Teknik Detaylar: BSGAL Eğitimi, Swin-L Omurgası ve Dinamik Eşik Stratejisi

链接表

摘要和1 引言

1. 相关工作

   2.1. 生成式数据增强

   2.2. 主动学习和数据分析

2. 预备知识

3. 我们的方法

   4.1. 理想场景下的贡献估计

   4.2. 批量流式生成主动学习

4. 实验和5.1. 离线设置

   5.2. 在线设置

5. 结论、更广泛影响和参考文献

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A. 实现细节

B. 更多消融实验

C. 讨论

D. 可视化

A. 实现细节

A.1. 数据集

我们选择LVIS (Gupta等, 2019)作为我们实验的数据集。LVIS是一个大规模实例分割数据集，包含约160,000张图像，涵盖1203个真实世界类别的超过200万个高质量实例分割标注。该数据集根据实例在图像中出现的频率进一步分为三类：稀有、常见和频繁。标记为"稀有"的实例出现在1-10张图像中，"常见"实例出现在11-100张图像中，而"频繁"实例出现在超过100张图像中。整个数据集呈长尾分布，与现实世界的数据分布非常相似，并广泛应用于多种设置，包括少样本分割(Liu等, 2023)和开放世界分割(Wang等, 2022; Zhu等, 2023)。因此，我们认为选择LVIS能更好地反映模型在现实场景中的性能。我们使用官方LVIS数据集划分，训练集约有100,000张图像，验证集有20,000张图像。

A.2. 数据生成

我们的数据生成和标注过程与Zhao等(2023)一致，这里简要介绍。我们首先使用StableDiffusion V1.5 (Rombach等, 2022a) (SD)作为生成模型。对于LVIS (Gupta等, 2019)中的1203个类别，我们为每个类别生成1000张图像，图像分辨率为512 × 512。生成的提示模板为"a photo of a single {CATEGORY NAME}"。我们分别使用U2Net (Qin等, 2020)、SelfReformer (Yun和Lin, 2022)、UFO (Su等, 2023)和CLIPseg (Luddecke和Ecker, 2022)来标注原始生成图像，并选择具有最高CLIP分数的掩码作为最终标注。为确保数据质量，CLIP分数低于0.21的图像被过滤掉作为低质量图像。在训练过程中，我们还采用Zhao等(2023)提供的实例粘贴策略进行数据增强。对于每个实例，我们随机调整其大小以匹配其类别在训练集中的分布。每张图像粘贴的最大实例数设置为20。

\ 此外，为了进一步扩展生成数据的多样性并使我们的研究更具普遍性，我们还使用了其他生成模型，包括DeepFloyd-IF (Shonenkov等, 2023) (IF)和Perfusion (Tewel等, 2023) (PER)，每个模型每个类别生成500张图像。对于IF，我们使用作者提供的预训练模型，生成的图像是第二阶段的输出，分辨率为256×256。对于PER，我们使用的基础模型是StableDiffusion V1.5。对于每个类别，我们使用从训练集中裁剪的图像对模型进行微调，微调步骤为400步。我们使用微调后的模型生成图像。

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\ 我们还探索了使用不同生成数据对模型性能的影响(见表7)。我们可以看到，基于原始StableDiffusion V1.5，使用其他生成模型可以带来一些性能提升，但这种提升并不明显。具体来说，对于特定频率类别，我们发现IF对稀有类别有更显著的改进，而PER对常见类别有更显著的改进。这可能是因为IF数据更加多样化，而PER数据与训练集的分布更加一致。考虑到整体性能已经在一定程度上得到提高，我们最终采用SD + IF + PER的生成数据进行后续实验。

A.3. 模型训练

遵循Zhao等(2023)，我们使用CenterNet2 (Zhou等, 2021)作为我们的分割模型，以ResNet-50 (He等, 2016)或Swin-L (Liu等, 2022)作为骨干网络。对于ResNet-50，最大训练迭代次数设置为90,000，模型初始化权重首先在ImageNet-22k上预训练，然后在LVIS (Gupta等, 2019)上微调，正如Zhao

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\ 等(2023)所做的那样。我们在训练期间使用4个Nvidia 4090 GPU，批量大小为16。至于Swin-L，最大训练迭代次数设置为180,000，模型初始化权重在ImageNet-22k上预训练，因为我们的早期实验表明，与在LVIS上训练的权重相比，这种初始化可以带来轻微的改进。我们使用4个Nvidia A100 GPU进行训练，批量大小为16。此外，由于Swin-L参数数量庞大，保存梯度占用的额外内存很大，所以我们实际上使用算法2中的算法。

\ 其他未指定的参数也遵循与X-Paste (Zhao等, 2023)相同的设置，例如AdamW (Loshchilov和Hutter, 2017)优化器，初始学习率为1e−4。

A.4. 数据量

在这项工作中，我们生成了超过200万张图像。图5显示了使用不同数量生成数据(1%,10%,40%,70%,100%)时的模型性能。总体而言，随着生成数据量的增加，模型的性能也有所提高，但也存在一些波动。我们的方法始终优于基线，这证明了我们方法的有效性和稳健性。

A.5. 贡献估计

\ 因此，我们本质上是计算余弦相似度。然后我们进行了实验比较，如表8所示，

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\ 我们可以看到，如果我们对梯度进行归一化，我们的方法会有一定的改进。此外，由于我们需要保持两个不同的阈值，很难确保接受率的一致性。因此，我们采用动态阈值策略，预设一个接受率，维护一个队列来保存前一次迭代的贡献，然后根据队列动态调整阈值，使接受率保持在预设的接受率。

A.6. 玩具实验

以下是在CIFAR-10上实施的具体实验设置：我们采用简单的ResNet18作为基线模型，并进行了200个epoch的训练，在原始训练集上训练后的准确率为93.02%。学习率设置为0.1，使用SGD优化器。动量为0.9，权重衰减为5e-4。我们使用余弦退火学习率调度器。构建的噪声图像如图6所示。随着噪声级别的升高，图像质量下降。值得注意的是，当噪声级别达到200时，图像变得非常难以识别。对于表1，我们使用Split1作为R，而G由'Split2 + Noise40'、'Split3 + Noise100'、'Split4 + Noise200'组成，

A.7. 仅前向传播一次的简化

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:::info 作者：

(1) 朱慕之，来自中国浙江大学，贡献相同；

(2) 范成祥，来自中国浙江大学，贡献相同；

(3) 陈浩，中国浙江大学 (haochen.cad@zju.edu.cn)；

(4) 刘洋，中国浙江大学；

(5) 毛伟安，中国浙江大学和澳大利亚阿德莱德大学；

(6) 徐晓刚，中国浙江大学；

(7) 沈春华，中国浙江大学 (chunhuashen@zju.edu.cn)。

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:::info 本论文可在arxiv上获取，遵循CC BY-NC-ND 4.0 Deed (署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0 国际)许可协议。

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