征表示的预培训; （2）与学习参加的有效跨模型互动; （3）一个新颖的知识挖掘框架，具有专门的专业专家模块，适用于复杂的VQA任务。处理不同类型的视觉问题，需要具有相应的专业知识在提高我们的VQA架构的表现方面发挥着重要作用，这取决于人力水平。进行了广泛的实验和分析，以证明新的研究工作的有效性。

本文对过去二十年来对自然语言生成（NLG）的研究提供了全面的审查，特别是与数据到文本生成和文本到文本生成深度学习方法有关，以及NLG的新应用技术。该调查旨在（a）给出关于NLG核心任务的最新综合，以及该领域采用的建筑;（b）详细介绍各种NLG任务和数据集，并提请注意NLG评估中的挑战，专注于不同的评估方法及其关系;（c）强调一些未来的强调和相对近期的研究问题，因为NLG和其他人工智能领域的协同作用而增加，例如计算机视觉，文本和计算创造力。

以前的视觉语言预训练模型主要构建具有令牌和对象（像素）的多模式输入，然后在它们之间执行交叉模式相互作用。我们认为，只有令牌和对象的输入限制了诸如短语到区域接地之类的高级语义对齐。同时，多层次对齐本质上是一致的，并且能够协同促进表示形式学习。因此，在本文中，我们建议学习视觉预训练（MVPTR）的多级语义一致性。在MVPTR中，我们遵循两种方式的嵌套结构，以引入概念为高级语义。为了简化从多模式多级输入的学习，我们的框架分为两个阶段，第一阶段着重于模式内多级表示学习，第二阶段通过粗粒和细粒度跨模态强化了跨模式的交互语义对齐任务。除了常用的图像文本匹配和掩盖语言模型任务外，我们还引入了第一阶段蒙版概念恢复任务以增强概念表示学习，第二阶段的另外两个任务在第二阶段中，以明确鼓励跨跨层次的多层次对准方式。我们的代码可在https://github.com/junction4nako/mvp_pytorch上找到。

使用文本，图像，音频，视频等多种方式的多模式深度学习系统，与单独的方式（即单向）系统相比，显示出更好的性能。多式联机学习涉及多个方面：表示，翻译，对齐，融合和共同学习。在当前多式联机学习状态下，假设是在训练和测试时间期间存在，对齐和无噪声。然而，在现实世界的任务中，通常，观察到一个或多个模式丢失，嘈杂，缺乏注释数据，具有不可靠的标签，并且在训练或测试中稀缺，或两者都稀缺。这种挑战是由称为多式联合学习的学习范例解决的。通过使用模态之间的知识传输，包括其表示和预测模型，通过从另一个（资源丰富的）方式利用来自另一（资源丰富的）模型的知识来帮助实现（资源差）模型的建模。共同学习是一个新兴地区，没有专注的评论，明确地关注共同学习所解决的所有挑战。为此，在这项工作中，我们对新兴的多式联合学习领域提供了全面的调查，尚未完整探讨。我们审查实施的实施，以克服一个或多个共同学习挑战，而不明确地将它们视为共同学习挑战。我们基于共同学习和相关实施解决的挑战，展示了多式联合学习的综合分类。用于包括最新的技术与一些应用程序和数据集一起审查。我们的最终目标是讨论挑战和观点以及未来工作的重要思想和方向，我们希望对整个研究界的有益，重点关注这一令人兴奋的领域。

旨在用自然语言和谐地与人类交流的智能对话体系对于促进人工智能时代的人机互动的发展非常出色。有了逐渐复杂的人类计算机交互要求（例如，多模式输入，时间敏感性），传统的基于文本的对话系统很难满足对更加生动和方便的交互的需求。因此，视觉背景增强对话系统（VAD）有可能通过感知和理解多模式信息（即图像或视频中的视觉上下文，文本对话历史记录）与人类进行交流，已成为主要的研究范式。 VAD受益于视觉和文本上下文之间的一致性和互补性，具有产生引人入胜和背景感知响应的潜力。为了描述VAD的开发，我们首先表征VAD的概念和独特功能，然后介绍其通用系统体系结构以说明系统工作流程。随后，对一些研究挑战和代表性作品进行了详细研究，然后进行了权威基准摘要。我们通过提出一些开放问题和有前途的VAD研究趋势来结束本文，例如，在跨模式对话环境下，人机对话的认知机制以及知识增强的跨模式语义互动。

