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自监督视觉transformer模型DINO

总体介绍

论文:1.Emerging Properties in Self-Supervised Vision Transformers

这篇文章旨在探索自监督训练有没有给视觉transformer带来相对于CNN没有的新特性。

除了观测到自监督训练ViT工作特别好外，作者还有两个新发现，一个是自监督训练得到的特征图包含明显的语义信息，有可能将自监督的结果直接拿来做语义分割和目标检测，另外一个是直接拿自监督得到的特征向量应用KNN分类，得到了非常好的效果。ps:本人在工程数据(20W张)上验证的直接使用KNN分类的效果比efficient-net还好。

正如DINO的名字缩写，这整个算法使用了知识蒸馏的架构，通过一个teacher网络引导student的学习，使用损失值计算的梯度更新student模型的参数，而teacher模型的参数使用的是student模型参数的指数移动平均值，和BYOL的方法有些相似。除了知识蒸馏，作者还强调了对输入进行RandomResizeCrop和transformer使用小patch_size的重要性。同时，DINO需要对teacher的输出进行中心化和锐化centering and sharpening,否则模型训练会不稳定，甚至崩溃(collapse)。DINO使用的student和teacher且训练过程中相互促进学习，也属于共蒸馏codistillation模型。

知识蒸馏的概念是一个学生网络student表示为$g{\theta }_s$学习匹配一个教师网络teacher表示为$g{\theta }_t$的输出，通过teacher引导student的训练。

假如给定一个输入图像$x$，网络对应的输出是$K$维的概率分布$P$(类似于有K个类别的分类)，student和teacher对应的输出概率分别为P_s和P_t。

在计算student输出概率的时候使用的是带${\tau }_s$温度系数的softmax方法，在DINO中默认的${\tau }_s=0.1$,目的在于增大输出的相对熵，促进类别之间相似度的区分，在计算teacher输出的概率时同样使用了${\tau }_t=0.9$。

$$P_s(x{)}^{(}i)=\sum _{k=1}^{K}exp(g$$