Vision-Language预培训是一个新兴和快速发展的研究主题，将多模态知识从丰富的资源预训练任务转移到有限资源下游任务。与主要学习单个通用编码器的现有作品不同，我们提出了一种可训练的通用编码器 - 解码器网络（UNI-EDEN），以促进视觉语言感知（例如，视觉问题应答）和生成（例如，图像标题）。 UNI-EDEN是一种基于双流变换器的结构，由三个模块组成：对象和句子编码器，其单独了解每个模态的表示，以及通过模态交互能够实现多模态推理和句子的句子解码器。考虑到每个图像的语言表示可以跨越该层次结构的不同粒度，包括从简单到全面，个人标签，短语和自然句子，我们通过多粒愿景语言代理任务预先列车UNI-EDEN：屏蔽对象分类（MOC），蒙版区域短语生成（MRPG），图像句匹配（ISM）和屏蔽句生成（MSG）。以这种方式，UNI-EDEN赋予了多模态表示提取和语言建模的功率。广泛的实验证明了通过微调到四个视觉语言感知和发电下游任务来展示Uni-Eden的概括性。

Vision-and-Language Pre-training (VLP) has improved performance on various joint vision-andlanguage downstream tasks. Current approaches to VLP heavily rely on image feature extraction processes, most of which involve region supervision (e.g., object detection) and the convolutional architecture (e.g., ResNet). Although disregarded in the literature, we find it problematic in terms of both (1) efficiency/speed, that simply extracting input features requires much more computation than the multimodal interaction steps; and (2) expressive power, as it is upper bounded to the expressive power of the visual embedder and its predefined visual vocabulary. In this paper, we present a minimal VLP model, Vision-and-Language Transformer (ViLT), monolithic in the sense that the processing of visual inputs is drastically simplified to just the same convolution-free manner that we process textual inputs. We show that ViLT is up to tens of times faster than previous VLP models, yet with competitive or better downstream task performance. Our code and pre-trained weights are available at https://github.com/dandelin/vilt.

We present ViLBERT (short for Vision-and-Language BERT), a model for learning task-agnostic joint representations of image content and natural language. We extend the popular BERT architecture to a multi-modal two-stream model, processing both visual and textual inputs in separate streams that interact through co-attentional transformer layers. We pretrain our model through two proxy tasks on the large, automatically collected Conceptual Captions dataset and then transfer it to multiple established vision-and-language tasks -visual question answering, visual commonsense reasoning, referring expressions, and caption-based image retrieval -by making only minor additions to the base architecture. We observe significant improvements across tasks compared to existing task-specific modelsachieving state-of-the-art on all four tasks. Our work represents a shift away from learning groundings between vision and language only as part of task training and towards treating visual grounding as a pretrainable and transferable capability.Preprint. Under review.

远见和语言预测已成为解决多模式下游任务的普遍方法。当前的趋势是朝着更大的模型和预处理数据集迈进。从长远来看，这一计算头急促似乎是不合理的，而是朝着可持续的解决方案迈进，事实上，排除了资源有限的学术实验室。在这项工作中，我们提出了一个称为VICHA的新框架，该框架有效利用输入数据以通过以下方式提高学习，以： ，（c）利用图像级注释，称为视觉概念，使用现有基础模型（例如剪辑）获得，以提高图像编码器的性能。尽管对数据的预估计少了四倍，但我们的VICHA策略在下游任务（例如图像文本检索，VQA，视觉推理，视觉上和视觉接地）上的其他方法优于其他方法。该代码将在此处公开提供：https：//github.com/mshukor/vicha